Chemical recycling has the potential to increase considerably the amount of plastic waste that is reintroduced in the circular economy, but only limited industrial solutions have been fully developed to this day. This work proposes an early process design, developed in collaboration with Casale SA, for the small scale production (24 metric tons per day) in Switzerland of ammonia through the gasification of Mixed Plastic Waste, coupling the understanding of its technological feasibility with an analysis of its economic potential. Current and future scenarios have been considered throughout this work. The first uncertainty that has been studied is the characterization of the plastic waste, both in terms of its availability and composition. Reasonable future scenarios show a significant potential in the quantity of waste that could be collected. Two different models of the gasifier have then been developed and simulated, namely with a thermodynamic equilibrium approach and with a lumped kinetic scheme, implemented respectively in a process simulation software provided by Casale SA and in Matlab. The results obtained have been introduced in the same software provided by Casale SA to simulate the overall process developed for the conversion of the synthesis gas produced by the gasifier to ammonia. Finally, the resulting production and estimates for the operating and capital expenditures have been considered to detail different economic outcomes depending on different cost scenarios. The process design and simulations demonstrated the technological feasibility with good conversion of the Mixed Plastic Waste feedstock to ammonia. Furthermore, it has been demonstrated that the presented process can reach levelized costs of ammonia comparable to traditional processes based on fossil feedstock only with subsidization in line with the one destined to thermal valorization plants present today in Switzerland.
Il riciclo chimico ha il potenziale per incrementare considerevolmente la quantità di rifiuti plastici che vengono reintrodotti nell'economia circolare, ma ad oggi solo un numero limitato di applicazioni industriali sono state sviluppate nella loro interezza. Questo lavoro propone un design di processo preliminare, sviluppato in collaborazione con Casale SA, per la produzione su piccola scala (24 tonnellate al giorno) in Svizzera di ammoniaca sfruttando la gassificazione di Rifiuti Plastici Misti, unendo lo studio della sua fattibilità tecnologica con un'analisi del suo potenziale economico. Scenari presenti e futuri sono stati considerati durante tutto questo lavoro. La prima incertezza che è stata studiata è la caratterizzazione del rifiuto plastico, sia in termini di disponibilità che di composizione. Ragionevoli scenari futuri mostrano un potenziale significativo per quanto riguarda la quantità di rifiuti che possono essere ottenuti. Sono stati sviluppati e simulati due differenti modelli del gassificatore, uno con approccio all'equilibrio termodinamico e l'altro con un schema cinetico "lumped", implementati rispettivamente in un software per la simulazione di processo fornito da Casale SA ed in Matlab. I risultati ottenuti sono stati quindi utilizzati nello stesso software fornito da Casale SA per simulare nella sua interezza il processo sviluppato per la conversione ad ammoniaca del gas di sintesi prodotto dal gassificatore. Infine, la risultante produzione e stime per i costi operativi e di capitale sono stati considerati per definire possibili risultati economici dipendenti da svariati scenari di costo. Il processo sviluppato e le simulazioni hanno dimostrato la fattibilità tecnica con buone conversioni the Rifiuto Plastico Misto a dare ammoniaca. In più, è stato dimostrato come il processo presentato può raggiungere un costo per la produzione di ammoniaca che è competitivo con quello di altri processi tradizionali basati su feedstock fossili solo con sussidi governativi che siano almeno in linea con quelli ad oggi destinati per gli impianti di termo-valorizzazione dei rifiuti in Svizzera.
Mixed plastic waste gasification for the production of ammonia in Switzerland
MAGON, LORENZO
2019/2020
Abstract
Chemical recycling has the potential to increase considerably the amount of plastic waste that is reintroduced in the circular economy, but only limited industrial solutions have been fully developed to this day. This work proposes an early process design, developed in collaboration with Casale SA, for the small scale production (24 metric tons per day) in Switzerland of ammonia through the gasification of Mixed Plastic Waste, coupling the understanding of its technological feasibility with an analysis of its economic potential. Current and future scenarios have been considered throughout this work. The first uncertainty that has been studied is the characterization of the plastic waste, both in terms of its availability and composition. Reasonable future scenarios show a significant potential in the quantity of waste that could be collected. Two different models of the gasifier have then been developed and simulated, namely with a thermodynamic equilibrium approach and with a lumped kinetic scheme, implemented respectively in a process simulation software provided by Casale SA and in Matlab. The results obtained have been introduced in the same software provided by Casale SA to simulate the overall process developed for the conversion of the synthesis gas produced by the gasifier to ammonia. Finally, the resulting production and estimates for the operating and capital expenditures have been considered to detail different economic outcomes depending on different cost scenarios. The process design and simulations demonstrated the technological feasibility with good conversion of the Mixed Plastic Waste feedstock to ammonia. Furthermore, it has been demonstrated that the presented process can reach levelized costs of ammonia comparable to traditional processes based on fossil feedstock only with subsidization in line with the one destined to thermal valorization plants present today in Switzerland.| File | Dimensione | Formato | |
|---|---|---|---|
|
Thesis_Magon.pdf
non accessibile
Descrizione: Thesis text
Dimensione
6.36 MB
Formato
Adobe PDF
|
6.36 MB | Adobe PDF | Visualizza/Apri |
I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/10589/153086