Plant design and optimization of hydrogen production from non-condensable gas of plastic pyrolysis

This thesis work aims to find the optimal configuration for a plant able to operate flexibly, performing pyrolysis of the municipal plastic waste and producing hydrogen. The plant would utilize newborn technology to produce hydrogen, namely sorption-enhanced steam reforming process (SESR) coupled with a plastic pyrolysis and carbon capture and storage units. The process would operate by burning a part of pyrolysis gas produced in the pyrolysis unit. The advantage of this technology is the ability to perform a pre-combustion separation of the CO2 produced by the reformer. The plant would produce the hydrogen for hydrogenation of the pyrolysis oil, either exporting hydrogen depending on the different prices for the two products to always keep the chemical island in function. The modeled configuration was first simulated in Aspen Plus, validating the obtained results with data from the literature; then, the integrated cycle was also simulated in Aspen Plus. Different configurations were simulated at different calcination pressures and temperatures. As a result, in terms of hydrogen production, it is better to have a moderate vacuum integrated with a temperature swing and use as little as possible steam to control the partial pressure of CO2 in the calcination step to avoid very high vacuum requirements.

Questo lavoro di tesi mira a trovare la configurazione ottimale per un impianto in grado di operare in modo flessibile, effettuando la pirolisi dei rifiuti plastici urbani e producendo idrogeno. L'impianto utilizzerebbe una tecnologia appena nata per produrre idrogeno, vale a dire il processo di reforming del vapore potenziato dall'assorbimento (SESR) accoppiato con una pirolisi plastica e unità di cattura e stoccaggio del carbonio. Il processo opererebbe bruciando una parte del gas di pirolisi prodotto nell'unità di pirolisi. Il vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di effettuare una separazione pre-combustione della CO2 prodotta dal reformer. L'impianto produrrebbe l'idrogeno per l'idrogenazione dell'olio di pirolisi, sia esportando idrogeno a seconda dei diversi prezzi per i due prodotti per mantenere sempre in funzione l'isola chimica. La configurazione modellata è stata prima simulata in Aspen Plus, convalidando i risultati ottenuti con i dati della letteratura; poi il ciclo integrato è stato simulato anche in Aspen Plus. Diverse configurazioni sono state simulate a diverse pressioni e temperature di calcinazione. Di conseguenza, in termini di produzione di idrogeno, è meglio avere un vuoto moderato integrato con uno sbalzo di temperatura e utilizzare meno vapore possibile per controllare la pressione parziale di CO2 nella fase di calcinazione per evitare requisiti di vuoto molto elevati