Analisi dell’efficienza di un nuovo design di pirolizzatore per i rifiuti plastici urbani con recupero termico dai gas pirolitici

Abstract

L’accumulo crescente di rifiuti plastici urbani rappresenta una sfida ambientale significativa, dovuta principalmente alle difficoltà di selezione che ne limitano il tasso di riciclo. Questa tesi magistrale si concentra sulla valutazione energetica di un nuovo progetto di pirolizzatore per la conversione termolitica dei rifiuti plastici misti, con inte- grazione del recupero di calore dai gas caldi prodotti durante il processo. Il processo è stato modellato e simulato con Aspen Plus, mentre calcoli dettagliati di trasferimento di calore sono stati eseguiti per valutare i contributi radiativi e convettivi. Il sistema impiega tubi radianti riscaldati da gas caldi provenienti da due pirolizzatori in serie, operanti a temperature differenti, garantendo una distribuzione efficiente dell’energia al materiale di alimentazione. Sono state confrontate diverse configurazioni progettuali per individuare il miglior compromesso tra efficienza termica, dimensione del reattore e potenziale di recupero energetico. Oltre all’analisi termica, è stata studiata la composizione dei prodotti di pirolisi per stimare la distribuzione delle frazioni gassosa, liquida e solida, fornendo indicazioni utili per la valorizzazione di ciascun flusso. Il progetto finale, costituito da quattordici tubi radianti in controcorrente, ha raggiunto il trasferimento di calore necessario per trattare 280 kg/h di rifiuti plastici municipali. Complessivamente, questo lavoro dimostra la fattibilità tecnica di combinare un efficiente recupero di calore con la conversione termica dei rifiuti plastici, offrendo una via verso sistemi di valorizzazione energetica più sostenibili.

The increasing accumulation of municipal plastic waste represents a major environmental challenge, mainly due to the sorting difficulties that lead to a low recycling rate. This master thesis focuses on the energetic evaluation of a novel pyrolyser design for the thermolysis of mixed plastic waste, with integrated heat recovery from the hot gases produced during the process. The process was modelled and simulated using Aspen Plus, while detailed heat transfer calculations were performed to evaluate radiative and convective contributions. The system employs radiant tubes heated by hot gases from two pyrolysers operationg at different temperatures in series, ensuring the energy distribution to the feedstock. Several design configurations were compared to identify the best balance between thermal efficiency, reactor size, and energy recovery. In addition to the thermal design, the composition of the pyrolysis products was analysed to estimate the distribution of gaseous, liquid, and solid fractions, providing insight into the potential valorisation of each stream. The final design, consisting of fourteen counterflow radiant tubes, achieved the required heat transfer to process 280 kg/h of municipal plastic waste. Overall, this work demonstrates the technical feasibility of combining efficient heat recovery with the thermal conversion of plastic waste, offering a pathway toward more sustainable waste-to-energy systems.