ottimizzazione del processo di trattamento degli scarti alla sca
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ottimizzazione del processo di trattamento degli scarti alla sca
OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO DI TRATTAMENTO DEGLI SCARTI ALLA SCA PACKAGING- STABILIMENTO DI PORCARI LU Cristina Michelucci SOMMARIO Il tirocinio è stato svolto alla Sca Packaging – Stabilimento di Porcari (LU), stabilimento che produce carta per la realizzazione di cartone in macchine ondulatrici. La materia prima utilizzata è la carta riciclata, comunemente chiamata macero. Quest’ultimo, però, può contenere anche materiali impropri come plastica, polistirolo, vetro, ecc. Perciò nel ciclo di lavorazione sono necessarie delle macchine che puliscano la fibra da tutte le impurità. Lo scopo del lavoro, è, appunto, di trovare un procedimento che aumenti l’efficienza del processo, cioè, che renda lo scarto più povero di fibra, in modo da ottimizzare l’intero processo di trattamento degli scarti. Il lavoro è stato svolto su due linee parallele: una teorica e una sperimentale. La parte sperimentale prevedeva il campionamento e l’analisi di laboratorio; quella teorica, mediante metodo 6-sigma, lo studio delle cause e delle problematiche e la rielaborazione dei dati. Infine unire le due in modo da realizzare un metodo per migliorare la qualità, la quantità e il processo di trattamento degli scarti. RIASSUNTO Il tirocinio è stato svolto alla Sca Packaging – Stabilimento di Porcari (LU), stabilimento che produce carta per la realizzazione di cartone in macchine ondulatrici. La materia prima utilizzata è la carta riciclata, comunemente chiamata macero. Quest’ultimo, però, può contenere anche materiali impropri come plastica, polistirolo, vetro, ecc. Perciò nel ciclo di lavorazione sono necessarie delle macchine che puliscano la fibra da tutte le impurità. Queste apparecchiature si basano su principi di funzionamento diversi: la separazione dei materiali non cartacei dall’impasto di carta può avvenire utilizzando sia il principio della differenza di dimensione che quello della differenza di peso. Il sistema di trattamento scarti alla cartiera Sca Packaging prevede di dividere i rifiuti in più flussi: ciascun flusso è trattato separatamente con tecnologie diverse sia per minimizzarne i quantitativi sia per aumentarne il potere calorifico; la filosofia è quella di trasformare il rifiuto in combustibile per privilegiarne il riutilizzo nella produzione di energia piuttosto che la collocazione in discarica. Inoltre, essendo i rifiuti prodotti trasportati per mezzo di camion, la diminuzione dei quantitativi ha una grande incidenza sui costi oltre che un grosso beneficio ambientale in termini di riduzione dei trasporti dallo stabilimento agli impianti di trattamento. Gli scarti di tutte le macchine sono molto umidi dal momento che l’uso di acqua in cartiera è indispensabile per la formazione del prodotto finito. Inoltre in alcuni scarti, anche se opportunamente separati nel ciclo di lavorazione, rimane, tuttavia, presente una certa frazione di fibra che assorbe un quantitativo di acqua comunque consistente, molto maggiore di quello trattenuto, ad esempio, dalla plastica. Allora se l’efficienza delle macchine adibite all’eliminazione dell’umidità non è buona, lo scarto trasportato fuori dallo stabilimento risulterà più umido e quindi più pesante. Lo scopo del lavoro è di trovare un procedimento che aumenti l’efficienza del processo, in altri termini renda lo scarto più povero di fibra, in modo da ottimizzare, su ogni fronte, qualitativo, economico, ambientale, l’intero processo di trattamento degli scarti. Il lavoro è stato svolto su due linee parallele: una teorica e una sperimentale. La parte sperimentale prevedeva il campionamento e l’analisi di laboratorio; quella teorica, mediante 1 metodo 6-sigma, lo studio delle cause e delle problematiche e la rielaborazione dei dati. Infine unire le due in modo da realizzare un metodo per migliorare la qualità, la quantità e il processo di trattamento degli scarti. La filosofia di salvaguardia e rispetto dell’ambiente è molto presente e sentita nell’ambito dello stabilimento; anche in questa ottica sono stati realizzati impianti, come quello del biogas per il recupero energetico da biomasse ed adottate tecnologie all’avanguardia nella depurazione delle acque che, insieme ad un adeguato sistema di gestione, hanno permesso di conseguire sia la Certificazione ISO 14001 che la registrazione EMAS. La cartiera Sca Packaging – Stabilimento di Porcari (LU)1 SCA (Svenska Cellulosa Aktiebolaget) è una società multinazionale svedese fondata nel 1929, con sede a Stoccolma. L’azienda è attiva nel settore forestale e dalla carta grafica (SCA Forest Products), in quello dei prodotti per uso igienico-sanitario (SCA Hygiene Products) ed in quello degli imballaggi (SCA Packaging). Il suo mercato di riferimento principale è l’Europa, dove ha rafforzato la sua posizione sia nel settore Hygiene che Packaging, acquisendo diverse società soprattutto negli ultimi anni. L’organizzazione di SCA Packaging nel nostro paese prende il nome di SCA Packaging Italia. Si tratta dell’unica azienda italiana a disporre del ciclo completo cartiera- ondulatore- scatolificiorecupero carta riciclata. Lo stabilimento di Lucca si trova, per precisione, a Porcari, una delle più importanti aree industriali nell’ambito della produzione della carta. La cartiera inizia la propria attività nel 1970, con il nome di Italcarta, avviando la macchina PM1. Cinque anni più tardi la fabbrica avvia anche la sua seconda macchina, la PM2. Nel 1988 il gruppo SCA acquisisce Italcarta, che quindi entra a far parte dell’organizzazione della multinazionale svedese. Nel 1994 la cartiera lucchese può vantare l’assegnazione del marchio LIFE che rappresenta un riconoscimento per l’impegno profuso nella lavorazione delle fibre riciclate e nella salvaguardia ambientale. Nel 1998 si ha il cambiamento del nome dell’azienda: Italcarta diviene SCA Packaging Lucca. Nello stesso anno lo stabilimento consegue la certificazione del proprio sistema di qualità in base alla norma ISO 9002, mentre l’anno successivo 1 viene rilasciato alla cartiera lucchese il certificato di conformità alla ISO 9001. Nel 2001, infine, viene conseguita la certificazione ambientale in conformità allo standard ISO 14001, rinnovata poi nel 2004. Nel 2005, infine, con la Dichiarazione Ambientale, SCA Packaging aderisce ad EMAS, impegnandosi, annualmente, ad elaborare e rendere noti all’organismo competente gli aggiornamenti convalidati e metterli a disposizione del pubblico. Dal punto di vista tecnologico, due recenti aventi particolarmente significativi per la cartiera, sono stati, l’installazione di una nuova ribobinatrice, nel 2001, e l’attivazione di un nuovo impianto di desolforazione del bio-gas per utilizzo come biocombustibile, nel 2002. Quest’ultimo ha permesso di migliorare sensibilmente la qualità del processo di depurazione delle acque avviato nel 1988. L’impianto di depurazione acqueo permette di produrre energia elettrica bruciando il bio-gas che si sviluppa in una fase del processo di depurazione. Il bio-gas è composto in prevalenza da metano e in parte dall’idrogeno solforato (H2S) che è tossico e maleodorante. Quest’ultimo deve essere tolto prima che il bio-gas possa essere bruciato per la produzione di energia elettrica. Questo impianto rappresenta una tecnologia altamente avanzata, ha un’elevata efficienza e funziona in maniera autonoma, necessitando solo dei controlli sistematici e della manutenzione. I rifiuti sono composti da sabbia, plastica, ferro, cariche, colle, paraffine, etc. Ad eccezione della sabbia, gli altri scarti sono mandati su un nastrino trasportatore che li immette in due presse poste in successione. L’efficienza di queste due presse dipende dal tipo di materiale che viene trattato e dalla sua quantità. Questo sistema di trattare gli scarti può essere migliorato e quindi la ricerca di un processo economico e funzionale per lo smaltimento dei rifiuti è lo scopo del progetto da me svolto in cartiera. www.scapackaging.it 2 Sintesi del processo produttivo Riprendiamo a grandi linee il concetto della produzione della carta. Come abbiamo già visto precedentemente la carta, il cartone e il cartoncino, una volta utilizzati, si possono riciclare. Dopo di che degli appositi macchinari macerano la carta, il cartone e il cartoncino provenienti dalla raccolta differenziata, ottenendo una pasta omogenea con la quale si possono produrre di nuovo materiali cellulosici. Nascono così gli imballaggi, i giornali, i libri, e altri prodotti che attraverso i più diversi canali distributivi arrivano ai consumatori finali. Una volta utilizzati, questi materiali vengono poi nuovamente raccolti, consegnati alle piattaforme di selezione dove avviene la cernita (eliminazione delle impurità come plastica, spille metalliche, ecc.), ridotti in balle e nuovamente affidati alle cartiere e successivamente agli impianti cartotecnici, che li trasformano rispettivamente in nuova carta, cartoncino e cartone e successivamente in imballaggi cellulosici, in fogli di carta, in sacchetti di carta, ecc. E così avanti, praticamente all'infinito. L'utilizzo dei maceri consente di ridurre la quantità di materiali destinati alle discariche, risparmiando così una preziosa risorsa che andrebbe altrimenti distrutta. Andiamo a vedere più in dettaglio: i maceri vengono gettati nella vasca piena d’acqua del “pulper” (“spappolatore”), che ha la funzione di separare fra loro le fibre. Il prodotto finale è denominato “sospensione” e consiste in una poltiglia di fibre in sospensione acquosa al 4% circa. La pasta così ottenuta deve essere sottoposta ad alcuni trattamenti specifici finalizzati a eliminare tutti gli eventuali materiali estranei ancora presenti (chiamati “contaminanti”) come plastica, vetro, ferro, colle, paraffina, ecc., la cui presenza può creare problemi produttivi e condizionare gravemente la qualità del prodotto finito. La prima fase che s'incontra in questo percorso comune a tutti i tipi di carta è quello della “raffinazione”.Lo scopo principale della raffinazione è quindi quello di aumentare i legami tra le fibre per sviluppare solidità e resistenza del foglio. La “miscelazione” è la prima parte del processo di trasformazione vero e proprio e consiste nell'omogeneizzare in maniera ottimale le materie prime fibrose tra di loro e con le altre materie di natura non fibrosa (additivi e ausiliari di processo). A questo punto l'impasto viene fortemente diluito fino a contenere solo l’1% di fibre. La precisione della diluizione (governata da sofisticati controlli computerizzati) è fondamentale per il successivo processo di “formazione”. Con il termine “formazione” si definisce la fase di fabbricazione vera e propria della carta, partendo dall’impasto fibroso e fino alla formazione del foglio di carta. Il metodo 6-sigma2 Il forte aumento della competitività in quasi tutti i settori di mercato, ha spinto le aziende, sia pubbliche che private, a cercare approcci, metodi e strumenti sempre più rapidi, concreti ed efficaci per migliorare i risultati economico/finanziari e i livelli di qualità del proprio business. In questa direzione strategica nel corso degli anni 90 alcune aziende leader mondiali hanno progettato e implementato un nuovo approccio denominato “6 sigma”, basato su una “catena delle cause” che si può descrivere così: - I risultati aziendali sono direttamente collegati alla crescita dell’attività - La crescita è in gran parte determinata dalla soddisfazione dei clienti per i prodotti/servizi acquistati - La soddisfazione dei clienti dipende essenzialmente da qualità, prezzo e disponibilità (consegne) - La qualità, il prezzo e le consegne sono funzione diretta delle capacità dei processi aziendali di controllare difetti (o errori), costi e tempi di ciclo - La capacità dei processi è fortemente limitata dalla variabilità. E’ questo il vero nemico della qualità e dei tempi dei processi. 2 www.galganogroup.it 3 Il progetto Come abbiamo già descritto, il progetto affronta il problema del trattamento degli scarti alla SCA Packaging di Porcari. Riepilogando, la cartiera realizza i suoi prodotti partendo da carta riciclata, quest’ultima contiene, oltre alla fibra, sostanze improprie quali plastica, ferro, legno, colle e cariche di ogni tipo. Diviene, così, necessaria una selezione del materiale di partenza, al fine di separare queste sostanze dalla fibra vera e propria. Seguendo il metodo 6-sigma il primo passo è stato definire gli scopi/obiettivi della fase DEFINE: valicare le opportunità di miglioramento e avere la visione degli impianti e dei processi interessati. Quindi le attività svolte: analisi dei dati storici e la mappatura del processo. Le cause dell’incremento della quantità smaltita sono state riscontrate nella mancata pressatura del pulper stoccato verso il lato autostrada, nell’acquisto di macero di grado 1; e nel malfunzionamento della pressa a vite nei primi mesi del 2006. Per quanto riguarda la mappatura, sotto viene riportato lo schema del processo dove sono presenti i punti di prelievo dei campioni da me analizzati (fig.1). - Pressatura, Pressa a vite (MERI): scarto Pulper bagnato; scarto bagnato da Reject Sorter. - Epurazione, Ecoreject: fibra con sabbia. - Elephant: sabbia con fibra. Per quanto riguarda lo scopo/obiettivo della fase MEASURE è stato sintetizzato come la fotografia della situazione iniziale rispetto agli indicatori critici associato alle seguenti attività: analisi di dettaglio dei dati storici, aumento della frequenza della raccolta dei dati, avvio della raccolta dei dati su indicatori non monitorati. Per la fase ANALYSE è stato riassunto come scopo la ricerca delle cause prioritarie collegate ai problemi rilevati; e come attività, l’analisi cause/effetto e l’analisi dei dati raccolti mediante stratificazioni/correlazioni. Infine per la fase IMPROVE è stato stimato come obiettivo di definire le azioni di miglioramento e di verificarne l’applicabilità e la validità con le seguenti attività: individuazione delle alternative per rimuovere le cause di criticità; definizione del piano di implementazione e esecuzione di test pilota FASE SPERIMENTALE Metodi di analisi Lo scopo del progetto è di quantificare gli scarti da un punto di vista quantitativo e qualitativo. Gli scarti sono stati quantificati manualmente e le operazioni di pesatura sono avvenute con tre metodi diversi a seconda della composizione dello scarto e della locazione: - attraverso l’uso di una pala o benna collegata ad una ruspa; - attraverso l’uso di un carrellino posto sotto lo scarico dei cicloni; - attraverso un secchio. La fase seguente è stata svolta in laboratorio, con l’aiuto del personale della cartiera, per eseguire le seguenti operazioni: 1. stabilire il grado di secco di ogni singolo scarto; 2. analizzare lo scarto in modo da trovare le quantità di fibra, di inquinante in esso contenute e individuare il tipo di impurità presente. Il grado di secco e una prova di facile esecuzione: occorre pesare una quantità di scarto umido, metterla in stufa a 200 °C per 24 ore e pesarla di nuovo. La quantità trovata è appunto il secco dello scarto. Il grado di secco è espresso in percentuale ed è calcolato nel modo seguente: (SCARTO SECCO/ SCARTO UMIDO) * 100 La divisione fra materia fibrosa e non si può ottenere in due modi: 1. selezione manuale; 2. ceneri. La selezione manuale è stata usata per gli scarti più grossolani: tamburo assortitore e reject sorter. Le ceneri sono state fatte sugli scarti dei sunds defibrator (Elephant e Ecoreject). La prova delle ceneri consiste nel mettere in stufa a 500 °C, per due ore, un campione secco e pesato. La materia che rimane depositata dopo la bruciatura, appunto le ceneri, rappresenta materia non fibrosa che può essere polistirolo, colle, hot melts o paraffine. La quantità di ceneri è espressa in percentuale e calcolata nel modo seguente: 4 (PESO IN gr. CENERI/ PESO IN gr. SECCO) * 100 Test pilota Il nostro test pilota si basa su scopi primari, ovvero: 1) correlare la quantità di scarto a: - parametri di funzionamento dell’impianto; - stato di efficienza dell’impianto; 2) Stabilire la composizione dei diversi tipi di scarto per: - validare l’obiettivo relativo alla % di fibra recuperabile allo scarto pulper; - valutare il corretto funzionamento dell’impianto. E secondari: correlare la quantità di scarto al grado di criticità in termini di contaminanti presenti nel macero. Così, per lo scarto del pulper, per migliorare la % di secco della Pressa a Vite sono stati stimati i seguenti punti: 1- affissione in Preparazione impasti di un cartellone su cui rappresentare graficamente l’andamento dell’indice rilevato giornalmente; 2- utilizzo delle analisi di laboratorio da me effettuate e dell’ addetto alla Raffinazione, per determinare lo stato di usura dell’impianto (flow chart.) oltre che per il normale reporting; 3- prevedere lo studio di carte di controllo ad hoc; 4- riesame dei dati raccolti durante i periodici giri di controllo e discussione mensile delle performance; 5- registrazione dei carichi in uscita in funzione della baia di carico ed intensificazione della pressatura tramite pressa esterna. Per quanto riguarda la % di fibra i punti sono i seguenti: 1- riesame dei tempi di settaggio dei macchinari in relazione ad eventuali modifiche intercorse con periodicità mensile; 2- analisi della % di fibra nello scarto del pulper con periodicità quindicinale per testare l’effetto di eventuali modifiche e lo stato di efficienza. Risultati delle prove di laboratorio Per motivi di spazio viene riportato solamente uno schema di esempio (fig. 2) e quindi poi il riassunto di tutte le prove ed i risultati (fig.3; fig.4). Con il test pilota è stato fatto uno studio della situazione attuale e grazie all’analisi dettagliata su ogni fronte, prodotti in entrata, impianto, laboratorio, prodotti in uscita, è stata elaborata una soluzione per migliorare la qualità e la resa del prodotto finito e sfruttare al meglio la forza lavoro. Quindi è stato proposto di effettuare periodicamente il test pilota, creando così degli schemi guida sia per le analisi di laboratorio e quindi sul recupero di fibra, sia sul giudizio visivo e quindi l’organizzazione delle entrate (macero). Conclusioni Il lavoro svolto ha come scopo il miglioramento del metodo di trattamento degli scarti attualmente in uso in cartiera. Il lavoro è stato quindi così articolato: analisi della situazione e dell’andamento generale di cartiera, e questo grazie allo studio svolto dalla società di consulenza Galgano, campionamento, analisi di laboratorio, stima di una possibile soluzione. Grazie alle sedute di consulenza, dove sono stati presi in esame tutti i parametri descritti sopra, e la rielaborazione dei dati forniti, è stato proposto un metodo per migliorare il processo di entrata del macero, del recupero della fibra dal prodotto in entrata, e quindi in definitiva dell’ottimizzazione del trattamento degli scarti, sia da un punto di vista concettuale, ingegneristico ed economico. Sono stati definiti inoltre precisi obiettivi e i tempi per il loro raggiungimento. L’applicazione dei metodi proposti, la loro continua verifica e follow-up, la formazione al personale che necessariamente deve essere coinvolto, hanno portato già a sensibili miglioramenti facilmente documentabili anche nel bilancio aziendale. Abbiamo evidenziato l’assoluta necessità di tenere continuamente gli operatori informati sugli obiettivi che ci siamo posti e il continuo confronto con i risultati quotidianamente ottenuti. Dal punto di vista personale, è stata un’ottima opportunità per conoscere da vicino una grande azienda multinazionale, per entrare in contatto diretto con le problematiche reali e per lavorare, sia dal punto di vista teorico che pratico, con un metodo efficace applicabile in ogni realtà produttiva. La soluzione proposta nel progetto 5 10 SCHEMA GENERALE PROCESSO l Schema con Pulper N°6 Arrivo Materia Prima Controllo Qualità EPURAZIONE Stivaggio Epurazione a CICLONE GROSSOLANA Spappolamento Spappolatori Epurazione a FORI Cleeners Epurazione a CICLONE FINE Epurazione a FESSURE Cestelli a Fressure Fiber-Sorter Celleco L. D. C. (Sunds Defibrator) H7 Legenda Colori H8 Tamburi Assortitori Reject-Sorter Schema Spappolatore N° 6 Scarto Pulper Scarto Fibra Scarto Sabbia Scarto "Pepite" Macro Fase Fase di Processo H: Hydrapurge LDC Nastrini T. 11 Elephant Pressa Scarti a Vite (MERI) SABBIA ADDENSATA Ecoreject FIBRA PRESSATA SCARTO PULPER PRESSATO 10 Fig.1 Punti di prelievo DATA 11/09/2006 CAMPIONE DESCRIZIONE DATA SECCO% CENERI% CONTAMINANTI% FIBRA% N' 6 ( I ) N' 6 ( II ) N' 6 ( III ) SCARTO PULPER SCARTO PULPER SCARTO PULPER 48,62 54,49 55,17 N' 7 ( I ) N' 7 ( II ) N' 7 ( III ) NASTRINO N3 NASTRINO N3 NASTRINO N3 N' 8 ( I ) N' 8 ( II ) N' 8 ( III ) ELEPHANT ELEPHANT ELEPHANT 13,73 13,04 11,25 N' 9 ( I ) N' 9 ( II ) N' 9 ( III ) FESSURE ( PRESSA ) FESSURE ( PRESSA ) FESSURE ( PRESSA ) 42,41 39,08 43,62 65,59 31,61 26,7 20/09/2006 CAMPIONE DESCRIZIONE SCARTO PULPER SCARTO PULPER SCARTO PULPER 61,85* 62,78* 58,27* 55,58* 40,78* 40,14* 44,42 59,22 59,86 N' 7 ( I ) N' 7 ( II ) N' 7 ( III ) NASTRINO N3 NASTRINO N3 NASTRINO N3 10,09* 10,85* 12,21* 11,49* 19,61* 18,46* 88,51 80,39 81,54 36,02 36,02 31,38 N' 8 ( I ) N' 8 ( II ) N' 8 ( III ) ELEPHANT ELEPHANT ELEPHANT 12,92 12,02 16,8 41,91 36,45 56,68 20,61 22,81 18,86 N' 9 ( I ) N' 9 ( II ) N' 9 ( III ) FESSURE ( PRESSA ) FESSURE ( PRESSA ) FESSURE ( PRESSA ) 49,4 36,49 49,52 25,07 25,73 25,49 8,59 9,95 7,96 34,41 N' 6 ( I ) 68,39 N' 6 ( II ) 73,3 N' 6 ( III ) SECCO% CENERI% CONTAMINANTI% FIBRA% Fig. 2 Prove di laboratorio- schema di esempio 6 data 11-set 11-set 11-set 18-set 20-set 20-set 20-set 28-set 02-ott 09-ott 11-ott 18-ott 18-ott 18-ott 23-ott 30-ott 02-nov 06-nov 04-dic 11-dic nr campione % contamin a b c a a b c a a a a a b c a a a a a a % fibra 65,59 31,61 26,70 32,15 55,58 40,78 40,14 28,10 57,56 71,93 43,73 60,73 65,27 45,04 44,19 69,52 62,65 36,38 47,66 77,77 34,41 68,39 73,30 67,85 44,42 59,22 59,86 78,90 42,44 28,07 56,27 39,27 34,73 54,96 55,81 30,48 37,35 63,62 52,34 22,23 Fig. 3 Tabella riepilogativa 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 a a a a a a c b a a a a a c b a a c b 0,00 a 10,00 11-set 11-set 11-set 18-set 20-set 20-set 20-set 28-set 02-ott 09-ott 11-ott 18-ott 18-ott 18-ott 23-ott 30-ott 02-nov 06-nov 04-dic 11-dic % contaminanti % fibra Fig. 4 Grafico riepilogativo 7