Analiza techniczna karbonizacji osadu (piroliza/karbonizacja hydrotermalna) i integracja z trawieniem beztlenowym

一. Przegląd karbonizacji osadu

Karbonizacja osadu jest procesem termochemicznym, który przekształca materię organiczną w szlamie w stabilne produkty bogate w węgiel. Obejmuje sucha karbonizacja (piroliza) I karbonizacja na mokro (karbonizacja hydrotermalna, HTC) , Celowanie do redukcji osadu, detoksykacji i odzyskiwania zasobów.

二. Sucha karbonizacja (piroliza): zasady i cechy

1. Zasady
   Przeprowadzone pod Warunki anoksyczne lub niskoksygen W wysokich temperaturach (250–800 ° C) piroliza rozkłada organiczne osad na biowęgel, syngas (H₂, CH₄, CO) i TAR. Kategorie według temperatury:

   • Piroliza o niskiej temperaturze (250–350 ° C): Prosty sprzęt, niskie inwestycje, wysoka wartość kaloryczna biowęgla.
   • Piroliza średniej temperatury (400–600 ° C): Równoważy zużycie energii i jakość produktu; Skuteczne unieruchomienie metali ciężkich.
   • Piroliza w wysokiej temperaturze (600–800 ° C): Dojrzała technologia, ale kosztowna; Nadaje się do aplikacji na małą skalę.

2. Przepływ procesu

   • Obróbka wstępna : Pogrubienie osadu → głębokie odwadnianie (wilgoć <60%) → suszenie (wilgoć <25%).
   • Piroliza : Kiln obrotowy lub reaktor płaszczyzny, ogrzewany przez gaz ziemny lub spalanie syngas.
   • Wykorzystanie produktu : Biowęgla do zmiany gleby, paliwa lub adsorbent; Syngas recyklingowy dla energii.

3. Zalety

   • Redukcja objętości> 90% .
   • Przyjazny dla środowiska : Tłumi tworzenie dioksyny; stabilizuje metale ciężkie.
   • Samowystarczalność energii : Syngas spełnia 50–80% zapotrzebowania na energię.

4. Ograniczenia

   • Wysokie zużycie energii : Wymaga paliwa zewnętrznego (koszt operacyjny ≥200 cNY/tonę).
   • Złożony sprzęt : Dokładna potrzebna temperatura i kontrola czasu przebywania.

三. Karbonizacja na mokro (karbonizacja hydrotermalna, HTC): Zasady i cechy

1. Zasady
   Zastosowania Woda podkrytyczna (180–260 ° C, 2–10 MPa) w celu przekształcenia osadów organicznych na wodę wodną poprzez hydrolizę, dekarboksylację i polimeryzację. Brak wymagania suszenia.

2. Przepływ procesu

   • Reakcja : Gnojowica reaguje w zapieczętowanym reaktorze przez wiele godzin.
   • Separacja produktu : Filtrowano hydrochar; Faza ciekła (bogata w kwasy organiczne) stosowane w trawieniu beztlenowym.

3. Zalety

   • Obsługuje osad o wysokiej mocy (≥80% wilgoci) bezpośrednio.
   • Hydrochar funkcjonalny : Bogate w tlen grupy powierzchniowe do zastosowań gleby/katalitycznych.
   • Niższe zużycie energii : Koszty wstępne obróbki zmniejszone o 30–50% w porównaniu z metodami suchymi.

4. Ograniczenia

   • Surowe warunki : Reaktory pod wysokim ciśnieniem zwiększają koszty kapitałowe.
   • Niższa wartość kaloryczna hydrocharu (15–20 MJ/kg vs. 20–25 MJ/kg dla birolitycznego biowęgla).

四. Porównanie karbonizacji suchej i mokrej

五. Synergia z trawieniem beztlenowym (AD)

1. Integracja materiału energii

   • Pętla energetyczna : Biogaz (60–70% CH₄) napędza karbonizację; Resztkowe ciepło z karbonizacji jest ponownie wykorzystywane do systemów AD ciepła.
   • Synergia produktu : Biochar zwiększa aktywność drobnoustrojów w AD; Faza ciekła HTC suplementuje węgiel do trawienia.

2. Studia przypadków

   • Sludge Food Waste Wspólne trawienie : Mieszanie poprawia stosunek C/N, zwiększając wydajność metanu o 24–47%; Biowęgla zmniejsza emisję amoniaku w rolnictwie.
   • Symbioza przemysłowa : Austria Strass WWTP łączy trawienie osadu/odpadów żywnościowych, wytwarzając biogaz dla 70% energii roślin; Biowęgla używane w rolnictwie.

3. Korzyści

   • Efektywność energetyczna : Systemy adrolizy osiągają 80% samowystarczalność energii, zmniejszając 25 142 kWh/100 ton osadu vs. spalanie.
   • Neutralność węglowa : Systemy sprzężone zmniejszają emisję GHG (30–50% redukcji CO₂); Sekwestrowi biowęgla 0,5–1,2 ton CO₂ Equivalent/Ton.

六. Wyzwania i przyszłe kierunki

1. Wyzwania

   • Bariery kosztów : Wysokie koszty operacyjne (suche) i koszty kapitałowe (mokre).
   • Normalizacja : Bezpieczeństwo biowęgla musi być zgodne ze standardami takimi jak GB/T 24600-2008.

2. Ścieżki innowacji

   • Inteligentna kontrola : Zoptymalizuj parametry pirolizy (temperatura, czas przebywania).
   • Systemy hybrydowe : Zintegruj wytwarzanie energii HTC AD Syngas, aby uzyskać wyższą energię.

Sucha piroliza pasuje do zmniejszenia szlamu na dużą skalę i odzyskiwanie energii, podczas gdy HTC wyróżnia się w przetwarzaniu szlamu o wysokiej mocy. Integracja ich z trawieniem beztlenowym tworzy systemy „energii” w zamkniętej pętli, zmieniając zarządzanie osadami z usuwania do regeneracji zasobów.