Teknisk analyse av slamkarbonisering (pyrolyse/hydrotermisk karbonisering) og integrasjon med anaerob fordøyelse

一. Oversikt over slamkarbonisering

Slam karbonisering er en termokjemisk prosess som konverterer organisk materiale i slam til stabile karbonrike produkter. Det inkluderer tørr karbonisering (pyrolyse) og våt karbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC) , sikter mot slamreduksjon, avgiftning og ressursgjenoppretting.

二. Tørr karbonisering (pyrolyse): Prinsipper og funksjoner

1. Prinsipper
   Gjennomført under anoksiske eller lite oksygenforhold Ved høye temperaturer (250–800 ° C), dekomponerer pyrolyse slamorganisk til biochar, syngas (H₂, CH₄, CO) og Tar. Kategorier etter temperatur:

   • Pyrolyse med lav temperatur (250–350 ° C): Enkelt utstyr, lave investeringer, høy biorifettverdi.
   • Middels temperatur pyrolyse (400–600 ° C): Balanser energiforbruk og produktkvalitet; Effektiv tungmetallimmobilisering.
   • Pyrolyse med høy temperatur (600–800 ° C): moden teknologi, men kostbar; Passer for småskala applikasjoner.

2. Prosessstrøm

   • Forbehandling : Slamfortykning → dyp avvanning (fuktighet <60%) → tørking (fuktighet <25%).
   • Pyrolyse : Roterende ovn eller jakke reaktor, oppvarmet ved forbrenning av naturgass eller syngas.
   • Produktutnyttelse : Biochar for jordendring, drivstoff eller adsorbent; Syngas resirkulert for energi.

3. Fordeler

   • Volumreduksjon> 90% .
   • Miljøvennlig : Undertrykker dioksindannelse; stabiliserer tungmetaller.
   • Energi-selvforsyning : Syngas møter 50–80% av energibehovet.

4. Begrensninger

   • Høyt energiforbruk : Krever eksternt drivstoff (driftskostnad ≥200 CNY/tonn).
   • Kompleks utstyr : Presis temperatur og oppholdstidskontroll nødvendig.

三. Våt karbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC): Prinsipper og funksjoner

1. Prinsipper
   Bruker subkritisk vann (180–260 ° C, 2–10 MPa) for å konvertere slamorganiske stoffer til hydrochar via hydrolyse, dekarboksylering og polymerisasjon. Ingen tørking kreves.

2. Prosessstrøm

   • Reaksjon : Slurry reagerer i en forseglet reaktor i timevis.
   • Produktseparasjon : Hydrochar filtrert; Væskefase (rik på organiske syrer) brukt i anaerob fordøyelse.

3. Fordeler

   • Håndterer slam med høyt fuktighet (≥80% fuktighet) direkte.
   • Funksjonell hydrochar : Oksygenrike overflategrupper for jord/katalytiske anvendelser.
   • Lavere energibruk : Forbehandlingskostnader redusert med 30–50% mot tørre metoder.

4. Begrensninger

   • Tøffe forhold : Høytrykksreaktorer øker kapitalkostnadene.
   • Lavere hydrochar brennverdi (15–20 MJ/kg mot 20–25 MJ/kg for pyrolytisk biochar).

四. Sammenligning av tørr og våt karbonisering

五. Synergi med anaerob fordøyelse (AD)

1. Energi-materiale integrasjon

   • Energisløyfe : Biogass (60–70% CH₄) gir karbonisering; Restvarme fra karbonisering gjenbrukes til varme annonsesystemer.
   • Produktsynergi : Biochar forbedrer mikrobiell aktivitet i AD; HTC væskefasetilskudd karbon for fordøyelse.

2. Casestudier

   • Slammatavfall samfordeling : Blanding forbedrer C/N -forholdet, øker metanutbyttet med 24–47%; Biochar reduserer ammoniakkutslipp i landbruket.
   • Industriell symbiose : Østerrikes Strass WWTP kombinerer fordøyelse av slam/matavfall, og genererer biogass for 70% av plantenergi; Biochar brukt i jordbruk.

3. Fordeler

   • Energieffektivitet : AD-pyrolysesystemer oppnår 80% energi-selvforsyning, og kutter 25.142 kWh/100 tonn slam kontra forbrenning.
   • Karbonneutralitet : Koblede systemer reduserer klimagassutslipp (30–50% CO₂ -reduksjon); Biochar Sequesters 0,5–1,2 tonn co₂-ekvivalent/ton.

六. Utfordringer og fremtidige retninger

1. Utfordringer

   • Kostnadsbarrierer : Høye driftskostnader (tørre) og kapitalkostnader (våt).
   • Standardisering : Biochar-sikkerhet må overholde standarder som GB/T 24600-2008.

2. Innovasjonsveier

   • Smart kontroll : Optimaliser pyrolyseparametere (temperatur, oppholdstid).
   • Hybridsystemer : Integrer HTC AD -syngas kraftproduksjon for høyere energiutvinning.

Tørrpyrolyse passer til storskala slamreduksjon og energigjenvinning, mens HTC utmerker seg i behandlingen av høy-fuktighetsslam. Integrering av disse med anaerob fordøyelse skaper “energimateriale" -systemer med lukket sløyfe, og skifter slamstyring fra avhending til ressursregenerering.