Teknisk analys av slamkarbonisering (pyrolys/hydrotermisk karbonisering) och integration med anaerob matsmältning

一. Översikt över slamkarbonisering

Slamkarbonisering är en termokemisk process som omvochlar organiskt material i slam till stabila kolrika produkter. Det inkluderar torrkarbonisering (pyrolys) and Våt karbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC) , siktar på slamreduktion, avgiftning och resursåtervinning.

二. Torrkarbonisering (pyrolys): principer och funktioner

1. Principer
   Under anoxiska eller låg syreförhållanden Vid höga temperaturer (250–800 ° C) sönderdelar pyrolys slam organiska ämnen i biochar, syngas (H₂, CH₄, CO) och TAR. Kategorier efter temperatur:

   • Lågtemperaturpyrolys (250–350 ° C): Enkel utrustning, låg investering, högt biocharkalorivärde.
   • Pyrolys (400–600 ° C): balanserar energiförbrukning och produktkvalitet; Effektiv immobilisering av tungmetall.
   • Högtemperaturpyrolys (600–800 ° C): mogen teknik men kostsam; Lämplig för småskaliga applikationer.

2. Processflöde

   • Förbehandling : Slam förtjockning → djup avvattning (fukt <60%) → torkning (fukt <25%).
   • Pyrolys : Roterande ugn eller jackad reaktor, uppvärmd av förbränning av naturgas eller syngas.
   • Produktutnyttjande : Biochar för markändring, bränsle eller adsorbent; SYNGAS återvinns för energi.

3. Fördelar

   • Volymminskning> 90% .
   • Miljövänlig : Undertrycker bildning av dioxin; stabiliserar tungmetaller.
   • Energislå : SYNGAS möter 50–80% av energibehovet.

4. Begränsningar

   • Högenergikonsumtion : Kräver externt bränsle (driftskostnad ≥200 cny/ton).
   • Komplex utrustning : Exakt temperatur och uppehållstidskontroll behövs.

三. Våt karbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC): Principer och funktioner

1. Principer
   Användning underkritisk vatten (180–260 ° C, 2–10 MPa) för att omvandla slam organics till hydrochar via hydrolys, dekarboxylering och polymerisation. Ingen torkning krävs.

2. Processflöde

   • Reaktion : Slurry reagerar i en förseglad reaktor i timmar.
   • Produktseparation : Hydrochar filtrerad; Flytande fas (rik på organiska syror) som används i anaerob matsmältning.

3. Fördelar

   • Hanterar slam med hög fukt (≥80% fukt) direkt.
   • Hydrochar : Syre-rika ytgrupper för jord/katalytiska tillämpningar.
   • Lägre energianvändning : Förbehandlingskostnader minskade med 30–50% kontra torra metoder.

4. Begränsningar

   • Hårda förhållanden : Högtrycksreaktorer ökar kapitalkostnaderna.
   • Lägre hydrocharkalorivärde (15–20 mj/kg mot 20–25 mJ/kg för pyrolytisk biochar).

四. Jämförelse av torr och våt karbonisering

五. Synergi med anaerob matsmältning (AD)

1. Energimaterialintegration

   • Energigopa : Biogas (60–70% CH₄) bränslen karbonisering; Återstående värme från karbonisering återanvänds till värmeannonssystem.
   • Produktsynergi : Biochar förbättrar mikrobiell aktivitet i AD; HTC -vätskefas kompletterar kol för matsmältning.

2. Fallstudier

   • Slam mat avfall sammältningsbesvär : Blandning förbättrar C/N -förhållandet, vilket ökar metanutbytet med 24–47%; Biochar minskar ammoniakutsläppen inom jordbruket.
   • Industriell symbios : Österrikes STRASS WWTP kombinerar slam/matavfallsmältning, vilket genererar biogas för 70% av växtenergi; Biochar som används i jordbruket.

3. Gynn

   • Energieffektivitet : AD-pyrolyssystem uppnår 80% självförsörjning av energi och skär 25 142 kWh/100 ton slam kontra förbränning.
   • Kolneutralitet : Kopplade system minskar växthusgasutsläppen (30–50% CO₂ -minskning); Biochar SEQUESTERS 0,5–1,2 ton CO₂-Equivalent/Ton.

六. Utmaningar och framtida riktningar

1. Utmaningar

   • Kostnadshinder : Höga driftskostnader (torra) och kapitalkostnader (våta).
   • Standardisering : Biochar Safety måste uppfylla standarder som GB/T 24600-2008.

2. Innovationsvägar

   • Smart kontroll : Optimera pyrolysparametrar (temperatur, uppehållstid).
   • Hybridsystem : Integrera HTC AD -syngas kraftproduktion för högre energiåtervinning.

Torr pyrolys passar storskalig slamreduktion och energiåtervinning, medan HTC utmärker sig vid bearbetning av högfuktighetsslam. Integrering av dessa med anaerob matsmältning skapar "energimaterial" -system med sluten slinga och skiftar slamhantering från bortskaffande till resursregenerering.