Technische analyse van slibcarbonisatie (pyrolyse/hydrothermische carbonisatie) en integratie met anaërobe digestie

一. Overzicht van slibcarbonisatie

Sludge carbonisatie is een thermochemisch proces dat organisch materiaal in slib omzet in stabiele koolstofrijke producten. Het omvat droge carbonisatie (pyrolyse) En Natte carbonisatie (hydrothermische carbonisatie, HTC) , streven naar slibreductie, ontgifting en herstel van hulpbronnen.

二. Droge carbonisatie (pyrolyse): principes en kenmerken

1. Principes
   Uitgevoerd onder anoxische of lage zuurstofvoorwaarden Bij hoge temperaturen (250 - 800 ° C) ontleedt pyrolyse slib organische stoffen in biochar, syngas (H₂, CH₄, CO) en TAR. Categorieën per temperatuur:

   • Lage temperatuur pyrolyse (250–350 ° C): eenvoudige apparatuur, lage investering, calorische waarde met hoge biochar.
   • Middellange temperatuur pyrolyse (400 - 600 ° C): Betalied energieverbruik en productkwaliteit; Effectieve immobilisatie van zware metaal.
   • Hoge temperatuur pyrolyse (600–800 ° C): volwassen technologie maar kostbaar; Geschikt voor kleinschalige toepassingen.

2. Processtroom

   • Voorbehandeling : Sludge verdikking → Diep ontwatering (vocht <60%) → Drogen (vocht <25%).
   • Pyrolyse : Rotary oven of mantelreactor, verwarmd door aardgas of syngasverbranding.
   • Productgebruik : Biochar voor bodemwijziging, brandstof of adsorbens; Syngas gerecycled voor energie.

3. Voordelen

   • Volumevermindering> 90% .
   • Milieuvriendelijk : Onderdrukt de vorming van dioxine; Stabiliseert zware metalen.
   • Energie zelfvoorziening : Syngas voldoet 50-80% van de energievraag.

4. Beperkingen

   • Hoog energieverbruik : Vereist externe brandstof (bedrijfskosten ≥200 CNY/ton).
   • Complexe apparatuur : Nauwkeurige temperatuur- en verblijftijdregeling nodig.

三. Natte carbonisatie (hydrothermische carbonisatie, HTC): principes en kenmerken

1. Principes
   Gebruik subkritisch water (180–260 ° C, 2-10 MPa) om sliborganics om te zetten in hydrochar via hydrolyse, decarboxylering en polymerisatie. Geen drogen vereist.

2. Processtroom

   • Reactie : Slurry reageert urenlang in een afgesloten reactor.
   • Productscheiding : Hydrochar gefilterd; Vloeibare fase (rijk aan organische zuren) gebruikt in anaërobe digestie.

3. Voordelen

   • Hanteert met hoge vocht slib (≥80% vocht) direct.
   • Functionele hydrochar : Zuurstofrijke oppervlaktegroepen voor bodem/katalytische toepassingen.
   • Lager energieverbruik : Voorbehandelingskosten verlaagd met 30-50% versus droge methoden.

4. Beperkingen

   • Zware omstandigheden : Hogedrukreactoren verhogen de kapitaalkosten.
   • Lagere hydrochar calorische waarde (15–20 MJ/kg versus 20–25 MJ/kg voor pyrolytische biochar).

四. Vergelijking van droge en natte carbonisatie

五. Synergie met anaërobe digestie (AD)

1. Integratie van energiemateriaal

   • Energielus : Biogas (60-70% ch₄) voedt de carbonisatie; Restwarmte van carbonisatie wordt hergebruikt om AD -systemen te verwarmen.
   • Productsynergie : Biochar verbetert de microbiële activiteit in AD; HTC vloeibare fase is koolstof aangevuld voor de spijsvertering.

2. Casestudy

   • Sludge Food Waste co-digestie : Mengen verbetert de C/N -verhouding, verhoogde methaanopbrengst met 24-47%; Biochar vermindert ammoniakemissies in de landbouw.
   • Industriële symbiose : Strass WWTP van Oostenrijk combineert sludge/voedselverspillingsvertering, waarbij biogas worden gegenereerd voor 70% van de plantenergie; Biochar gebruikt in de landbouw.

3. Voordelen

   • Energie -efficiëntie : AD-pyrolyse-systemen bereiken 80% energie-zelfvoorziening, snijdend 25,142 kWh/100 ton slib versus verbranding.
   • CO2 -neutraliteit : Gekoppelde systemen verminderen BKG -emissies (CO₂ -reductie van 30-50%); Biochar-sequesters 0,5-1,2 ton co₂-equivalent/ton.

六. Uitdagingen en toekomstige richtingen

1. Uitdagingen

   • Kosten barrières : Hoge bedrijfskosten (droog) en kapitaalkosten (nat).
   • Standaardisatie : Biochar-veiligheid moet voldoen aan normen zoals GB/T 24600-2008.

2. Innovatiepaden

   • Slimme controle : Optimaliseer pyrolyseparameters (temperatuur, verblijftijd).
   • Hybride systemen : Integreer HTC AD Syngas Power Generation voor hogere energieherstel.

Droge pyrolyse past grootschalige slibreductie en energieherstel, terwijl HTC uitblinkt in het verwerken van slib met hoge vochten. Integratie van deze met anaërobe digestie creëert een "energiemateriaal" -systemen met gesloten-lus en verschuiven slibbeheer van verwijdering naar de regeneratie van hulpbronnen.