Tehnička analiza karbonizacije mulja (piroliza/hidrotermalna karbonizacija) i integracija s anaerobnom probavom

一. Pregled karbonizacije mulja

Karbonizacija mulja je termokemijski proces koji pretvara organsku tvar u mulj u stabilne proizvode bogate ugljikom. Uključuje suha karbonizacija (piroliza) i Vlažna karbonizacija (hidrotermalna karbonizacija, HTC) , Cilj smanjenja mulja, detoksikacije i oporavka resursa.

二. Suha karbonizacija (piroliza): principi i značajke

1. Principi
   Izveden pod anoksični ili nisko-kisik uvjeti Pri visokim temperaturama (250–800 ° C) piroliza razgrađuje organske organe u biochar, syngas (h₂, ch₄, co) i katran. Kategorije po temperaturi:

   • Piroliza niske temperature (250–350 ° C): Jednostavna oprema, niska ulaganja, visoka kalorična vrijednost biopuha.
   • Piroliza srednje temperature (400–600 ° C): uravnotežuje potrošnju energije i kvalitetu proizvoda; Učinkovita imobilizacija teških metala.
   • Piroliza visoke temperature (600–800 ° C): zrela tehnologija, ali skupa; Pogodno za male aplikacije.

2. Protok procesa

   • Prethodna obrada : Zadebljanje mulja → Duboko odvodnjavanje (vlaga <60%) → sušenje (vlaga <25%).
   • Piroliza : Reaktor rotacijske peći ili jakne, zagrijan prirodnim plinom ili syngas izgaranjem.
   • Iskorištavanje proizvoda : Biochar za izmjenu tla, gorivo ili adsorbent; Syngas recikliran za energiju.

3. Prednosti

   • Smanjenje volumena> 90% .
   • Ekološki prihvatljiv : Suzbija stvaranje dioksina; Stabilizira teške metale.
   • Energetska samodovoljnost : Syngas zadovoljava 50–80% energetske potražnje.

4. Ograničenja

   • Visoka potrošnja energije : Zahtijeva vanjsko gorivo (operativni trošak ≥200 CNY/ton).
   • Složena oprema : Potrebna je precizna temperatura i vrijeme boravka.

三. Vlažna karbonizacija (hidrotermalna karbonizacija, HTC): principi i značajke

1. Principi
   Uporaba subkritična voda (180–260 ° C, 2–10 MPa) za pretvaranje organskog mulja u hidrochar putem hidrolize, dekarboksilacije i polimerizacije. Nije potrebno sušenje.

2. Protok procesa

   • Reakcija : Slurry satima reagira u zapečaćenom reaktoru.
   • Razdvajanje proizvoda : Hidrochar filtriran; Tekuća faza (bogata organskim kiselinama) koja se koristi u anaerobnoj probavi.

3. Prednosti

   • Obrađuje mulj visokih moda (≥80% vlage) izravno.
   • Funkcionalni hidrochar : Površinske skupine bogate kisikom za tlo/katalitičke primjene.
   • Niža upotreba energije : Troškovi prethodne obrade smanjili su se za 30–50% u odnosu na suhe metode.

4. Ograničenja

   • Oštri uvjeti : Reaktori visokog pritiska povećavaju kapitalne troškove.
   • Niža kalorična vrijednost hidrochar (15–20 MJ/kg u odnosu na 20–25 MJ/kg za pirolitički biochar).

四. Usporedba suhe i vlažne karbonizacije

五. Sinergija s anaerobnom probavom (AD)

1. Integracija energetskog materijala

   • Energetska petlja : Bioplin (60–70% ch₄) podstiče karbonizaciju; Preostala toplina iz karbonizacije ponovno se koristi u toplinskoj oglasnoj sustavima.
   • Sinergija proizvoda : Biochar povećava mikrobnu aktivnost u AD; HTC tekuća faza nadopunjuje ugljik za probavu.

2. Studije slučaja

   • Opet za otpad od mulja : Miješanje poboljšava omjer C/N, povećavajući prinos metana za 24–47%; Biochar smanjuje emisiju amonijaka u poljoprivredi.
   • Industrijska simbioza : Austrijski Strass WWTP kombinira probavu otpada mulja/hrane, stvarajući bioplin za 70% biljne energije; Biochar koji se koristi u poljoprivredi.

3. Beneficije

   • Energetska učinkovitost : AD-pirolizni sustavi postižu 80% samodostatnost energije, režući 25.142 kWh/100 tona mulja u odnosu na spaljivanje.
   • Neutralnost ugljika : Spojeni sustavi smanjuju emisiju stakleničkih plinova (smanjenje od 30–50% CO); Biochar Sequesters 0,5–1,2 tona CO₂ ekvivalent/tona.

六. Izazovi i budući upute

1. Izazovi

   • Koštaju prepreke : Visoki operativni troškovi (suhi) i kapitalni troškovi (vlažni).
   • Standardizacija : Sigurnost biopuha mora biti u skladu sa standardima poput GB/T 24600-2008.

2. Inovacijski putovi

   • Pametna kontrola : Optimizirajte parametre pirolize (temperatura, vrijeme boravka).
   • Hibridni sustavi : Integrirajte HTC AD Syngas stvaranje energije za veći oporavak energije.

Suha piroliza odgovara smanjenju mulja i oporavku energije, dok se HTC ističe u obradi mulja s visokom moistu. Integrirajući ih s anaerobnom probavom stvara sustave „energetskih materijala“ u zatvorenoj petlji, prebacivanje upravljanja muljem s odlaganja na regeneraciju resursa.