Technická analýza karbonizácie kalov (pyrolýza/hydrotermálna karbonizácia) a integrácia s anaeróbnym trávením

Autor: Kate Chen
E-mail: [email protected]
Date: Apr 18th, 2025

一. Prehľad karbonizácie kalov

Káľba karbonizácie kalu je termochemický proces, ktorý premieňa organické látky v kaloch na stabilné produkty bohaté na uhlík. Zahŕňa suchá karbonizácia (pyrolýza) a Mokrá karbonizácia (hydrotermálna karbonizácia, HTC) , zamerané na zníženie kalov, detoxikáciu a obnovenie zdrojov.

二. Suchá karbonizácia (pyrolýza): princípy a vlastnosti

Zásady
Vykonávané v rámci anoxické alebo s nízkym obsahom kyslíka Pri vysokých teplotách (250 - 800 ° C) pyrolýza rozkladá kalové organické látky na biochar, syngas (H₂, CH₄, CO) a TAR. Kategórie podľa teploty:
- Pyrolýza s nízkou teplotou (250 - 350 ° C): Jednoduché vybavenie, nízka investícia, vysoká hodnota biochartu.
- Pyrolýza strednej teploty (400 - 600 ° C): Vyvažuje spotrebu energie a kvalitu výrobku; Efektívna imobilizácia ťažkých kovov.
- Pyrolýza (600 - 800 ° C): zrelá technológia, ale nákladná; Vhodné pre aplikácie pre malé rozsahy.
Tok procesu
- Predbežnosť : Zahustenie kalov → Hlboké odvodenie (vlhkosť <60%) → sušenie (vlhkosť <25%).
- Pyrolýza : Rotačná pec alebo reaktor s plášťom, zahrievaný spaľovaním zemného plynu alebo syngasu.
- Využitie produktu : Biochar pre zmenu a doplnenie pôdy, palivo alebo adsorbent; Syngas recykloval energiu.
Výhody
- Zníženie objemu> 90% .
- Ekologický : Potláča tvorbu dioxínu; Stabilizuje ťažké kovy.
- Energetická sebestačnosť : Syngas spĺňa 50–80% dopytu po energii.
Obmedzenia
- Spotreba energie : Vyžaduje externé palivo (prevádzkové náklady ≥ 200 CNY/ton).
- Komplexné vybavenie : Presná potrebná regulácia času a času pobytu.

三. Mokrá karbonizácia (hydrotermálna karbonizácia, HTC): Princípy a vlastnosti

Zásady
Využívanie podkritická voda (180 - 260 ° C, 2–10 MPa) na premenu organických kalov na hydrochar hydrolýzou, dekarboxyláciou a polymerizáciou. Nevyžaduje sa žiadne sušenie.
Tok procesu
- Reakcia : Slurry reaguje v zapečatenom reaktore celé hodiny.
- Oddelenie výrobkov : Hydrochar filtrovaný; Kvapalná fáza (bohatá na organické kyseliny) používaná pri anaeróbnom trávení.
Výhody
- Zvláda kal vysokej vlhkosti (≥ 80% vlhkosť) priamo.
- Funkčný hydrochar : Povrchové skupiny bohaté na kyslík pre pôdne/katalytické aplikácie.
- Použitie nižšej energie : Náklady na predbežnú úpravu sa znížili o 30–50% oproti suchým metódam.
Obmedzenia
- Tvrdé podmienky : Vysokotlakové reaktory zvyšujú kapitálové náklady.
- Nižšia hodnota s hladinou hydrochar (15–20 mj/kg vs. 20–25 mj/kg pre pyrolytický biochar).

四. Porovnanie suchej a mokrej karbonizácie

Parameter	Suchosť	Mokrá karbonizácia (HTC)
Tolerancia vlhkosti	Vyžaduje sušenie (<60%)	Priame spracovanie (≥ 80% vlhkosť)
Energetický dopyt	Vysoké (vonkajšie teplo)	Nízka (samostatná voda)
Kvalita produktu	Vysoko kalorický char, syngas	Funkčný hydrochar, organické kyseliny
Ťažký kovy	Účinná imobilizácia	Riziká vylúhovania vyžadujú liečbu
Kapitálové náklady	~ 25 miliónov CNY (50 ton/deň)	Vysoké (komplexné reaktory)
Splatnosť	Používa sa technológia strednej teploty (CN)	Laboratórne/pilotné štádium; Obmedzené využitie priemyslu

五. Synergia s anaeróbnym trávením (AD)

Energetická integrácia
- Energetická slučka : Bioplyn (60–70% ch₄) podporuje karbonizáciu; Zvyškové teplo z karbonizácie sa opätovne použije do reklamných systémov tepla.
- Synergia produktu : Biochar zvyšuje mikrobiálnu aktivitu v AD; HTC kvapalná fáza dopĺňa uhlík na trávenie.
Prípadové štúdie
- Kalový potravinový odpad : Miešanie zlepšuje pomer C/N, zvyšovanie výťažku metánu o 24–47%; Biochar znižuje emisie amoniaku v poľnohospodárstve.
- Priemyselná symbióza : Rakúsko Strass WWTP kombinuje trávenie kalov/potravinových odpadov, ktoré vytvárajú bioplyn pre 70% energie rastlín; Biochar používaný v poľnohospodárstve.
Prínosy
- Energetická účinnosť : AD-pyrolýzové systémy dosahujú 80% sebestačnosť energie a rezajú kaly 25 142 kWh/100 ton vs. spaľovanie.
- Neutralita uhlíka : Spojené systémy znižujú emisie skleníkových plynov (zníženie CO₂ 30–50%); Biocharové sekvestrácie 0,5–1,2 ton sú ekvivalentné/ton.

六. Výzvy a budúce smery

Výziev
- Nákladové bariéry : Vysoké prevádzkové náklady (suché) a kapitálové náklady (mokré).
- Štandardizácia : Biocharová bezpečnosť musí dodržiavať normy ako GB/T 24600-2008.
Inovácia
- Inteligentná kontrola : Optimalizujte parametre pyrolýzy (teplota, čas pobytu).
- Hybridné systémy : Integrujte výrobu energie HTC AD Syngas pre vyššie regenerácie energie.

Suchý pyrolýza vyhovuje rozsiahlemu kalu a regenerácii energie, zatiaľ čo HTC vyniká pri spracovaní kalu s vysokým vtokom. Ich integrácia s anaeróbnym trávením vytvára systémy „energeticko-materiál“ s uzavretou slučkou, posunie riadenia kalov z likvidácie do regenerácie zdrojov.