Technische Analyse der Karbonisierung von Schlamm (Pyrolyse/hydrothermaler Karbonisierung) und Integration mit anaerobe Verdauung

Von: Kate Chen
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Date: Apr 18th, 2025

一. Überblick über die Karbonisierung von Schlamm

Schlammkarbonisierung ist ein thermochemischer Prozess, der organische Substanz in Schlamm in stabile kohlenstoffreiche Produkte umwUndelt. Es beinhaltet Trockenkarbonisierung (Pyrolyse) and Nasskarbonisierung (hydrothermale Karbonisierung, HTC) Anstrengung auf Schlammreduzierung, Entgiftung und Ressourcenwiederherstellung.

二. Trockenkarbonisierung (Pyrolyse): Prinzipien und Merkmale

Prinzipien
Unterwegs unter anoxische oder niedrige Sauerstoffzustände Bei hohen Temperaturen (250–800 ° C) zersetzt Pyrolyse Schlamm organische Stoffe in Biokohle, Syngas (H₂, Ch₄, CO) und Tar. Kategorien nach Temperatur:
- Pyrolyse mit niedriger Temperatur (250–350 ° C): Einfache Ausrüstung, niedrige Investition, Kalorienwert mit hohem Biokohle.
- Pyrolyse mit mittlerer Temperatur (400–600 ° C): Gleiche Energieverbrauch und Produktqualität; Wirksame Schwermetall -Immobilisierung.
- Hochtemperaturpyrolyse (600–800 ° C): reife Technologie, aber kostspielig; Geeignet für kleine Anwendungen.
Prozessfluss
- Vorbehandlung : Schlammverdickung → Tiefe Entwässerung (Feuchtigkeit <60%) → Trocknen (Feuchtigkeit <25%).
- Pyrolyse : Rotary -Ofen oder manteliger Reaktor, erhitzt durch Erdgas- oder Syngasverbrennung.
- Produktnutzung : Biokohle für Bodenänderung, Kraftstoff oder Adsorbens; Syngas für Energie recycelt.
Vorteile
- Volumenreduzierung> 90% .
- Umweltfreundlich : Unterdrückt die Dioxinbildung; Stabilisiert Schwermetalle.
- Energieversorgung der Energie : Syngas erfüllt 50–80% des Energiebedarfs.
Einschränkungen
- Hochenergieverbrauch : Erfordert externe Kraftstoff (Betriebskosten ≥200 cny/Tonne).
- Komplexe Ausrüstung : Präzise Temperatur- und Aufenthaltszeitkontrolle erforderlich.

三. Nasskarbonisierung (hydrothermale Karbonisierung, HTC): Prinzipien und Merkmale

Prinzipien
Verwendung Unterkritisches Wasser (180–260 ° C, 2–10 MPa), um Schlamm Organike durch Hydrolyse, Decarboxylierung und Polymerisation in Hydrochar umzuwandeln. Keine Trocknung erforderlich.
Prozessfluss
- Reaktion : Die Aufschlämmung reagiert stundenlang in einem versiegelten Reaktor.
- Produkttrennung : Hydrocharer filtriert; Flüssige Phase (reich an organischen Säuren), die in der anaeroben Verdauung verwendet werden.
Vorteile
- Griff High-Moisture-Schlamm (≥ 80% Feuchtigkeit) direkt.
- Funktioneller Hydrochar : Sauerstoffreiche Oberflächengruppen für Boden-/katalytische Anwendungen.
- Geringere Energieverbrauch : Die Vorbehandlungskosten reduziert um 30–50% gegenüber Trockenmethoden.
Einschränkungen
- Harte Bedingungen : Hochdruckreaktoren erhöhen die Kapitalkosten.
- Niedrigerer Hydrocharkalorienwert (15–20 MJ/kg gegenüber 20–25 mj/kg für pyrolytische Biokohle).

四. Vergleich der Trocken- und Nasskarbonisierung

Parameter	Trockenkarbonisierung	Nasskarbonisierung (HTC)
Feuchtigkeitstoleranz	Erfordert Trocknen (<60%)	Direkte Verarbeitung (≥80% Feuchtigkeit)
Energiebedarf	Hoch (externe Wärme)	Niedrig (selbst katalysiert durch Wasser)
Produktqualität	Hochkalorierter Char, Syngas	Funktioneller Hydrochar, organische Säuren
Schwermetalle	Wirksame Immobilisierung	Auslaugungsrisiken erfordern eine Behandlung
Kapitalkosten	~ 25 Millionen CNY (50 Tonnen/Tag)	Hoch (komplexe Reaktoren)
Reife	Mitteltemperaturtechnologien (CN)	Labor-/Pilotstufe; Eingeschränkter Branchengebrauch

五. Synergie mit anaerobe Verdauung (Anzeige)

Energie-Materiale Integration
- Energieschleife : Biogas (60–70% Ch₄) fördert die Karbonisierung; Die restliche Wärme aus der Karbonisierung wird wiederverwendet, um Anzeigensysteme zu erwärmen.
- Produktsynergie : Biokohle verbessert die mikrobielle Aktivität in AD; HTC Flüssigphase ergänzt Kohlenstoff zur Verdauung.
Fallstudien
- Ko-Verdauung von Schlamm Lebensmittelabfällen : Das Mischen verbessert das C/N -Verhältnis und erhöht die Methanausbeute um 24–47%; Biokohle reduziert die Ammoniakemissionen in der Landwirtschaft.
- Industrielle Symbiose : Österreichs Strass WWTP kombiniert Schlamm/Lebensmittelabfallverdauung und erzeugt Biogas für 70% der Pflanzenenergie. Biokohle in der Landwirtschaft verwendet.
Vorteile
- Energieeffizienz : AD-Pyrolyse-Systeme erreichen 80% Energie selbstversuche und schneiden 25.142 kWh/100 Tonnen Schlamm gegenüber Verbrennung.
- Kohlenstoffneutralität : Gekoppelte Systeme reduzieren die THG -Emissionen (30–50% CO₂ -Reduktion); Biochar Sequestrieren 0,5–1,2 Tonnen Co₂-äquivalent/Tonne.

六. Herausforderungen und zukünftige Anweisungen

Herausforderungen
- Kostenbarrieren : Hohe Betriebskosten (trocken) und Kapitalkosten (nass).
- Standardisierung : Die Sicherheit der Biokohle muss Standards wie GB/T 24600-2008 entsprechen.
Innovationswege
- Smart Control : Pyrolyseparameter (Temperatur, Verweilzeit) optimieren.
- Hybridsysteme : Integrieren Sie die HTC AD -Syngas -Stromerzeugung für eine höhere Energiewiederherstellung.

Trockene Pyrolyse passt zu großen Schlammreduzierungen und Energieerwiederung, während HTC bei der Verarbeitung von Schlamm mit hohem Moisturen auszeichnet. Die Integration dieser mit anaerobe Verdauung erzeugt „energiematerielle“ Systeme mit geschlossenem Schleifen, wobei das Schlammmanagement von der Entsorgung zur Ressourcenregeneration verschoben wird.