تجزیه و تحلیل فنی کربن سازی لجن (پیرولیز/کربن سازی هیدروترمال) و ادغام با هضم بی هوازی

一نمای کلی از کربن سازی لجن

کربن سازی لجن یک فرآیند حرارتی شیمیایی است که ماده آلی را در لجن به محصولات غنی از کربن تبدیل می کند. آن را شامل می شود کربن سازی خشک (پیرولیز) وت کربن سازی مرطوب (کربن سازی هیدروترمال ، HTC) با هدف کاهش لجن ، سم زدایی و بازیابی منابع.

二کربن سازی خشک (پیرولیز): اصول و ویژگی ها

1. اصول
   تحت شرایط غیر اکسیژن یا کم اکسیژن در دماهای بالا (250-800 درجه سانتیگراد) ، پیرولیز ارگانیک های لجن را به بیوچار ، سینگاها (H₂ ، Ch₄ ، CO) و TAR تجزیه می کند. دسته بندی براساس دما:

   • تجزیه و تحلیل (250-350 درجه سانتیگراد): تجهیزات ساده ، سرمایه گذاری کم ، ارزش کالری بیوچار بالا.
   • تجزیه و تحلیل متوسط ​​درجه حرارت متوسط (400-600 درجه سانتیگراد): مصرف انرژی و کیفیت محصول را متعادل می کند. بیحرکتی موثر فلزات سنگین.
   • تجزیه کننده با درجه حرارت بالا (600-800 درجه سانتیگراد): فناوری بالغ اما پرهزینه ؛ مناسب برای برنامه های در مقیاس کوچک.

2. جریان فرآیند

   • پیش درمانی : ضخیم شدن لجن → آبگیری عمیق (رطوبت <60 ٪) → خشک کردن (رطوبت <25 ٪).
   • تجزیه : کوره دوار یا راکتور ژاکت دار ، گرم شده توسط گاز طبیعی یا احتراق سینگا.
   • استفاده از محصول : Biochar برای اصلاح خاک ، سوخت یا جاذب ؛ Syngas برای انرژی بازیافت شد.

3. مزایا

   • کاهش حجم> 90 ٪ .
   • سازگار با محیط زیست : سرکوب تشکیل دیوکسین ؛ فلزات سنگین را تثبیت می کند.
   • خودکفایی انرژی : Syngas 50-80 ٪ تقاضای انرژی را برآورده می کند.

4. محدودیت ها

   • مصرف انرژی بالا : به سوخت خارجی نیاز دارد (هزینه عملیاتی 200 CNY/تن).
   • تجهیزات پیچیده : کنترل دقیق دما و زمان اقامت مورد نیاز.

三کربن سازی مرطوب (کربن سازی هیدروترمال ، HTC): اصول و ویژگی ها

1. اصول
   کاربردهای آب فرعی (180-260 درجه سانتیگراد ، 2-10 مگاپاسکال) برای تبدیل آلی لجن به هیدروکلیز از طریق هیدرولیز ، دکربوکسیلاسیون و پلیمریزاسیون. خشک کردن لازم نیست.

2. جریان فرآیند

   • واکنش : دوغاب در یک راکتور مهر و موم شده برای ساعت ها واکنش نشان می دهد.
   • جدایی محصول : هیدروچار فیلتر شده ؛ فاز مایع (سرشار از اسیدهای آلی) که در هضم بی هوازی استفاده می شود.

3. مزایا

   • لجن با رطوبت بالا (رطوبت 80 ≥) به طور مستقیم.
   • هیدروکار عملکردی : گروههای سطح غنی از اکسیژن برای کاربردهای خاک/کاتالیزوری.
   • مصرف انرژی کمتری : هزینه های پیش درمانی 30-50 ٪ در مقابل روش های خشک کاهش یافته است.

4. محدودیت ها

   • شرایط سخت : راکتورهای فشار بالا هزینه های سرمایه را افزایش می دهند.
   • مقدار کالری هیدروچار پایین تر (15-20 mJ/kg در مقابل 20-25 mJ/kg برای بیوچار پیرولیتیک).

四مقایسه کربن سازی خشک و مرطوب

五هم افزایی با هضم بی هوازی (AD)

1. ادغام انرژی

   • حلقه انرژی : بیوگاز (60-70 ٪ ch₄) سوخت کربن سازی. گرمای باقیمانده از کربن سازی به سیستم های AD گرم استفاده می شود.
   • هم افزایی محصول : Biochar فعالیت میکروبی را در AD تقویت می کند. فاز مایع HTC کربن را برای هضم مکمل می کند.

2. مطالعات موردی

   • هضم زباله مواد غذایی لجن : مخلوط کردن نسبت C/N را بهبود می بخشد و عملکرد متان را 24-47 ٪ افزایش می دهد. Biochar انتشار آمونیاک در کشاورزی را کاهش می دهد.
   • همزیستی صنعتی : Strass WWTP اتریش ترکیب لجن/هضم زباله های مواد غذایی را تشکیل می دهد و بیوگاز را برای 70 ٪ از انرژی گیاه تولید می کند. Biochar در کشاورزی استفاده می شود.

3. فواید

   • کارایی انرژی : سیستم های Ad-Pyrolysis به خودکفایی 80 ٪ انرژی می رسند و 25142 کیلووات ساعت در 100 تن لجن در مقابل سوزاندن برش می دهند.
   • بی طرفی کربن : سیستم های همراه ، انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهند (30-50 ٪ کاهش CO₂). Sequesters Biochar 0.5-1.2 تن CO₂ معادل/تن.

六چالش ها و مسیرهای آینده

1. چالش

   • موانع هزینه : هزینه های بالای عملیاتی (خشک) و هزینه های سرمایه (مرطوب).
   • استاندارد سازی : ایمنی Biochar باید مطابق با استانداردهایی مانند GB/T 24600-2008 باشد.

2. مسیرهای نوآوری

   • کنترل هوشمند : پارامترهای پیرولیز (دما ، زمان اقامت).
   • سیستم های ترکیبی : تولید برق HTC AD Syngas برای بازیابی انرژی بالاتر.

پیرولیز خشک متناسب با کاهش لجن در مقیاس بزرگ و بازیابی انرژی است ، در حالی که HTC در پردازش لجن با رطوبت بالا برتری دارد. ادغام اینها با هضم بی هوازی ، سیستم های "انرژی انرژی" با حلقه بسته ایجاد می کند و مدیریت لجن را از دفع به بازسازی منابع تغییر می دهد .