Analyse technique de la carbonisation des boues (pyrolyse / carbonisation hydrothermale) et intégration avec une digestion anaérobie

一. Aperçu de la carbonisation des boues

La carbonisation des boues est un processus thermochimique qui convertit la matière organique dans les boues en produits riches en carbone stables. Il comprend Carbonisation sèche (pyrolyse) et Carbonisation humide (carbonisation hydrothermale, HTC) , visant la réduction des boues, la détoxification et la récupération des ressources.

二. Carbonisation sèche (pyrolyse): principes et caractéristiques

1. Principes
   Conduit sous conditions anoxiques ou faibles-oxygène À des températures élevées (250–800 ° C), la pyrolyse décompose les biochaques de boues en biochar, syngas (H₂, Ch₄, CO) et TAR. Catégories par température:

   • Pyrolyse à basse température (250–350 ° C): équipement simple, investissement faible, valeur calorifique biochar haute.
   • Pyrolyse à température moyenne (400–600 ° C): équilibre la consommation d'énergie et la qualité du produit; Immobilisation efficace des métaux lourds.
   • Pyrolyse à haute température (600–800 ° C): technologie mature mais coûteuse; Convient pour les applications à petite échelle.

2. Flux de processus

   • Prétraitement : Épaississement des boues → déshydratation profonde (humidité <60%) → séchage (humidité <25%).
   • Pyrolyse : Reactor rotatif ou veste, chauffé par le gaz naturel ou la combustion de synthèses.
   • Utilisation des produits : Biochar pour l'amendement, le carburant ou l'adsorbant du sol; Syngas recyclé pour l'énergie.

3. Avantages

   • Réduction du volume> 90% .
   • Écologique : Supprime la formation de dioxine; stabilise les métaux lourds.
   • Autosuffisance énergétique : Syngas répond à 50 à 80% de la demande d'énergie.

4. Limites

   • Consommation d'énergie élevée : Nécessite du carburant externe (coût d'exploitation ≥200 CNY / tonne).
   • Équipement complexe : Température précise et contrôle du temps de séjour nécessaire.

三. Carbonisation humide (carbonisation hydrothermale, HTC): principes et caractéristiques

1. Principes
   Usages eau sous-critique (180–260 ° C, 2–10 MPa) pour convertir les bières des boues en hydrochar via l'hydrolyse, la décarboxylation et la polymérisation. Aucun séchage requis.

2. Flux de processus

   • Réaction : La suspension réagit dans un réacteur scellé pendant des heures.
   • Séparation des produits : Hydrochar filtré; Phase liquide (riche en acides organiques) utilisée dans la digestion anaérobie.

3. Avantages

   • Gère les boues de sobin élevé (≥ 80% d'humidité) directement.
   • Hydrochar fonctionnel : Groupes de surface riches en oxygène pour les applications du sol / catalytique.
   • Consommation d'énergie inférieure : Les coûts de prétraitement réduits de 30 à 50% par rapport aux méthodes sèches.

4. Limites

   • Conditions dures : Les réacteurs à haute pression augmentent les coûts en capital.
   • Valeur calorifique de l'hydrochar plus (15–20 MJ / kg contre 20–25 MJ / kg pour le biochar pyrolytique).

四. Comparaison de la carbonisation sèche et humide

五. Synergie avec la digestion anaérobie (AD)

1. Intégration énergétique

   • Boucle d'énergie : Biogaz (60–70% CH₄) alimente la carbonisation; La chaleur résiduelle de la carbonisation est réutilisée pour chaleur des systèmes de publicité.
   • Synergie de produit : Biochar améliore l'activité microbienne dans la MA; HTC Liquid Phase complète le carbone pour la digestion.

2. Études de cas

   • Co-digestion des déchets alimentaires des boues : Le mélange améliore le rapport C / N, augmentant le rendement en méthane de 24 à 47%; Le biochar réduit les émissions d'ammoniac dans l'agriculture.
   • Symbiose industrielle : Le WWTP de Strass d'Autriche combine les boues / la digestion des déchets alimentaires, générant du biogaz pour 70% de l'énergie végétale; Biochar utilisé dans l'agriculture.

3. Avantages

   • Efficacité énergétique : Les systèmes AD-Pyrolyse obtiennent une autosuffisance énergétique à 80%, réduisant des boues de 25 142 kWh / 100 tonnes par rapport à l'incinération.
   • Neutralité du carbone : Les systèmes couplés réduisent les émissions de GES (réduction de 30 à 50% de CO₂); Biochar séquestre 0,5 à 1,2 tonnes co₂ équivalent / tonne.

六. Défis et orientations futures

1. Défis

   • Barrières de coûts : Coûts d'exploitation élevés (secs) et coûts en capital (humide).
   • Standardisation : La sécurité du biochar doit être conforme à des normes comme GB / T 24600-2008.

2. Voies d'innovation

   • Contrôle intelligent : Optimiser les paramètres de pyrolyse (température, temps de séjour).
   • Systèmes hybrides : Intégrez la production d'électricité HTC AD Syngas pour une récupération d'énergie plus élevée.

La pyrolyse sèche convient à la réduction des boues à grande échelle et à la récupération d'énergie, tandis que le HTC excelle dans le traitement des boues à cornectes élevés. Les intégrer à la digestion anaérobie crée des systèmes «énergie-matériaux» en boucle fermée, passant la gestion des boues de l'élimination à la régénération des ressources.