HTC水熱炭化技术开启德国污泥热处理研究新方向

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HTC水熱炭化技术开启德国污泥热处理研究新方向

2013年12月在德国柏林举办的34届柏林水务论坛上来自波茨坦莱布尼茨研究所,CarbonSolutions公司以及柏林水务中心的专家们讨论了HTC水热炭化技术最新的研究进展,成果和前景。水热炭化技术这项技术本身在1913年就已经由德国化学家Friedrich Bergius提出,但是该技术在最近几年,尤其在德国得到了复兴并且工业化。原本煤炭的形成需要上亿年,德国最新的研究成果已经将这个过程在90分钟内完成,即通过水热炭化技术将污泥转化成为一种新型的生物炭。

污泥炭化的方法分为干法和湿法两种。目前的研究主要集中在将污泥经干法炭化后制备吸附剂等材料化应用和土壤改良剂等土地利用上,但存在需要将污泥进行脱水干化预处理,能耗高的不足。水热炭化(Hydrothermal carbonization,HTC)也称湿法,将含水率80%的污泥投入反应器中进行催化裂解,在厌氧及适当催化的条件下有机物经热分解并转化为生物炭,氧和氢发生反应产生水,反应过程中所释放出的能量可以回收,用于处理过程本身。与干法相比,水热炭化具有不受物料含水率的制约、制备过程简单、反应条件温和以及生物炭产量较高且具有官能团丰富等优点,被认为是处理处置高含水率有机废物的一种非常有应用前景的生物炭化技术。

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(经过水热处理后的生物炭产品,图片来源Carbon solutions GmbH)

在德国,每年产生约两百万吨污干污泥。污泥处理的成本是非常高的,大约占到污水处理费用的一半。如果包含脱水和运输等总费用来算的话污泥农用处理的成本为120到375欧元每吨,焚烧或者其他热处理的价格约在180到400欧元每吨。根据2010年德国联邦环境局的调查,在德国约30%的污泥被土地利用,燃烧的比例占到53%,绿化大约大约占17 % 。造成污泥在热利用和焚烧方面处理成本高的一个重要原因就是含水率高造成热值低。水热炭化技术的优势就是可以将一些高含水,如含水75%的污泥通过纯物理反应,不添加任何物质,在180 到 250 ºC,约20到30bar,高温高压下,转化成为生物炭。经过处理后的污泥体积可以减少四分支三,处理后的高热值的生物炭含水率约在70%左右。

在亥姆霍兹环境研究中心( UFZ ) ,目前已经在进一步研究如何除去炭化后生物炭中的一些污染物,如重金属。CarbonSolutions GmbH更是首家在短短90分钟内就可以实现这个过程并将水热炭化技术大型运用推向市场的公司,该公司获得德国马普所的水热炭化技术产业化许可权,2010年建立投产,年处理量一万吨,连续生产每小时产一吨的生物炭。最终可以生产出高品质的煤炭产品,如作为活性炭或在轮胎行业作为添加剂,同时还可以作为土壤改良的肥料或者替代燃料减少二氧化碳排放。

来自柏林水务中心的Remy博士利用生命周期评估(LCA)的方法比较了水热炭化技术和传统工艺的优势和缺点。首先HTC工艺产生的废水有非常高的COD,氮磷含量,需要额外特殊工艺处理。通过过程中的热回收所需要的热能在375kWh/t DS相对而言不高,同时处理后的约74%的干物质进入生物炭,脱水性能显著提高,生物炭含固量在65-75%。随着水热炭化技术的进一步研究,今后在成本降低以及过滤液,重金属污染等问题解决后,从废物资源化利用和节能减排角度来说非常有前景的一项技术。

作者:德中环境与能源促进中心 周旷昕

2013-12-19|Categories: 行业资讯|