生物固体处理

水热法(HTP)–利用湿生物固体废弃物生产生物燃料的机遇

背景:


过去的一年中澳思公司一直在积极研究,如何利用高温热解(~700ºC) 来增加生态效益、减少碳排放量以及增加固体废弃物的利用价值。

污水处理厂通常会大量的生物污泥,这些污泥通过吸附和吸收会含有大量复杂的化学物以及病毒和病原体。这对后续的处置带来很大的问题——污泥中的重金属含量将影响其用作焚烧炉燃料。目前人们通常将污泥堆存晒干,然而这种做法所需空间极大。

HTP技术为这一系列问题提出了解决方案,并能带来如下益处:

•可以生产出一种生物原油,而这种原油可用于生产生物柴油

•可以生产出燃气,可用予推动热解过程/运行其他设施

•可以产生稳定的生物炭,可用于碳固定和/土壤改良

•生物污泥的热解是水务部门用于补偿碳预算的一种有效方式

什么是水热法(HTP)

水热法是一个将湿生物质原料转换成生物燃料原油的化学过程。原料水分含量通常很高(一般含水率为50%~80%)。HTP反应一般为中温和中压(温度为300〜370ºC,压力为120〜190大气压),停留时间需要5~20分钟。水在反应条件下为液态。简而言之,HTP过程是一个脱氧过程——即将氧以水和二氧化碳的形式从生物质原料中去除。HTP工艺的主要产品包括生物原油(适合升级到生物柴油)、天然气(主要是二氧化碳和一些一氧化碳)、水、生物炭和灰烬。采用合适的催化剂,可以提高气体中甲烷的产量。产量取决于具体的工艺条件、停留时间、原料特性和催化效果。HTP工艺的热效率很高,一边可以达到70%~90%。

所产生的生物原油与水是不溶的,可以通过萃取被分离成轻质、重质原油。轻质原油可以升级为柴油的替代品,而重质原油可以和固体燃料一起燃烧,例如用于发电。重要的是,这个工艺可以显著的减少生物固体的质量,并将污泥稳定化,防止温室气体排放。

这个过程非常适合将湿的生物质原料和有机废物从根本上升级为第二代生物燃料。

虽然HTP技术的大部分活动还处于商业前期的研发阶段,但随着示范/商业化规模工艺的研发,正不断地取得重大进展,其主要的经济产出是气体和液体燃料。

污泥的应用:


虽然污泥处置的问题在许多地方(包括澳大利亚和海外)起来越受到关注,但很少有报道将HTP应用到污泥处理方面。

在开展HTP技术将污泥转化成生物燃料的可能性研究时,需要考虑如下关键问题:

•污泥中的无机物(灰),包括重金属——在反应过程中的行为,以及这些无机物出现在哪个最终产品中,是怎样进去的;

•氮——氮在最终产品中以什么形式存在

•生物油特性——以污泥为原料生产的生物油与其它原料产生的生物油类似么?——即,它已经可以作为一种可用于升级为液体燃料的原料了么?

•经济性——使用污泥作为原料生产生物油的过程是否具有足够的经济优势

经验:


澳思公司正在开展一个概括性研究,主要工作包括:

•评估澳大利亚和海外的生物固体原料的特性,以及它们在HTP环境下的行为(变化),和所产出产品(特别是生物油部分)的相关特性

•与墨尔本水务共同开展生物固体有益再利用的可行性研究,特别是能源(尤其是甲烷含量高的气体)的产生。并研究HTP工艺是否适用于他们当前或未来产生的生物固体,以及是否能够接受含有毒金属的原料。

•开展基本财务分析,将生物固体处理服务和生物燃料产品价值考虑进来。此财务分析包括对一个HTP厂的投资和运营成本的初步评估,可视作该工艺的一个初步财务可行性评估。