生物固体处理

水热处理(HTP) – 从湿生物固体废弃物生产生物燃料的机会

背景

多年来,澳思公司一直在积极研究如何使用高温热解(〜700ºC)技术来提高生态效率、减少碳排放、并为固体废弃物增加价值。

污水处理厂运营中会产生大量的生物固体(即通常所说的“污泥”),而且由于吸附和吸收作用,这些生物固体中可能含有很多复杂的化合物、病原体和病毒混合体。这就带来了污泥处置的问题—含有的重金属让它们作为炉燃料使用成了一个问题;而现有的晒干、堆放储存这些废弃物则需要大量的空间。

HTP技术为这些问题提供一个很好的解决方案,它的优势在于:

  • 可以生产粗生物油,作为生物柴油的原料;
  • 可以生产燃气,为自身的热解过程和/或运行其他设施提供能源;
  • 可以生产稳定的生物炭,减少了碳排放,同时生物炭也可用于改良土壤;
  • 减少场地生物固体的堆放;
  • 生物固体的热解可以作为水管理机构抵消其碳预算一种途径。

什么是水热处理(HTP)?

水热处理是将湿生物质原料转化为粗生物燃料产品的一种热化学工艺。原料的水分含量通常很高(通常在50%-80%)。HTP反应需要有适当的温度和压力(300〜370℃,120〜190大气压),停留时间为5〜20分钟。在这种条件下,水以液体形式存在。简单来说,HTP过程可以被描述为一种脱氧过程——从生物质物料中以水和二氧化碳的形式来去除氧。HTP过程的产品是粗生物油(可用于升级为生物柴油)、气体(主要是CO2和一些CO)、水、生物炭和灰分。合适的催化剂可以帮助提高气体中甲烷(CH4)的产率。产量取决于精确的工艺条件、停留时间、原料性质和催化效果。 HTP系统的热效率很高,约为70〜90%。

所生产的粗生物油不与水混溶,可通过萃取分离为轻质和重质原油。轻质原油可以升级为柴油替代品,而重质原油可以与固体燃料共同燃烧(例如用于发电)。重要的是,该过程大大降低了生物固体的总量,并使其稳定下来,以防止持续的温室气体排放。

HTP技术非常适合于处理湿生物质原料和有机废弃物,关键是可以将这些废弃物升级为第二代生物燃料。

虽然HTP技术开发中的大部分活动属于商业化的前期研发,但对示范/商用规模产品的开发仍迈出了重要的一步。该技术的关键经济产出是气体和液体燃料。

生物固体方面的应用

尽管在许多地方(包括澳大利亚和海外)污泥处置的问题越来越受到关注,但将HTP技术用于生物固体处理方面几乎没有报道。

在研究采用HTP技术将生物固体转化为生物燃料的可能性时,需要考虑的关键问题包括:

  • 污泥中无机物(灰分)的含量,包括重金属在处理过程中的行为以及这些无机物在最终产品中的体现;
  • 氮含量——最终产品中氮以何种形态存在?
  • 生物油的特性——污泥处理产生的生物油与其他原料生产的生物油类似吗?是否可作为原料,升级为液体燃料?
  • 经济性——使用市政污水厂污泥作为生物油生产的原料,是否具有足够的经济价值?

经验

目前,澳思公司正在开展一项范围界定研究,以:

  • 评估特定生物固体原料(源自澳大利亚和海外)的特性,及其在HTP环境中的行为以及产生的产品(特别是生物油成分)的相关特性;
  • 与墨尔本水务合作开展可行性研究,对其生物固体进行再利用,尤其是用于能源生产(特别是生产高甲烷气体)。这些都有利于墨尔本水务当前和未来对其产生的生物固体进行处理,同时,这种处理也能够接受有含有毒金属的原料。
  • 考虑到生物固体处理服务的价值和生物燃料产品的价值,我们进行了基础的财务分析,包括对HTP处理厂的初步投资和运营成本的估计,作为对该技术财务可行性的第一次评估。