Szennyvíziszapok szuperkritikus vizes elgázosítással (USCWG) történő energetikai
célú feldolgozása

A szennyvíziszap Földünk nagy mennyiségben rendelkezésre álló erőforrása, melynek egy része a körforgásos gazdaság elemeként a mezőgazdaságban talajerő javítására hasznosul. Mivel ez a felhasználás korlátozott, jelentős igény mutatkozik arra, hogy a keletkezett iszap egyre növekvő részét energetikai célra hasznosítsuk.

A szennyvíziszap jelentős volumenű megújuló energiaforrás.

A szennyvíziszap, mint nedves biomassza, hagyományos módon, elégetés útján történő energetikai hasznosítása nem célszerű, hiszen a „víztelenített” iszap magas nedvességtartalma (70 – 80 %) miatt az égetés hatásfoka nagyon alacsony – az ily módon nyert energia mennyisége, még modernebb eljárások esetén is elég csekély. A hagyományos égetés energiabalansza pedig, a szárítás-, vagy a támasztó-tüzelés energiaigénye miatt alig pozitív.


Modern eljárások esetén, például amikor az égetést biogáz célú rothasztás előzi meg, és a keletkező biogázt gázmotorban elégetve villamos áramot termelnek, valamint a gázmotor hűtővízének és kipufogó gázának hőjét pedig a rothasztóból kikerülő, még jelentős szervesanyagot tartalmazó iszap szárítására használják fel, majd az így megszárított iszapot égetik el energiatermelés céljából, a folyamat energiabalansza már sokkal jobb, de annak összhatásfoka még mindig elég alacsonynak mondható.


Nedves biomasszák-, így a szennyvíziszapok esetében is, az energetikai hasznosítás célszerű módja a nedves biomassza szuperkritikus körülmények között történő elgázosítása és a keletkező generátorgázok (metán, szénmonoxid és hidrogén) energetikai hasznosítása. Ebben az esetben a folyamat energetikai hatásfoka a lehető legmagasabb lesz.


Régóta ismert a szuperkritikus vízben történő elgázosítás elve, de a régebben rendelkezésre álló szerkezeti anyagok nem tették lehetővé ipari méretű folyamatos üzemű reaktorok megvalósítását. Az utóbbi időben a gépipar területén már elérhető áron megjelenő magasan ötvözött CrNi anyagok, mint például az Inconel 740 H anyag, lehetővé teszik nagy teljesítményű, korrózióálló csőreaktorok létesítését, amelyek segítségével a nedves biomasszák is energia-hatékonyan feldolgozhatók.


A szuperkritikus vizes elgázosítás útján történő feldolgozás menete a következő: a szennyvíziszapot megfelelő módon előkészítjük (aprítjuk, előmelegítjük), majd azt nagynyomású szivattyúval a szuperkritikus üzemű csőreaktorba juttatjuk. A benne keletkező generátorgázzal működtetett gázfűtésű csőreaktor hossza a szennyvíziszap teljes elgázosodásához szükséges reakcióidő alapján
kerül meghatározásra. A csőreaktorból kikerülő elegyet szeparátorok segítségével szétválasztjuk. A vizet, amely gyakorlatilag desztillált víz, ipari célra vagy öntözésre használhatjuk, az inert szilárd részeket az építőipar hasznosíthatja. A generátorgáz metán és szénmonoxid tartalma gázmotorban használandó fel, melynek segítségével hálózatra adható villamos áram-, és kapcsoltan hő termelhető, amely hőt a technológiában hasznosítunk, emelve ezáltal a feldolgozás hatásfokát. A generátorgáz hidrogéntartalma, mint megújuló „zöld” hidrogén, üzemanyag cellákban és közlekedési célú hidrogéngáz hálózatokban használható fel, vagy mobil tartályokba tölthető.


Ez a folyamat, a rendszerében alkalmazott nyomási-energia hasznosító turbinának, valamint a szuperkritikus üzemű csőreaktorüzemét támogató hőcserélőknek-, és a gázmotor hőenergiája iszap- előkészítési folyamatban történő megfelelő hasznosításának köszönhetően, jó hatásfokkal üzemel – energetikai hatásfoka jelentősen meghaladja a jelenlegi rendszerek hatásfokát.

A jó hatásfokot azért is fontosnak tartjuk, mert a szennyvíziszap, mint jelentős mennyiségű, kiszámíthatóan rendelkezésre álló megújuló energiaforrás, alapja lehet egy tervezhető menetrendű, szabályozó energia szerepét is betöltő, decentralizált villamosenergia termelésnek, valamint a zöld alapú hidrogén-gazdaság megteremtésének is.


A megvalósítandó eljáráshoz fűződő – a technika állásához viszonyított – előnyös hatások:


A szennyvíziszap előkészítésének fentebb ismertetett módja, a kolloid-képzés, mint az előkészítés fő eredménye, biztosítja a szennyvíziszap szervesanyagtartalmának magas fokú (90% feletti) elgázosítását és elkerüli a más technológiák esetében az elgázosítás során megjelenő nagyobb koksz- darabok keletkezését, ami a reaktorcsövek blokkolásához vezethetne.


A szennyvíziszap előkészítésének fenti módja szükségtelenné teszi, hogy a „víztelenített” (földnedves), de mégis 70-80% nedvességtartalmú „víztelenített” szennyvíziszaphoz további vizet kelljen adni, szükségtelenné teszi annak 91-93% nedvességtartalmúra valófelhígítását, a szivattyúzhatóvá tétele érdekében. Az előfűtős, elő-aprító majd nyomás alatti felfőzésnek (a kötött- víz kiszabadításának) köszönhetően, az így keletkező 58-63% nedvességtartalmú szennyvíziszap, kiválóan szivattyúzhatóvá válik. A 60% körüli víz/szárazanyag arány (a 90% körüli vízarányhoz képest) nagyban hozzájárul a feldolgozás energiahatékonyságához azzal, hogy ciklusonként (ugyanazzal a hőenergia-mennyiséggel) mintegy négyszer annyi szárazanyagot gázosít el. A 4 szállítócsiga-ellenáramú hőcserélő, a hőszigetelt fűtő gőz-köpennyel, viszonylag olcsó kivitelűvé és energiahatékonnyá teszi a nyomás alatti főzés folyamatát.


A szennyvíziszap nyomás alatti felfőzését követő ürítése során, a gőzzel együtt távozik az elegy (főtt iszap és víz) oxigén tartalma is, ami az elgázosítás során a generátor gázok között keletkező CO2 mennyiségét elhanyagolhatóvá teszi – jobb minőségű generátorgázt eredményez. A 17 csőreaktor szerkezete és kialakítása kiemelkedően magas (90 % feletti) hatásfokú, mind az energetikai hatásfokát-, mind pedig az átalakítás (elgázosítás) hatásfokát tekintve. A 17 csőreaktor magas üzembiztonságú, amit elsősorban a 20 ultrahang teljesítmény-generátornak és a reaktor-csöveken megfelelően elhelyezett 51 rezgőfejeknek köszönhetünk. A rezgőfejek megakadályozzák az elegyben lévő szervetlen sók kiválását. Nem csak a csőrektor tisztántartását és a dugulások elkerülését biztosítják, de hozzájárulnak az elgázosítás hatásfokának emeléséhez, a hasznosított összes anyag magas értékének eléréséhez is.


A 17 csőreaktorból kilépő szuperkritikus elegy nyomási energiájának tárcsás turbinában történő hasznosítása tovább emeli a berendezés és az eljárás energetikai összhatásfokát. A 33 hidrogén leválasztása és megújuló hidrogénként történő értékesítése mellet a visszamaradó 34 metán plusz szénmonoxid 35 gázmotorban való hasznosítása, a 35 gázmotor hulladékhőjének technológiai folyamatban történő, 40 és 41 hőcserélők által történő felhasználhatósága miatt, jelentősen javítja az eljárás pénzügyi, gazdasági paramétereit is.

 

A jelen nedves-biomassza elgázosítási technológiánk metán-kihozatala több, mint a kétszerese a biogáz technológiák metán-kihozatalának.


Az első referencia üzem alapján, a tárgyi technológia és annak berendezései alapját képezhetik nagyvolumenű gépipari exportnak és technológiai transzfernek is. A tárgyi technológia (lásd lent) piaci bevezetése jelentős munkahely-teremtő hatású lehet.

Szakirodalom: 
Gasification of Dutch sewage sludge in supercriticalwater.
https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000051638/6214421

ábra.jpg
Képkivágás.JPG