[發明專利]一種生物質梯級脫灰預處理的方法

有效

• 申請號: 202010712825.1
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111842310B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 馬中青;黃明;楊優優;趙超
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: B08B3/04
• 分類號: B08B3/04;B08B3/08;B08B3/10;B08B13/00
• 代理公司: 南京科闊知識產權代理事務所(普通合伙) 32400
• 代理人: 王清義

本發明公開一種生物質梯級脫灰預處理的方法，包括將生物質粉末加入水中，攪拌洗滌，得到水洗生物質粉末；將水洗后的生物質粉末浸漬于有機酸溶液中，攪拌洗滌，得到有機酸洗生物質粉末；將水洗和有機酸洗得到的生物質粉末浸漬于無機酸溶液中，攪拌洗滌，得到無機酸洗生物質粉末；再通過水洗過濾干燥得到梯級脫灰預處理的生物質。本發明對灰分的脫除率更高，不僅可脫除易溶于水的沙石和金屬元素，還可脫除難溶于水的金屬。相比于純無機酸洗脫灰法，本發明所需酸濃度更低，脫灰劑成本更低，灰分脫除率更高，對環境更友好且設備損耗更低，可避免生物質嚴重的水解現象。本發明兼容水洗和酸洗優勢，降低了酸洗所需濃度，提高了脫除灰分效率。

技術領域

本發明屬于生物質能源綜合利用領域，具體涉及一種生物質梯級脫灰預處理的方法。

背景技術

2020年，我國生物質發電總裝機容量達到3000萬千瓦，生物質固體成型燃料年利用量達到5000萬噸，沼氣年利用量達到440億立方米，生物燃料乙醇年利用量達到1000萬噸，生物柴油年利用量達到200萬噸。生物質已廣泛應用于熱化學轉換過程(如燃燒、熱解和氣化)，以生產生物能源和生物化學品。在某些生物質利用過程中，灰分是不可忽視的主要成分，如稻殼和棉花秸稈兩大常見生物質原料分別含有15％、6.5％灰分。

生物質灰分主要由堿金屬和堿土金屬物種(AAEMs)組成，如鉀(K)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鎂(Mg)等，將嚴重影響生物質熱化學轉化過程的行為。例如，AAEMs會在生物質熱解過程中起到催化劑的作用，促進酸和水的形成，導致生物油的熱值降低和穩定性降低。生物質灰分在生物質應用于熱化學轉換過程中易造成鍋爐結灰、管道堵塞、設備損耗加重以及生物質利用率低下等結果，嚴重影響生物質材料的資源化利用。因此，在生物質熱化學轉化過程之前，從生物質中去除灰分(特別是對于AAEMs)是提高產品質量的關鍵步驟。

目前，生物質脫灰的方法主要為水洗法脫灰和無機酸洗脫灰方式。水洗法雖然成本較低，但是只能脫除生物質表面的沙石及其內部水溶性的部分金屬元素，脫灰效率極低。無機酸洗法，包括鹽酸、硫酸和硝酸等溶液，一方面洗脫溶劑成本較高，另一方面高濃度強酸會引起生物質發生嚴重的水解現象，導致生物質品質下降，造成較大的質量損失，高濃度強酸洗滌后期需大量的水沖洗脫除，帶來大量酸性廢水，從而導致非常高的廢水處理成本及嚴重的環境污染。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種生物質梯級脫灰預處理的方法，本生物質梯級脫灰預處理的方法將生物質粉末依次經過水洗、有機酸洗、無機酸洗，實現了脫除灰分功能，是一種成本較低、脫灰效率較高、對設備和環境較為溫和的梯級脫灰預處理方法。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種生物質梯級脫灰預處理的方法，包括如下步驟：

(1)將生物質粉末加入水中，通過攪拌洗滌，得到水洗生物質粉末；

(2)將水洗后的生物質粉末浸漬于有機酸溶液中，通過攪拌洗滌，得到有機酸洗生物質粉末；

(3)將水洗和有機酸洗得到的生物質粉末浸漬于無機酸溶液中，通過攪拌洗滌，得到無機酸洗生物質粉末；最后通過水洗過濾干燥得到梯級脫灰預處理的生物質。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述步驟(1)中的生物質為木材、毛竹、稻稈、麥秸稈、棉花秸稈、稻殼、油茶殼、棕櫚殼或者它們的任意組合，生物質粉末的粒徑為20目～100目。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述步驟(1)中生物質粉末與水的質量比為1:20～1:60。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述步驟(1)中脫灰預處理溫度為20℃～60℃，攪拌時間為1h～5h。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述步驟(2)中有機酸為醋酸、檸檬酸、草酸或乙二胺四乙酸。