[發明專利]一種制備低灰生物質半焦的方法

有效

• 申請號: 202110794507.9
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113481023B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 靳立軍;張碩;聞育新;朱家龍;胡浩權;李揚;楊赫
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B57/00
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 祝詩洋

本發明提供了一種制備低灰生物質半焦的方法，首先將生物質原料在一定溫度下進行預炭化，隨后將預炭化后樣品置于一定溫度的水中并通入CO₂進行水洗脫灰處理，最后進行二次炭化，并對炭化過程中產生的生物質半焦進行收集。相比于直接炭化制備的生物質半焦，經過預炭化、CO₂水洗脫灰、炭化三步處理后的生物質半焦，灰分含量顯著降低，固定碳含量顯著提高。甘蔗渣進行預炭化后再脫灰，在降低灰分的同時提高了炭收率。與傳統的酸洗脫灰相比，本發明的脫灰成本低，無污染腐蝕、操作簡便，生物質半焦品質高。經過改善的生物質半焦可用作常規炭質材料的替代品，廣泛應用于能源、環境等領域，為提高生物質能源的利用效率和提升附加值等提供了一種新途徑。

技術領域

本發明提供了一種利用生物質制備低灰分生物質半焦的辦法，涉及生物質利用和清潔能源領域，更具體地，涉及一種生物質半焦脫灰方法。

背景技術

能源短缺、環境污染和可持續發展已成為當今世界日益關注的焦點問題，目前我國能源結構仍以煤炭為主，大量煤炭的使用是導致霧霾等環境污染問題的主要原因，相對于煤炭等化石燃料，生物質能源具有含硫量低、可再生以及分布廣泛等優點。我國作為農業大國，每年能產生諸多如秸稈、稻草、甘蔗渣等農業廢棄物，其主要被用于生物發電、造紙、飼料等領域，但是利用率極低，不僅造成資源浪費，還存在生產過程的副產物造成環境污染的問題。

近年來，與生物質燃燒相比，生物質半焦的應用可以大大提高熱效率，并且經過改善的生物質半焦可用作常規炭質材料的替代品，帶來相應環境效益。生物質半焦是在缺氧條件下生物質炭化生成的碳質殘余物，生物質半焦的材料特性與原材料的類型、炭化溫度、炭化速率等工藝方式的不同密切相關，生物質半焦產量與原料中固定碳含量呈正相關，而半焦中的灰分在燃料燃燒過程中會引起嚴重的沉積、結垢和造成催化劑中毒等問題，容易在生產和運營過程構成安全隱患，因此對生物質半焦進行灰分的脫除具有重要意義。目前常見的傳統脫灰方法有：水洗脫灰、酸洗脫灰、浮選脫灰等。水洗脫灰操作簡單方便、成本低，但對于不溶于水的無機鹽類、金屬氧化物脫除困難；部分研究者采用對生物質在水溶液中通入二氧化碳的方法進行脫灰，盡管可以實現灰分的部分脫除，但是由于生物質中部分水溶性物質在水洗過程中流失，從而導致炭收率降低。酸洗脫灰對金屬氧化物具有較好的溶解脫除，但存在原材料黏結性指標被破壞、設備腐蝕、反應成本等一系列問題，不利于工業化的應用；因此亟需一種灰分脫除效率高、簡便環保的脫灰方法應用于生物質半焦。

發明內容

針對傳統的脫灰方法存在的成本高、腐蝕設備等缺陷，生物質原料經二氧化碳水洗后有機質流失等問題，本發明提出了一種針對生物質采用先預炭化再經CO₂水洗的脫灰方法；在不破壞生物質自身品質的基礎上，通過預炭化固定生物質糖分、防止有機質流失、并增大其比表面積，使其充分與CO₂水溶液接觸，利用CO₂與水所形成的酸性環境，探究其形成酸性環境下的最佳脫灰溫度以及與預炭化的生物質的最佳接觸時間，最大程度地提高碳酸鹽、硫酸鹽等在水中的溶解度，實現對灰分的有效脫除。最后再對生物質進行二次炭化處理制備低灰生物質半焦，去除了樣品中含水量并提高其固定碳含量，提升生物質半焦品質。通過工業分析發現，預炭化水洗后生物質半焦灰分顯著降低，固定碳含量明顯上升，有利于提高原料的實際應用性能。

本發明采用的技術方案為：首先將用于制備半焦的生物質原料經干燥研磨篩分至一定數目，然后將生物質在一定溫度進行預炭化，防止有機質流失，并增加其孔道和比表面積，使得后續與CO₂水洗接觸更充分；隨后將預炭化樣品置于一定溫度的水中并通入CO₂進行水洗脫灰處理，水浴溫度為20-80℃，時間為1-24小時，最后將脫灰后的預炭化樣品經干燥后進行二次炭化，反應溫度為300-800℃。對炭化后的半焦稱重并進行工業分析。

進一步的，本發明所述的生物質半焦通過農作物、農作物廢棄物中任一種或多種制得，生物質原料包含廣泛的生物質，如林業廢棄物、甘蔗渣、木材、紙張、農作物秸稈、稻草中一種或多種。