[发明专利]一种生物质梯级脱灰预处理的方法

说明书

本发明公开一种生物质梯级脱灰预处理的方法，包括将生物质粉末加入水中，搅拌洗涤，得到水洗生物质粉末；将水洗后的生物质粉末浸渍于有机酸溶液中，搅拌洗涤，得到有机酸洗生物质粉末；将水洗和有机酸洗得到的生物质粉末浸渍于无机酸溶液中，搅拌洗涤，得到无机酸洗生物质粉末；再通过水洗过滤干燥得到梯级脱灰预处理的生物质。本发明对灰分的脱除率更高，不仅可脱除易溶于水的沙石和金属元素，还可脱除难溶于水的金属。相比于纯无机酸洗脱灰法，本发明所需酸浓度更低，脱灰剂成本更低，灰分脱除率更高，对环境更友好且设备损耗更低，可避免生物质严重的水解现象。本发明兼容水洗和酸洗优势，降低了酸洗所需浓度，提高了脱除灰分效率。

技术领域

本发明属于生物质能源综合利用领域，具体涉及一种生物质梯级脱灰预处理的方法。

背景技术

2020年，我国生物质发电总装机容量达到3000万千瓦，生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨，沼气年利用量达到440亿立方米，生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨，生物柴油年利用量达到200万吨。生物质已广泛应用于热化学转换过程(如燃烧、热解和气化)，以生产生物能源和生物化学品。在某些生物质利用过程中，灰分是不可忽视的主要成分，如稻壳和棉花秸秆两大常见生物质原料分别含有15％、6.5％灰分。

生物质灰分主要由碱金属和碱土金属物种(AAEMs)组成，如钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)等，将严重影响生物质热化学转化过程的行为。例如，AAEMs会在生物质热解过程中起到催化剂的作用，促进酸和水的形成，导致生物油的热值降低和稳定性降低。生物质灰分在生物质应用于热化学转换过程中易造成锅炉结灰、管道堵塞、设备损耗加重以及生物质利用率低下等结果，严重影响生物质材料的资源化利用。因此，在生物质热化学转化过程之前，从生物质中去除灰分(特别是对于AAEMs)是提高产品质量的关键步骤。

目前，生物质脱灰的方法主要为水洗法脱灰和无机酸洗脱灰方式。水洗法虽然成本较低，但是只能脱除生物质表面的沙石及其内部水溶性的部分金属元素，脱灰效率极低。无机酸洗法，包括盐酸、硫酸和硝酸等溶液，一方面洗脱溶剂成本较高，另一方面高浓度强酸会引起生物质发生严重的水解现象，导致生物质品质下降，造成较大的质量损失，高浓度强酸洗涤后期需大量的水冲洗脱除，带来大量酸性废水，从而导致非常高的废水处理成本及严重的环境污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种生物质梯级脱灰预处理的方法，本生物质梯级脱灰预处理的方法将生物质粉末依次经过水洗、有机酸洗、无机酸洗，实现了脱除灰分功能，是一种成本较低、脱灰效率较高、对设备和环境较为温和的梯级脱灰预处理方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种生物质梯级脱灰预处理的方法，包括如下步骤：

(1)将生物质粉末加入水中，通过搅拌洗涤，得到水洗生物质粉末；

(2)将水洗后的生物质粉末浸渍于有机酸溶液中，通过搅拌洗涤，得到有机酸洗生物质粉末；

(3)将水洗和有机酸洗得到的生物质粉末浸渍于无机酸溶液中，通过搅拌洗涤，得到无机酸洗生物质粉末；最后通过水洗过滤干燥得到梯级脱灰预处理的生物质。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(1)中的生物质为木材、毛竹、稻秆、麦秸秆、棉花秸秆、稻壳、油茶壳、棕榈壳或者它们的任意组合，生物质粉末的粒径为20目～100目。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(1)中生物质粉末与水的质量比为1:20～1:60。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(1)中脱灰预处理温度为20℃～60℃，搅拌时间为1h～5h。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(2)中有机酸为醋酸、柠檬酸、草酸或乙二胺四乙酸。