一种生物质梯级脱灰预处理的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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，本发明专利技术所需酸浓度更低，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质梯级脱灰预处理的方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采取的技术方案为：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。作为本专利技术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。作为本专利技术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。作为本专利技术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。作为本专利技术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。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(2)中有机酸溶液的浓度为0.1mol/L～1mol/L。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(2)中脱灰预处理温度为20℃～60℃，搅拌时间为1h～5h。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(3)中无机酸为盐酸、磷酸、硝酸或氢氟酸。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(3)中脱灰预处理温度为20℃～60℃，搅拌时间为1h～5h。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(3)中无机酸溶液的浓度为0.1mol/L～1mol/L。本专利技术的有益效果为：本专利技术的水+有机酸+无机酸洗梯级脱灰预处理方法是一种成本较低、脱灰效率较高、对设备和环境较为温和的一种方法。将生物质粉末浸渍于水中，进行第一级水洗，去除生物质碱金属和碱土金属(AAEM)中大部分的K以及约一半的Mg和Na以及少量的Ca，得到水洗生物质粉末；固液分离后将固体浸渍于有机酸溶液中，进行第二级有机酸洗，去除几乎所有的K，大部分的Mg和Na，得到有机酸洗生物质粉末；待固液分离后将固体浸渍于无机酸溶液中，进行第三级无机酸洗，除去几乎所有的K、Mg和Na以及大部分的Ca；再通过过滤和水洗后得到脱灰率几乎均超过90％的生物质。相比于简单的水洗脱灰法，生物质梯级脱灰法对灰分的脱除率更高，不仅可以脱除易溶于水的沙石和金属元素，还可以脱除难溶于水的金属。相比于纯无机酸洗脱灰法，梯级洗涤脱灰过程所需要的酸浓度更低，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，而且可以避免生物质严重的水解现象。水+有机酸+无机酸洗梯级脱灰预处理兼容水洗和酸洗优势，降低了酸洗所需要浓度，有效降低生物质酸洗脱灰过程所需要的酸浓度，降低了设备损耗和生物质材料水解程度，大幅提高了生物质材料脱灰效率，更适合作为生物质脱灰预处理的方法。利用三种廉价溶剂分工合作的优势，提高了脱除灰分效率。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作出进一步说明：实施例1(实验组)：本实施例提供的一种生物质梯级脱灰预处理的方法，包括以下步骤：(1)按固液质比1:30将稻壳粉末浸泡在水中，在50℃下搅拌4h后过滤，并在105℃下干燥24h得到梯级水洗生物质粉末(C-H2O-RS)。(2)将水洗生物质粉末浸渍于0.1mol/L醋酸溶液中，在50℃下搅拌4h后过滤，并在105℃下干燥24h得到梯级醋酸洗生物质粉末(C-HAC-RS)。(3)将醋酸洗生物质粉末浸渍于0.1mol/L盐酸溶液中，在50℃下搅拌4h后过滤得到梯级盐酸洗生物质粉末，最后通过水洗过滤干燥得到梯级预处理脱灰生物质(C-RS)。(4)采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在220℃下消解保温，通过ICP-OES测定所得消解液中的灰分含量。实施例2(对照组)：本实施例提供的一种生物质梯级脱灰预处理的方法，包括以下步骤：(1)按固液质比1:30将稻壳粉末分别浸泡在水、1.0mol/L醋酸溶液和1.0mol/L盐酸溶液中，在50℃下搅拌4h后过滤，并在105℃下干燥24h分别得到水合生物质混合物、醋酸生物质混合物和盐酸生物质混合物，最后通过水洗过滤干燥分别得到水洗生物质(H2O-RS-1)、醋酸脱灰生物质(HAC-RS-1)和盐酸脱灰生物质(HCl-RS-1)。(2)采用硝酸和双氧水作为消解剂将样品在220℃下消解保温，通过ICP-OES测定所得消解液中的灰分含量。实施例3(对照组)：本实施例提供的一种生物质梯级脱灰预处理的方法，包括以下步骤：(1)按固液质比1:30将稻壳粉末分别浸泡在水、0.1mol/L醋酸溶液和0.1mol/L盐酸溶液中，在50℃下搅拌4h后过滤，并在105℃下干燥24h分别得到水合生物质混合物、醋酸生物质混合物和盐酸生物质混合物，最后通过水洗过滤干燥分别得到水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质梯级脱灰预处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(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；/n(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；/n(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。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质梯级脱灰预处理的方法，其特征在于：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。


2.根据权利要求1所述的生物质梯级脱灰预处理的方法，其特征在于：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。


3.根据权利要求2所述的生物质梯级脱灰预处理的方法，其特征在于：所述步骤(1)中生物质粉末与水的质量比为1:20～1:60。


4.根据权利要求3所述的生物质梯级脱灰预处理的方法，其特征在于：所述步骤(1)中脱灰预处理温度为20℃～60℃，搅拌时间为1h～5h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马中青，黄明，杨优优，赵超，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33