CN111566192A - 结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从燃料中去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统，更具体涉及从草本类、木质类、藻类生物质中，通过物理、化学方法来去除在锅炉运行时对反应器壁面、热交换器等传热面引起结垢、结渣、高温腐蚀、炉渣的产生等不良影响的产灰成分，将去除后的固相成分作为固体燃料应用于单燃或者共燃中，并且对含有产灰成分的液相成分应用了利用包括酸处理、碱处理、热水处理、膜过滤、离子交换、凝聚、吸附、离心分离的方法来进行水处理的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统。

Description

结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃 料生产系统

技术领域

本发明涉及用于从燃料中去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统，更具体涉及从草本类、木质类、藻类生物质中，通过物理、化学方法来去除在锅炉运行时对反应器壁面、热交换器等传热面引起结垢(fouling)、结渣(slagging)、高温腐蚀、炉渣(clinker)的产生等不良影响的产灰成分，将去除后的固相成分作为固体燃料应用于单燃或者共燃中，并且对含有产灰成分的液相成分应用了利用包括酸处理、碱处理、热水处理、膜过滤、离子交换、凝聚、吸附、离心分离来进行水处理的方法的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的锅炉用燃料生产系统。

背景技术

基于化石燃料的能源是二氧化碳产生量最多的主要原因，并且是对地球温暖化问题竞争力最差的能源。所以可再生能源利用和推广成为现阶段能源资源的世界焦点。主要原因是相对于现有的石油、煤炭等化石燃料二氧化碳的排放减少，是可对应地球温暖化及气候变化的能源资源。

随着在国内化石燃料的枯竭和根据作为国际条约的气候变化协议要求温室气体的减排，对建设有规定的规模(500MW)以上的发电设备(除了可再生能源设备)的发电厂(供应义务者)制定按总发电量的规定的比率利用可再生能源发电的可再生能源义务制度(Renewable Portfolio Standard；RPS)，法制规定对于没有执行的所述义务供应量部分根据供应认证书平均交易价格的150％以内，考虑不执行理由、不执行次数等可进行罚款。

于是，为了供应可再生能源而得到认证，作为证明电厂利用可再生能源设备生产并供应电的认证书，供应义务者可以购买可再生能源供应认证书充当义务供应量，在供应认证书发行对象设备以供应MHh基准的可再生能源电量乘于加权值来给予可再生能源供应认证书(REC,Renewable Energy Certificate)，按可再生能源的加权值是考虑了对环境、技术开发及产业活性化所起的影响，发电成本，资源潜在量，对温室气体减排所起的效果等，由政府制定并每三年重新检讨。

于是，大型煤燃烧电厂为了达到所述可再生能源供应义务比重，作为煤炭的二氧化碳的减排电厂连接和改善方案，进行了煤气化发电(Integrated GasificationCombined Cycle；IGCC)、超超临界(Ultra Supercritical,USC)技术、CO₂捕集和储藏技术等洁净煤技术(Clean Coal Technology,CCT)及生物质(bio-mass)共燃等，但是还是存在不少从根本上要解决的问题和需要改善的部分。

特别是，在共燃生物质时，因为燃烧比煤炭低热值的生物质而具有导致发电效率下降的问题。

并且，为了共燃而投入的生物质和煤炭的燃烧特性不同，所以在以煤炭作为对象原料设计的现有发电设备内出现多段燃烧而导致出现设备运行上的问题。

并且，存在生物质内的无机成分包含的金属成分所造成的结垢或者结渣等问题。为了解决这些问题在先研究中做了有关利用煤炭中混合油类生物质的混合燃料技术开发。如此单纯把煤炭和油类生物质混合的燃料，一般是在煤炭表面涂覆油类或者细孔中含浸一些油类。但是因为油类本身的低表面张力和油类生物质和煤炭表面的结合力的缺乏，煤炭和油类生物质各自维持固有的燃烧特性，其结果表现出不同的燃烧特性。于是利用在电厂时，在燃烧器前端因为油类的低温燃烧规律而优先过量消耗氧气，以至于阻碍煤炭的燃烧而未燃碳(unburned carbon)的量增加，发电效率降低。

并且，生物质内灰的代表性凝聚现象主要是在粉煤燃烧炉中各燃烧炉辐射面及对流传达面发生的结渣(slagging)和炉渣(clinker)、结垢(fouling),流化床燃烧炉的灰凝聚(agglomeration)等。

可能会发生电厂过热蒸汽管高温氯腐蚀，因省煤器管堵灰现象的流速变化导致的磨损，流化床燃烧器流动砂所引起的管道磨损，吹灰机的机械磨损，若燃料成份内的无机成分钾和氯成分在燃烧过程中通过化学结合生成KCl，因为KCl(熔融温度776℃)是粘性强的物质而容易粘贴，被认为可加速因氯反应的等腐蚀。

如果在燃烧炉发生这种现象，不仅是降低工艺效率的主要原因，若这种现象加深时最终会导致停止运行，以至带来重大的经济损失。灰凝聚现象一般是受灰(ash)成分、温度、粒度、气体环境、运行条件等影响，特别是在高温中若灰的一部分熔融，这种现象会加速进行。

另外，为了对应所述问题而调查多篇已知文献结果如下。

日本公开专利特开2016-125030号中公开了，把植物微粒化后浸泡在常压水中，再把浸泡在常压水中的植物脱水，把脱水后的植物作为燃料，把脱水得到的溶液作为肥料的植物性生物燃料的改质方法。

日本公开专利特开平11-240902号中公开了，在80度以上140度以下温度、pH值为2至7的条件下，利用水性介质从包含半纤维素的原料中提取水溶性半纤维素，把其提取液浓缩至1.5倍以上，再去除不溶性物质为特点的水溶性半纤维素制造方法。

日本授权专利第2688509号中公开了，水洗麦渣去除水溶性物质后，用0.1～0.4碱水溶液处理，把半纤维素主要组成部分溶解在碱水溶液，利用膜及离子交换树脂精制为特点的半纤维素提取精制方法。

韩国授权专利第10-0476239号中公开了，从稻壳中制造水溶性及不溶性半纤维素方法。制造方法主要包括如下工序。(1)从稻壳中去除蛋白质及稻壳洗涤工序；(2)用0.5至1M浓度的氢氧化钠溶液提取及过滤稻壳工序；(3)往在(2)阶段得到的碱提取液里添加磷酸而降低pH，沉淀回收半纤维素的工序；(4)从(3)阶段得到的沉淀物再用磷酸或者用乙二酰洗涤后通过草酸盐-高锰酸钾(oxalate-potassium permanganate)处理的脱色工序；(5)从上阶段得到的脱色半纤维素通过溶液的pH调节可选择分离水溶性及不溶性半纤维素，在回收水溶性半纤维素时可添加磷酸沉淀分离或者添加钙转化成不溶性物质后回收的工序；(6)通过所述一系列连续工序得到的水溶性及不溶性半纤维素通过自然干燥或者喷雾干燥得到粉末后，再研磨后通过规定的大小的筛网得到微细粉末的工序。

韩国专利公报第10-0413384号中公开了，水溶性膳食纤维的制造方法。主要包括如下工序。(i)从玉米皮中去除淀粉及蛋白质的工序；(ii)把去除淀粉及蛋白质的玉米皮用碱液提取后再用滤布过滤工序；(iii)把从(ii)阶段得到的碱提取液用纤维素酶及纤维二糖酶处理进行反应工序；(iv)把从(iii)阶段得到的酶反应液用吸附剂处理后通过膜过滤而得到过滤液的工序；(v)精制所述过滤液的工序。

韩国专利公报第10-1457470号中公开了，改善纸力的造纸方法。包括如下工序。a)从生物质提取半纤维素的阶段；b)从半纤维素提取液沉淀分离半纤维素的阶段；及c)把所述分离半纤维素投入造纸工序阶段。

韩国专利公报第10-0872358号中公开了，利用二段浓缩脱水的脱水方法和装置。主要包括如下。把混合有污泥的废水通过主轴的内部空间投入到旋转器内部的第一阶段；回转旋转轴把从第一阶段流入的废水利用离心力分离污泥和水的第一浓缩分离的第二阶段；把从第二阶段分离出的水再通过旋转轴承的内部空间排放，污泥利用浓缩旋转作用排放到转子和楔形丝网之间空间的第三阶段；把从第三阶段排放出的污泥利用楔形丝网和转子压缩脱水的第四阶段；在第四阶段压缩脱水得到的污泥糕通过滑阀排出，通过楔形丝网排出的水排放到排水管的第五阶段。

已知的现有技术为了从生物质中去除木质素，提取主成分为葡萄糖(glucose)的纤维素和主成分为木糖(xylose)的半纤维素，利用了物理化学处理方法，但是利用酸或者碱等药品时，不仅药品费增加，还得有把所使用的药品回收的工序而出现工艺复杂的问题。并且为了把分离出的成分利用在目的原料中，需要提高纯度、并最大程度分离副反应物质等。并且需要在100℃以上的高温下进行处理而存在能源费用高的缺点。

因此，为了促进新再生能源的利用和推广，并确保生物质燃料的供应稳定性，急需开发一种结合脱水及洗涤工艺的锅炉用燃料生产系统相关技术，该技术在用于从根本上排除由灰引起的工艺问题的低温条件下，尽量保持现有的碳源生物质成分，并且有选择地仅去除生物质内产灰成分，从而有效提取并分离含灰量低的燃料物质后，使用该燃料物质。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述问题而提出的发明，旨在提供结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的锅炉用燃料生产系统，该锅炉用燃料生产系统从草本类、木质类藻类生物质中，通过物理、化学方法来去除在锅炉运行时对反应器壁面、热交换器等传热面引起结垢(fouling)、结渣(slagging)、高温腐蚀、炉渣(clinker)的产生等不良影响的产灰成分，将去除后的固相成分作为固体燃料应用于单燃或者共燃中，并且对含有产灰成分的液相成分应用了利用包括酸处理、碱处理、热水处理、膜过滤、离子交换、凝聚、吸附、离心分离来进行水处理的方法。

技术方案

为此，本发明可提供一种结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其包括：反应器本体100，用低温催化剂处理被供应的原料，以便从该原料中最大限度地分离产灰成分；pH调节槽400，用于向所述反应器本体供应低温催化液；洗涤水储藏槽500，用于向所述反应器本体供应洗涤水；以及原料注入装置700，用于向所述反应器本体注入原料。

另外，所述反应器本体可包括：脱水压力机200，对于反应后的所述原料进行加压；移送压力机300，对于加压后的所述原料进行移送。

另外，可包括金属离子分离装置600，该金属离子分离装置600用于分离从所述反应器本体排出的脱水液中的金属离子。

另外，当被供应的所述低温催化液及/或者所述洗涤水符合与所述原料的规定的反应条件时，所述反应器本体可进行爆气搅拌运行。

另外，当符合规定的反应结束条件时，所述反应器本体进行用所述脱水压力机分离所述原料和脱水液的一次脱水。

另外，可对分离出所述脱水液的所述原料进行爆气搅拌洗涤。

另外，可进行用于分离被洗涤的所述原料和洗涤液的二次脱水。

另外，当通过了所述金属离子分离装置的所述脱水液处于规定的金属离子浓度以下时，将该脱水液供应到所述pH调节槽。

另外，当所述洗涤液的金属离子浓度处于规定的浓度以上时，可将该洗涤液供应到所述金属离子分离装置，而当所述洗涤液的金属离子浓度小于规定的浓度时，可将该洗涤液供应到所述洗涤水储藏槽。

另外，被供应到所述反应器本体的所述低温催化液及/或者所述洗涤水与所述原料的质量比可以是1.05：1至10：1。

另外，所述金属离子分离装置可利用离子交换树脂及/或者膜来分离离子成分。

另外，所述脱水液在被供应到pH调节槽之前，能够被供应到用于生成有机酸的有机酸储藏槽。

另外，所述原料可通过所述移送压力机被移送到燃料处理装置800。

另外，包含未能通过所述金属离子分离装置的金属离子的脱水液可被分离并供应到阳离子储藏槽和阴离子储藏槽。

另外，经过所述二次脱水的所述原料的含水率可以是15％以下。

发明效果

根据本发明的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，通过酸或者碱等催化剂的低温反应条件，能够从草本类或者木质类生物质简单有效地提取分离产灰成分等，从而有选择地获得用于单燃及/或者共燃锅炉内生物质的原料。

另外，本发明通过在低温条件下进行酸、碱处理，能够有助于简化废水处理工艺及节省费用，并且能够最大限度地避免纤维素、半纤维素、木质素等碳系成分的溶出。

另外，通过有效去除包含在生物质内的碱金属及碱土金属、卤族元素等产灰成分，能够有效降低当应用于电厂燃料时，在燃烧系统运行中可能发生的炉渣、结垢及碱金属腐蚀问题。

另外，所述液相成分(大部分为木糖的糖)通过现有技术中的浸渍于低阶煤后碳化的混合煤工艺，在现有的发电厂使用现有的煤炭微粉化设备即可，无需由于仅投入3.5重量％以下的生物质并进行共燃而另行配备生物质微粉化装置。

另外，由于利用已去除产灰成分的生物质的纤维素、半纤维素、木质素来生产成型燃料及半碳化燃料，能够从根本上排除在流化床及微粉化燃烧炉及气化炉中燃烧及气化后由源自生物质的灰引起的炉渣、结垢及高温腐蚀等问题。

另外，通过应用离子交换树脂及/或者膜过滤工艺，有效分离生物质液相成分中的产灰成分，从而能够回收利用处理水。

另外，通过去除燃料成份内的氮成分，减少在燃烧过程中产生的燃料型氮氧化物(Fuel NOx)。

附图说明

图1为示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的流程图。

图2示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的原料的成分变化。

图3示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的原料的矿物成分变化。

图4示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随pH变化的除灰率。

图5示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随温度变化的除灰率。

图6示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随停留时间变化的除灰率。

图7示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随pH变化的除灰率。

图8示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随温度变化的除灰率。

图9示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随停留时间变化的除灰率。

图10示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的生物质SEM照片。

图11是示出本发明一实施例的生物质内可燃烧的碳化合物部分的剩余量的图。

图12为本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的操作流程图。

图13为本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的取决于抽速的在柱中的溶液停留时间。

图14为本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统中，取决于从脱水单元排出的混合生物溶液经过阳离子交换树脂柱后流出的时间的阳离子浓度结果。

图15为本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统中，取决于从脱水单元排出的混合生物溶液经过阴离子交换树脂柱后流出的时间的阴离子浓度结果。

图16示出本发明一实施例的每单位供应原料所投入的低温催化液的BTW。

图17为示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的流程图。

具体实施方式

在本说明书及权利要求书中所使用的术语或者单词不能解释为仅限于常规或者词典上的含义，而是应当立足于发明人为了以最优方法说明自己的发明而可以适当定义其术语概念的原则，解释为符合本发明技术思想的含义和概念。因此，在本说明书中记载的实施例只是本发明的优选实施例而已，并不代表本发明的所有技术思想，应当理解为在本申请时间点上可以存在能够代替它们的多种等同物和变形例。

另外，在本发明中使用的燃料意味着作为锅炉燃料的煤炭，即泥炭、褐煤、亚烟煤，烟煤或者无烟煤等在此技术领域中被认为是低阶煤中的任意一种以上。

另外，所述原料可以是生物质。所述生物质原料可以使用木质类和草本类。木质类可以使用木块、木屑、原木、树枝、切割木片、落叶、木板、锯末、木质素、木糖、木质纤维素、椰子树、棕榈仁壳(PKS，palm kernel shell)，椰子纤维质，空果串(EFB，empty fruitbunches)、新鲜水果串(FFB，fresh fruit bunches)、椰子叶、椰子制粉渣等。草本类可以使用玉米秆、秸秆、高粱秆、蔗糖杆、谷物(大米、高粱、咖啡等)壳、甜菜叶、甘蔗渣、黍，洋蓟、糖蜜、亚麻、大麻、洋麻、棉秆、烟叶杆、淀粉质玉米、土豆、木薯、小麦、大麦、裸麦、其他淀粉系加工剩余物，酪梨、麻风树及其加工剩余物等。

生物质原料可以使用藻类(algae)。藻类可以使用绿藻类(Green algae)、蓝藻类(Cyanobacteria)、硅藻类(Diatom)、红藻类、小球藻(chlorella)、螺旋藻(Spirulina)、杜氏盐藻(Dunaliella)、紫菜(Porphyridium)、褐指藻(Phaeodactylum)等。

下面，将参照附图，对本发明的结合脱水洗涤工艺的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统进行详细说明。

图1为示出本发明一实施例的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统的流程图。

结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统可包括：反应器本体100，用低温催化剂处理被供应的原料，以便从该原料中最大限度地分离产灰成分；pH调节槽400，用于向所述反应器本体供应低温催化液；洗涤水储藏槽500，用于向所述反应器本体供应洗涤水；以及原料注入装置700，用于向所述反应器本体注入原料。

所述反应器本体可包括反应器保温材101。只要所述保温材具有保温效果就不限于其材质。

所述保温材可是玻璃棉、橡胶泡沫、聚乙烯泡沫、珍珠岩(Perlite)、氨基甲酸酯中的任意一种或者两种以上。

可优选为0.05[g/cm³]、0.035[W/m·k]的橡胶泡沫保温材(Hiplex)。更优选为0.05[g/cm³]、0.035[W/m·k]、3％以下的质量比吸收率、5至10[ng/m²·s·Pa]的橡胶泡沫保温材(Hiplex)。

若超出所述条件则得不到保温效果。

所述低温催化剂可以是单独或者与水混合供应。

所述催化剂可以通过升温催化液流入部110供应。

所述洗涤水可以通过洗涤水流入部120供应。所述洗涤水可以与所述催化剂混合供应。

所述反应器本体可包括反应升温器130，以便调节温度。只要所述反应升温器可以控制反应器本体的温度，则反应升温器的形状显然不受限制。所述反应升温器可以具有1至5℃/min的升温速度。

若超出所述条件则可能得不到升温效果。

另外，通过排气部140，可进行用于保持所述反应器本体的内压条件的排气操作。

可包括高压气体发生器150，以便保持所述反应器本体的压力条件。

可以形成有用于将通过所述高压气体发生器生成的高压气体供应到脱水压力机的高压气体第一注入部，并且可以在所述反应器本体上形成有高压气体第二注入部。

所述高压气体条件可以是1至5m³/min、1至10kg/cm²。若超出所述范围，则得不到充分的压力条件。

从所述高压气体第二注入部供应的高压气体还具有爆气效果。所述高压气体可以是空气、氧气、氮气、氦气中的任意一种或者两种以上。

所述燃料在去除金属离子反应，脱水洗涤工艺后，可通过排放燃料的固体燃料排出口被排放。

所述pH调节槽是用于向所述反应器本体供应催化剂的装置。所述pH调节槽可包括用于供应可与所述催化剂混合的水的处理水供应部210。可形成用于向所述pH调节槽供应催化剂的催化剂储藏槽430，可将所述催化剂供应到所述pH调节槽。可形成催化剂供应部420。可附加形成用于从所述原料的脱水液及/或者洗涤水制成有机酸的有机酸储藏槽440。所述有机酸可以通过从所述原料中分离出的纤维素、半纤维素、木质素中的任意一种或者两种以上与催化剂反应而生成。所述pH调节槽为了内部催化剂的混合特性而形成搅拌器401。当所述pH调节槽的容量是100L时，所述搅拌器可以以100至500rpm搅拌运转，优选为350rpm。所述pH调节槽为了调节温度可包括升温器403。只要所述升温器可以调节所述反应器本体的温度，则升温器的形状显然不受限制。所述反应升温器可以具有1至5℃/min的升温速度。

若超出所述条件则可能得不到升温效果。

所述pH调节槽可包括保温材402。只要所述保温材具有保温效果就不限于其材质。

所述保温材可是玻璃棉、橡胶泡沫、聚乙烯泡沫、珍珠岩(Perlite)、氨基甲酸酯中的任意一种或者两种以上。

可优选为0.05[g/cm³]、0.035[W/m·k]的橡胶泡沫保温材(Hiplex)。更优选为0.05[g/cm³]、0.035[W/m·k]、3％以下的质量比吸收率、5至10[ng/m²·s·Pa]的橡胶泡沫保温材(Hiplex)。

若超出所述条件则可能得不到保温效果。

所述pH调节槽可附加设置用于供应水的处理水供应部410。

可形成用于向所述反应器本体供应所述催化剂的升温催化液排出部460。

可形成用于排出过量生成的所述催化液的pH调节槽排水部470。

可形成用于向所述洗涤水储藏槽供应水的洗涤水供应部510。可形成二次脱水供应部520，该二次脱水供应部520用于向所述洗涤水储藏槽供应从所述反应器本体通过洗涤排出的洗涤水。可形成洗涤水排出部530，该洗涤水排出部530用于向所述反应器本体供应从所述洗涤水储藏槽生成的洗涤水。可形成用于排出所述洗涤水储藏槽的剩余洗涤水的洗涤水排水部540。

在所述反应器本体、所述pH调节槽、所述洗涤水储藏槽可附加形成能够确认液体水位的水位测量计。

所述原料注入装置可包括：粉碎单元，用于将所述生物质制成规定大小的原料；料斗，用于储藏所述原料；原料给料机，用于将储藏在所述料斗中的所述原料定量供应到后端。

所述生物质可以是第一代生物质、第二代生物质、第三代生物质中的任意一种或者两种以上。

优选为紫芒、空果串(EFB，empty fruit bunches)、洋麻、玉米秆、稻壳、竹子中的任意一种或者两种以上。

所述规定的大小可以是500mm以下。

优选为10μm至300mm以下。

更优选为20mm至50mm以下。

若超出所述大小范围，则可能导致粉碎成本过高，或者产灰成分的去除效率降低。

所述粉碎设备可进行破碎(crushing)及/或者磨碎(grinding)。所述粉碎设备可以利用压缩、冲击、摩擦、剪切、弯曲中的任意一种以上的物理特性，只要能够达到通过切断等而可以缩小大小同时扩大表面积的目的，则其方法不受限制。

所述粉碎设备可以是颚式破碎机(Jaw crusher)、回转破碎机(Gyratorycrusher)、辊式破碎机(Roll crusher)、辗碎机(Edge runner)、锤式破碎机(Hammercrusher)、球磨机(Ball mill)、气流粉碎机(Jet mill)、盘式破碎机(Disk crusher)中的任意一种。

只要是可以向后端定量供应所述原料的装置，则所述原料给料机不受特别限制。优选为螺旋给料机、料斗。

所述产灰成分是指，在用于燃烧反应的生物质所包含的无机物成分中，以物理、化学方式附着在反应后端的反应器壁面、热交换器、后端废气处理设备的表面上，并引起结垢、结渣、腐蚀、炉渣的生成等的产灰成分。

所述产灰成分可能是碱金属、碱土金属、卤族元素。

所述产灰成分优选为钠、钾、氯。

用于所述规定温度的热水处理的注入水的温度可以是30℃至500℃。优选为120℃至300℃，更优选为30℃至99℃。用于所述规定温度的热水处理的低温催化液的温度可以是40℃至60℃。

若超出所述温度条件则所述原料中产灰成分得不到充分分离。所述温度条件可因原料而异。

所述供应原料在所述反应器本体内的停留时间可以是10分钟至10小时，优选为20分钟至2小时，更优选为30分钟至1小时。若超出所述停留时间，则所述原料中产灰成分得不到充分分离

所述停留时间可因原料而异。

在所述燃料处理装置中，通过规定温度的热水处理，所述燃料被碳化或半碳化。

在所述燃料被碳化或半碳化的同时，每单位燃料的发热量可上升。

以低位发热量为基准，所述碳化或半碳化燃料的发热量可以为3,500kcal/kg至4,500kcal/kg。

若超出所述温度及时间条件，则可能导致去除成分效率降低或者工艺成本上升。

图16示出本发明一实施例的每单位供应原料所需投入的低温催化液的BTW。

所述每单位供应原料所投入的低温催化液的量因生物质种类而异，以生物质对水比(BTW，Biomass to Water，kg/kg)来定义。优选地，对于各种生物质，紫芒为0.05至0.2，优选为0.11至0.13，更优选为0.125；洋麻为0.05至0.2，优选为0.14至0.18，更优选为0.1667；玉米秆为0.05至0.2，优选为0.11至0.13，更优选为0.125；象草为0.05至0.2，优选为0.14至0.18，更优选为0.1667；EFB为0.1至0.4，优选为0.15至0.25，更优选为0.2；PKS为0.3至0.9，优选为0.45至0.75，更优选为0.6667；腰果壳为0.3至0.9，优选为0.45至0.75，更优选为0.5；咖啡壳为0.2至0.6，优选为0.35至0.45，更优选为0.4；木屑颗粒为0.05至0.2，优选为0.14至0.18，更优选为0.1667；松树为0.1至0.4，优选为0.15至0.25，更优选为0.2；林木副产物为0.1至0.4，优选为0.15至0.25，更优选为0.2。最优选为对每个生物质可允许±10％的范围。

若超出所述BTW比，则会导致所述产灰成分分离效率降低。

可在所述反应器本体的前端或者后端注入用于调节分离效率的水、酸性溶液、碱性溶液。

所述水可以是温水、热水、蒸汽。

所述酸性溶液可以是醋酸、硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸、甲酸中的任意一种或者两种以上。

所述共燃条件可以是现有化石燃料的1重量％至50重量％，优选为3重量％至40重量％，更优选为5重量％至30重量％。

从所述反应器本体排出的液相成分可包含所述产灰成分。

所述液相成分可以是含少量有机化合物及产灰成分的水溶液。所述有机化合物的主要构成成分可以是碳、氢、氮、氧、硫成分。优选地，所述液相成分可包含半纤维素、有机酸、糠醛、5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfufural(5-HMF))及无机物。

从所述反应器本体排出的固相成分可包含分离出所述产灰成分的可燃性成分。

所述可燃性成分可以是有机化合物。所述可燃性成分可以是以碳、氢、氮、氧、硫为主要构成成分。所述可燃形成分的特征在于，在每单位质量的原料的碳、氢、氮、氧、硫中，碳比率增加，而氢、氮、氧、硫成分降低。

所述液相成分的pH值可以是6以下。

pH值更优选为2.5至4以下。

所述液相成分的pH最优条件为3。

所述液相成分的pH值的技术特征在于，由于所述原料内的有机酸而其pH值降低。所述有机酸可以是醋酸(acetic acid)、甲酸(formic acid)、乙酰丙酸(levulinic acid)、5-羟甲基糠醛(5-HMF)、糠醛(Furfural)、丙酸(propanoic acid)、4-羟基丁酸(4-hydroxy-butanoic acid)、2-丁酸(2-butenoic acid)等。所述有机酸可以是一种或者一种以上的混合形式。优选地，用于保持pH 3.11的有机酸浓度可以为10重量％的甲酸(formic acid)、43.81重量％的醋酸(acetic acid)、4.58重量％的乙酰丙酸(levulinic acid)、0.91重量％的5-HMF、40.04重量％的糠醛(furfural)。更优选地，为了保持pH 3.11，所述有机酸的浓度可以为与水混合的形式。

另外，为了提高产灰成分分离单元的反应性，可以进一步添加醋酸(C₂H₄O₂)、甲酸(HCOOH)、丙酸(CH₃CH₂COOH)、4-羟基丁酸、2-丁酸、硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)、硝酸(HNO₃)、磷酸(H₃PO₄)、过氧乙酸(C₂H₄O₃)、醋酸(CH₃COOH)、草酸(C₂H₂O₄)中的任意一种以上酸液。

所述酸液的添加量可以是总投入热水量的10重量％以上。

取决于所述酸液的添加的pH值优选为4以下。

pH值可更优选为2.5至4以下。

从所述液相成分中分离出有机化合物的低pH值水溶液可再循环到反应器本体。

为了从所述液相成分中去除有机化合物，可以应用离心分离、凝聚、吸附、过滤膜、离子交换树脂中的任意一种以上。

从所述反应器本体中反应后排出的原料的固相成分可以是有机化合物。所述可燃性成分可以是以碳、氢、氮、氧、硫为主的构成成分。所述可燃性成分的特征在于，在所述每单位质量的原料的碳、氢、氮、氧、硫中，碳比率增加，而氢、氮、氧、硫成分降低。

从所述反应器本体中通过脱水及/或者洗涤排出的脱水液及/或者洗涤水成分可以是含有少量有机化合物及无机物的水溶液。所述有机化合物可以是以碳、氢、氮、氧、硫为主的构成成分。所述有机化合物优选为木质素。所述无机物优选包含Al、Si、P、Ca、Ti、Mn、Fe中的任意一种以上。

所述燃料处理装置可进一步包括用于以所述固相成分制造成型燃料的成型燃料单元。

可进一步膜过滤器单元，以便分离所述液相成分中的离子成分。

所述膜过滤器可以是微型过滤器、超滤器、纳滤器、反渗透膜中的任意一种或者两种以上。可在所述膜过滤器单元的前端或者后端注入用于调节pH浓度的水、酸性溶液、碱性溶液。并且，在所述膜过滤器单元的前端或者后端，可利用水分蒸发、离心分离、析出、沉淀、凝聚、吸附中的任意一种以上方法来分离液相成分内的固体成分。所述液相成分内的半纤维素通过精制分离，可使用为膳食纤维的替代品。

所述反应器本体可以进行脱水及/或者洗涤。

所述锅炉内的生物质可以是用于单燃及/或者共燃的从燃料生产系统中生产出的去除产灰成分的燃料。

另外，所述生物质是指基于木质纤维素的草本类、木质类生物质，只要是属于所述生物质的物质则不受限制。并且，还可以使用第一代或者第三代生物质，这是显而易见的。作为木质纤维素的主要成分，纤维素是葡萄糖以β-1,4结合相连接的稳定结构的多糖类。并且由另一主要成分5碳糖木糖聚合物构成，另外还由5碳糖阿戊糖(arabinose)，6碳糖甘露糖(mannose)、半乳糖(galactose)、葡萄糖(glucose)、鼠李糖(rhamnose)等聚合物组成。

并且，葡聚糖(glucan)是组成葡萄糖的多糖的总称，根据D-葡萄糖(glucose)相结合形式具有多种种类，根据亚碳原子的排列可分为α-葡聚糖和β-葡聚糖。α-葡聚糖可包括直链淀粉(amylose，α-1,4结合)、支链淀粉(α-1,4和α-1,6结合)、糖原(glycogen，α-1,4和α-1,6结合)、细菌的葡萄聚糖(α-1,6结合)等。β-葡聚糖的代表物有纤维素(β-1,4结合)、褐藻类的海带多糖(β-1,3结合)、地衣类地衣多糖(lichenan，β-1,3和β-1,4结合)等。

包含木聚糖(xylan)的液相成分中可包含木聚糖(xylan)、葡萄糖醛酸木聚糖(glucuronoxylan)、阿戊糖木聚糖(arabinoxylan)、葡甘露聚糖(glucomannan)、木葡聚糖(xyloglucan)等。所述记载成分不仅限于包含木聚糖的液相成分，根据投入的生物质成分进行多种成分分离。

糖类不仅限于所述记载成分，根据第二代生物质的种类可生成多种。所以根据碳元素数量分为二碳糖、三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖。二碳糖为乙醇醛(Glycoaldehyde)，三碳糖为甘油醛(Glyceraldehyde)、二羟基丙酮(Dihydroxyacetone)，四碳糖为赤藓糖(erythrose)、赤藓酮糖(erythrulose)，五碳糖为核糖(ribose)、阿戊糖(arabinose)、木糖(xylose)、核酮糖(ribulose)、木酮糖(xylulose)，六碳糖为葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galactose)、甘露糖(mannose)。

两个单糖类相结合的二糖类可能有，乳糖、乳糖、乳糖、麦芽糖、麦芽糖、麦芽糖、蔗糖、蔗糖、海藻糖(trehalose)、蜜二糖(melibiose)、纤维二糖(cellobiose)。

作为2～10分子的糖相结合的糖，三糖类可以有棉子糖、松三糖(melezitose)、麦芽三糖(maltoriose)，四糖类可以有水苏四糖(stachyose)、schrodose、低聚糖有低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖。

多糖类可以是五碳糖相结合的戊聚糖(pentosan)，可以有木聚糖(xylan)、阿戊聚糖(araban)等单纯多糖类。

作为六碳糖缩合的己糖(hexosan)，可以有淀粉、淀粉(starch)，作为葡萄糖的聚合物，可以有直链淀粉(amylose)、糊精(dextrin)、糖原(glycogen)、纤维素(cellulose)、果聚糖(fructan)、半乳聚糖(galactan)、甘露聚糖(mannan)等。

作为复合多糖类，可以有琼脂(agar)、褐藻酸(alginic acid)、角叉菜胶(carrageenan)、壳多糖(chitin)、半纤维素(hemicellulose)、果胶(pectin)等。

作为参与所述反应的酸，可以有硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)、硝酸(HNO₃)、磷酸(H₃PO₄)、过氧乙酸(C₂H₄O₃)、乙酸(CH₃COOH)、草酸(C₂H₂O₄)等。所述酸不限于上述记载的酸，只要是可以分解半纤维素和纤维素的酸则可以使用。作为参与所述反应的碱，可以有氢氧化钠、氢氧化钾，尿素等。所述碱不限于所记载的碱，只要是可以增进反应特性的碱则可以使用。

参与所述反应的离子液体为咪唑(imidazolium)类化合物，可以有1-乙基丙烯酸酯-3-甲基咪唑鎓氯化物(1-ethylacrylate-3-methylimidazolium chloride)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物(1-buthyl-3-methylimidazolium chloride)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸酯(1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro phosphate)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐(1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate)、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(1-ethyl-3-methylimidazolium acetate)、1-苄基-3-甲基咪唑鎓氯化物(1-benzyl-3-methylimidazoliumchloride)、1,3-二甲基咪唑硫酸甲酯(1,3-dimethylimidazoliummethyl sulfate)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐等，并且可以有乙基甲基咪唑鎓氯化物([EMIM]Cl)、乙基甲基咪唑鎓溴([EMIM]Br)、乙基甲基咪唑碘([EMIM]I)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、1-乙基咪唑溴化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基咪唑鎓氯化物、1,2,3-三甲基咪唑甲基硫酸甲酯、1-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氯铝酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、甲基咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐,Tris-2(羟乙基)甲基硫酸铵、1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸乙酯、1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲磺酸盐、甲基硫酸三正丁基铵、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、硝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸酯、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸酯、1-己基-3-甲基咪唑氯化物、1-己基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-己基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-己基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸酯。

投入到所述反应器本体的酶、酸、碱、离子性液体中的一种或者两种以上的投入量也可以根据反应条件而不投入。

另外，所述固相成分可通过所述反应器本体参与高温高压反应并生成糠醛(furfural)等化合物。

所述反应器本体的压力条件可以是1～150atm，优选为1～100atm，更优选为1～50atm。所述反应器本体可以根据原料而改变压力条件。

若超出所述压力条件，则原料内金属离子可能得不到分离。

去除产灰成分的燃料可使用在流化床锅炉、炉排炉、微粉化锅炉及气化炉，可以从根本上排除燃烧及气化中由燃料内包含金属元素的无机物所引起的炉渣、结垢等堵塞现象以及由碱金属引起的腐蚀现象。

另外，可包括金属离子分离装置600，该金属离子分离装置600用于分离从所述反应器本体排出的低温碱液及/或者酸性脱水液中的金属离子成分。

另外，所述反应器本体中的低温条件可以是低于100℃，以便消除蒸发潜热损失。低温条件可以是40至80℃，以便消除蒸发潜热损失。低温条件可以是60℃。

另外，被供应到所述反应器本体的酸液可以采用通过单独的生物质浸泡处理而生成的有机酸。

另外，所述金属离子分离装置可以利用离子交换树脂、离子交换膜及/或者膜进行离子成分分离，只要可以去除分离脱水液中的离子则不受特别限制。例如，所述离子交换树脂可以是有选择地分离Ba²⁺、Pb²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Tl⁺、Ag⁺、Cs⁺、Rb⁺、K⁺、NH⁴⁺、Na⁺、Li⁺中一种或者两种以上的阳离子交换树脂。

并且，所述离子交换树脂可以是有选择地分离柠檬酸盐(Citrate)、SO₄ ^2-、草酸盐(Oxalate)、I^-、NO₃ ^-、CrO₄ ^2-、Br-、SCN^-、Cl^-、甲酸盐(Formate)、醋酸盐(Acetate)、F^-、OH^-中的一种或者两种以上的阴离子交换树脂。

在这里，所述阴离子交换树脂和阳离子交换树脂优选使用强酸性阳离子交换树脂或者强碱性阴离子交换树脂，以便能够在较宽的pH范围内使用。

所述金属离子分离装置可包括第一阳离子交换模块601、第一阴离子交换模块602、第二阳离子交换模块603、第二阴离子交换模块604。所述离子交换模块可以并列设置多个阳离子及阴离子交换模块。所述离子交换模块可以运行一部分或者全部。可形成有用于向所述离子交换模块供应脱水液的泵。

通过了所述离子交换模块的阳离子及阴离子交换树脂的脱水液可被供应到pH调节槽。经过阳离子及阴离子交换树脂分离的离子液可被供应到阴离子水储藏槽620及阳离子水储藏槽630。

可形成有脱水储藏槽610，该脱水储藏槽610能够在从所述反应器本体排出的脱水液被供应到所述金属离子分离装之前进行储藏。

所述膜是可以是能够分离脱水液中所包含的阳离子及/或者阴离子物质的纳米过滤膜、反渗透膜中的任意一种或者两种以上。

(金属离子分离实验)

为了实施从脱水液中分离金属离子的实验，柱(直径5cm，长24cm，体积471cm³)下端填装玻璃棉，以防止树脂的泄露后，在其上部填装规定量的目标离子交换树脂(阳离子交换树脂402g，阴离子交换树脂346g)后，在其上部再填充玻璃棉。

用泵把模拟溶液以50rpm、30rpm、10rpm的速度移送到分离柱，对于经过分离柱后流出的溶液进行采样后，经过规定时间以后，取规定量的被采样的样品溶液，进行分析，从而测量各离子的浓度。

取决于抽速的溶液在分离柱内的停留时间如图13所示。通过ICP，对于从所述金属离子分离装置排出的脱水液的金属离子浓度进行了分析。

取决于从脱水单元排出的混合生物溶液经过阳离子交换树脂分离柱后流出的时间的K⁺、Na⁺、Mg²⁺阳离子的浓度变化如图14所示。其显示了取决于从脱水单元排出的混合生物溶液经过阳离子交换树脂分离柱后流出的时间的K⁺、Na⁺、Mg²⁺阳离子的浓度变化。K⁺离子的起始浓度为457.092ppm，3分钟后浓度急剧降低至6.474ppm，9分钟后显示为6.833ppm，随后逐渐减小，在55分钟时显示5.809ppm的值。Mg²⁺离子的起始浓度为57.114ppm，3分钟后浓度急剧降低至1.636ppm，9分钟后显示为0.454ppm，随后逐渐减小，在55分钟时显示为0.079ppm的值。Na⁺离子的起始浓度为32.687ppm，3分钟后浓度急剧增加至180.224ppm，9分钟后显示为139.157ppm，随后逐渐减小，在22分钟时显示为75.739ppm的值，之后显示几乎恒定的值。可以确认K⁺、Mg²⁺离子在经过阳离子交换树脂分离柱3分钟后，大部分离子被去除。

考虑了取决于抽速的溶液在分离柱内的停留时间的阴离子随时间的分离结果如图15所示。通过ICP，对于从所述金属离子分离装置排出的脱水液的金属离子浓度进行了分析。

Cl^-离子的起初浓度为1051.60ppm，3分钟后浓度急剧降低至183.18ppm，9分钟后显示为169.07ppm，随后逐渐减小，22分钟后为147.85ppm，显示出几乎恒定的值，可以确认Cl^-离子在经过阴离子交换树脂分离柱22分钟后，大部分离子被去除。

另一方面，从所述金属离子分离装置排出的离子水可含有包含产灰成分的各种颗粒状物质，这些物质降低阳离子交换树脂或者阴离子交换树脂的离子交换能力，并且封闭离子交换树脂之间的空隙。并且，当使用纳米过滤膜或者反渗透膜去除阳离子或者阴离子时，因所述颗粒状物质而导致透过性能急剧下降，所以优选设置适当的预处理单元。

例如，所述预处理单元可以引入凝聚及/或沉淀工序，或者先用气孔较大的超过滤膜或者用精细过滤膜去除颗粒状物质后再供应到离子交换树脂、纳米过滤膜或者反渗透过滤膜。

另外，经过所述金属离子分离装置分离出离子成分的脱水液可以再循环到反应器本体。

另外，所述生物质的粒径可以是10μm～1000mm。优选为10μm～100mm，更优选为10μm～10mm。如果超出所述条件，则可能导致原料内金属离子的分离效率下降。

并且，在所述金属离子分离装置后端，可进一步包括排出单元。

废水处理单元可以包括离子交换树脂、分离膜、凝聚、吸附等，这是显而易见的。从所述废水处理单元去除并分离的离子物质可以通过委托处理进行填埋或者焚烧，并且可以进一步包括用于将去除这些物质的处理水排放到水系(河川、江等)的排出单元。所述排出单元可以是泵。

(催化反应实施例)

在105℃的烘箱内，干燥生物质原样品，以去除水分。向干燥后的一部分样品(如EFB)加水，以保持5000cP以下的粘度。所述条件在EFB时，EFB与水的重量比为1比3。向所述水溶液添加1重量％的NaOH。将所述处理液投入到反应器并在60℃温度下保持10分钟。将搅拌器以10至1000rpm搅拌。从所述60℃以每分钟2℃的升温条件，反应40分钟。

反应后，利用1um过滤器进行固液分离。将回收的固体在105℃的烘箱内干燥。将从所述烘箱回收的样品和醋酸水溶液以1重量％比3重量％的比率(处理液和醋酸的比率为1：1)搅拌。

将所述处理液投入到所述反应器后，在60℃温度下保持10分钟。通过所述过程，在所述反应器中，将包含在处理液中的Na离子用醋酸去除。

将结束所述反应后的处理液利用1um过滤器进行固液分离。剩余物用蒸馏水洗涤。

最终在105℃的烘箱中干燥后，排出已去除生物质内产灰成分即金属成分的生物质。

被分离的所述金属可应用于二次电池、燃料电池、超级电容。

优选地，可以设置利用了被分离的所述金属离子的储能系统(ESS,EnergyStorage System)，该储能系统与结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统相连接。

所述储能系统可以是二次电池、燃料电池、超级电容器、液流电池(Flow battery)中的任意一种以上。

可优选为利用离子溶液的电位差的发电装置。

所述金属离子可以是碱金属离子、碱土金属离子，优选为锂、钠、钾，更优选为钾。

图2示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的原料的成分变化。

考虑作为燃料的生物质有草本类、木质类、藻类等，其中，图2示出利用了作为草本类生物质的紫芒、玉米秆和作为木质类生物质的松树的燃料特性分析结果。通过本工艺制成的去除产灰成分的生物质以干基基准显示出77～97％以上的去除效率，并得到了平均10％左右的发热量增加效果。并且，附加地，燃料自身的作为燃料NO_x生成物质和SO_x生成物质的N和S的数值下降了大约80％左右。可以通过本预处理工艺来改善生物质燃料的比煤炭更低的发热量或者由灰导致的影响。

图3示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的原料的矿物成分变化。

图3显示了已去除产灰成分的燃料灰特性。熔融点为349℃(表现为最低)的K₂O的去除效率达到95％以上，熔融点为1132℃的Na₂O的去除效率达到95％以上。通过这样去除产灰成分，可事先预防在锅炉管、壁面上生成的结渣、结垢、炉渣等诱发物质，并且能够保持稳定的锅炉运行率(一般生物质单燃锅炉的运行率低于70％)。

图4示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随pH变化的除灰率。

图4是示出在碱性区域中的灰提取率和可燃性物质ALB的回收率的图。本发明拟开发的去除生物质内产灰成分的燃料的特征在于，最大限度地保持作为固体物质的可燃性物质，并且只去除产灰成分。可知在pH 13.4以上的区域内产灰成分去除效率降低，同时ALB收率也降低。所以，应该在作为极限条件的pH 13.3～13.4区域内进行灰的提取。

图5示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随温度变化的除灰率。

图5是以先前的图4的实验结果为基础，考虑了在pH 13.4条件下温度的影响。可知随着温度的增加而灰提取率大致增加，并且在80℃区域可看到最大的数值。但是因为可燃性物质ALB的收率偏低，所以灰提取率和可燃性物质回收率良好的55-65℃区域是适当的温度范围。

图6示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在碱液处理条件下随停留时间变化的除灰率。

图6是在pH 13.4、60℃温度区域考虑了取决于停留时间的影响。在停留时间为10分钟时灰提取率最大，随时间的经过保持相似的性能。回收率随时间的经过而逐渐减小，所以在碱性区域中的10分钟以上的停留时间可以说是无意义的条件。

图7示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随pH变化的除灰率。

图7是示出在酸性区域中的灰提取率和可燃性物质ALB的回收率的图。在本发明中所要开发的去除生物质内产灰成分的燃料的特征在于，在最大限度地保持作为固体物质的可燃性物质的同时，只去除产灰成分。在pH值增加到1.7的同时，产灰成分除去效率增加，但是在达到1.8以上时表现出重新降低的趋势。所以，在作为极限条件的pH 1.7～1.8区域内进行灰的提取。

图8示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随温度变化的除灰率。

图8是以先前的图7的实验结果为基础，考虑了在pH 17.6条件下温度的影响。可知随着温度增加，灰提取率增加，但是在60℃以上的温度条件下灰提取率降低。所以，最佳温度条件是50～60℃区域。

图9示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统的在酸液处理条件下随停留时间变化的除灰率。

图9考虑了在pH 17.6、温度60℃的区域内取决于停留时间的影响。可知在停留时间10分钟时灰提取率表现出最大，随时间的经过，保持相似的性能。因为回收率随时间的经过而逐渐降低，在酸性区域内10分钟以上的停留时间可以说是无意义的条件。

图10示出本发明一实施例的去除产灰成分的锅炉用燃料生产系统前后的生物质SEM照片。

图10利用SEM，对未处理的原样品(紫芒)和已去除产灰成分的紫芒样品的表面结构变化进行了比较。可以看出在原样品的表面大量含有不规则的不纯物形式的矿物成分，而在已去除产灰成分的样品中可看到干净状态的表面形状。在不引起样品本身的结构变化并且有选择地仅去除矿物成分方面，可以认为本工艺是最适合的工艺。

图11是示出本发明一实施例的生物质内可燃烧的碳化合物成分的剩余量的图。

图11示出在通过现有的生物乙醇工艺的预处理来处理生物质时，仅残留约20重量％左右的碳，当以本发明一实施例的酸及/或者碱进行处理时，可以确认残留约80重量％以上的碳成分。

图12为结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统的操作流程图。

所述反应器本体的运行步骤依次如下：1)从所述反应器本体下部，脱水移送装置以80～160kg/cm²的液压条件上升到所述反应器本体；2)通过所述原料注入装置，作为生物质的原料被供应到所述反应器本体；3)通过所述pH调节槽，供应低温催化液，这时，低温催化液/生物质的质量比例可以是1至10；4)通过所述高压气体发生器，向所述反应器本体供应空气，进行爆气搅拌，所述空气压力可以为3～5kg/cm²，空气流量为0.1～1m³/min；5)在规定的反应时间后，将生物质通过高压气体发生器来过滤规定的时间，所述空气压力可以为3～5kg/cm²，空气流量为0.5～2m³/min；6)脱水加压装置的压力机可以以80～160kg/cm²的液压条件移动到所述反应器本体，之后，为了进行脱水，在通过高压气体发生器引入高压空气的同时，以压力机加压，进行脱水；7)加压压力机移动到上部，结束脱水；8)为了洗涤所述生物质，可从所述洗涤水储藏槽向所述反应器本体投入洗涤水；9)重复上述的步骤4)至步骤7)；10)在所述脱水移送装置向下移动后，生物质原料被排出后，通过所述燃料移送装置810传送到燃料处理装置800。

附图标记

1：除灰反应器

100：反应器本体

101：反应器保温材

110：升温催化液流入部

120：洗涤水流入部

130：反应升温器

140：排气部

150：高压气体发生器

151：高压气体第一注入部

152：高压气体第二注入部

160：固体燃料排出部

200：脱水加压装置

210：脱水压力机

300：脱水移送装置

310：移送压力机

320：第二脱水排出部

330：第一脱水排出部

340：金属离子传感器

400：pH调节槽

401：搅拌器

402：保温材

403：升温器

410：处理水供应部

420：催化剂供应部

430：催化剂储藏槽

440：有机酸储藏槽

450：一次脱水供应部

460：升温催化液排出部

470：pH调节槽排水部

500：洗涤水储藏槽

510：洗涤水供应部

520：二次脱水供应部

530：洗涤水排出部

540：洗涤水排水部

600：金属离子分离装置

601：第一阳离子交换模块

602：第一阴离子交换模块

601：第二阳离子交换模块

602：第二阴离子交换模块

610：脱水储藏槽

620：阴离子水储藏槽

630：阳离子水储藏槽

640：脱水泵

650：金属离子传感器

700：原料注入装置

800：燃料处理装置

810：燃料移送装置

900：储能系统

1000：粉碎单元

2000：料斗

2100：原料给料机

3000：第一分离单元

4000：第二分离单元

5000：废水处理单元

Claims (31)

1.一种结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，包括：

反应器本体(100)，用低温催化剂处理被供应的原料，以便从该原料中最大限度地分离产灰成分；

pH调节槽(400)，用于向所述反应器本体供应低温催化液；

洗涤水储藏槽(500)，用于向所述反应器本体供应洗涤水；以及

原料注入装置(700)，用于向所述反应器本体注入原料。

2.根据权利要求1所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述反应器本体包括：

脱水压力机(200)，对于反应后的所述原料进行加压；

移送压力机(300)，对于加压后的所述原料进行移送。

3.根据权利要求2所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包括金属离子分离装置(600)，该金属离子分离装置(600)用于分离从所述反应器本体排出的脱水液中的金属离子。

4.根据权利要求3所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

当被供应的所述低温催化液及/或者所述洗涤水符合与所述原料的规定的反应条件时，所述反应器本体进行爆气搅拌运行。

5.根据权利要求3所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

当符合规定的反应结束条件时，所述反应器本体进行用所述脱水压力机分离所述原料和脱水液的一次脱水。

6.根据权利要求5所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

对分离出所述脱水液的所述原料进行爆气搅拌洗涤。

7.根据权利要求6所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

进行用于分离被洗涤的所述原料和洗涤液的二次脱水。

8.根据权利要求5所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

当通过了所述金属离子分离装置的所述脱水液处于规定的金属离子浓度以下时，将该脱水液供应到所述pH调节槽。

9.根据权利要求7所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

当所述洗涤液的金属离子浓度处于规定的浓度以上时，将该洗涤液供应到所述金属离子分离装置，而当所述洗涤液的金属离子浓度小于规定的浓度时，将该洗涤液供应到所述洗涤水储藏槽。

10.根据权利要求4所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

被供应到所述反应器本体的所述低温催化液及/或者所述洗涤水与所述原料的质量比是1.05：1至10：1。

11.根据权利要求3所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述金属离子分离装置利用离子交换树脂及/或者膜来分离离子成分。

12.根据权利要求8所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述脱水液在被供应到pH调节槽之前，能够被供应到用于生成有机酸的有机酸储藏槽。

13.根据权利要求7所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述原料通过所述移送压力机被移送到燃料处理装置(800)。

14.根据权利要求8所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包含未能通过所述金属离子分离装置的金属离子的脱水液被分离并供应到阳离子储藏槽和阴离子储藏槽。

15.根据权利要求7所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

经过所述二次脱水的所述原料的含水率为15％以下。

16.根据权利要求3所述的结合脱水洗涤工艺的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包括使用了被分离的所述金属离子的储能系统(900)。

17.一种低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，包括：

粉碎单元(1000)，用于将生物质形成为规定的大小的原料；

料斗(2000)，用于储藏所述原料；

原料给料机(2100)，用于将储藏在所述料斗中的所述原料定量供应到后端；

第一分离单元(3000)，用低温的碱液及/或者酸性液对从所述原料给料机供应的原料进行处理，以便从该原料中最大限度地分离产灰成分。

18.根据权利要求17所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包括第二分离单元(4000)，该第二分离单元(4000)用低温的碱液及/或者酸性溶液对经过所述第一分离单元处理的原料进行处理。

19.根据权利要求18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包括离子分离单元(5000)，该离子分离单元(5000)用于分离从所述第一分离单元和第二分离单元排出的低温的碱性废液及/或者酸性废液的离子成分。

20.根据权利要求18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述第一分离单元和第二分离单元的低温条件为低于100，以便消除水的蒸发潜热损失。

21.根据权利要求18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述第一分离单元和第二分离单元的低温条件为40至80，以便消除水的蒸发潜热损失。

22.根据权利要求17所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

被供应至所述第一分离单元和第二分离单元的酸性液使用通过单独的生物质浸泡(soaking)处理而生成的有机酸。

23.根据权利要求17或18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

被供应至所述第一分离单元和第二分离单元的碱液为1重量％的氢氧化钠。

24.根据权利要求17或18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

被供应至所述第一分离单元和第二分离单元的酸性液为50重量％的醋酸。

25.根据权利要求17或18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述第一分离单元和第二分离单元的反应时间为1分钟至5小时。

26.根据权利要求17或18所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

被供应至所述第一分离单元和第二分离单元的酸性液中的酸与水的质量比为15至4。

27.根据权利要求19所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述废水处理单元利用离子交换树脂及/或膜来分离离子成分。

28.根据权利要求19所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

包括水处理单元，该水处理单元用于满足规定的处理条件，以便将通过所述第一分离单元及/或者第二分离单元供应的处理液供应到所述废水处理单元。

29.根据权利要求27所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

在所述废水处理单元分离出离子成分的碱性或者酸性废液再循环到所述第一分离单元及/或者第二分离单元。

30.根据权利要求17所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

所述生物质的粒径为10μm～10mm。

31.根据权利要求29所述的低温条件下去除生物质内产灰成分的燃料生产系统，其特征在于，

在所述废水处理单元的后端进一步包括排出单元。

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