CN114181751A - 以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法 - Google Patents

以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物质废弃物资源化利用技术领域，具体的涉及一种以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法。新鲜牦牛粪经晾晒处理，然后于103‑107℃干燥至水分恒定；将干燥后的牦牛粪经粉碎、筛分，得到粒径为0.5‑2.5mm的粉碎牦牛粪；添加调质剂并搅拌均匀，得到调质牦牛粪；将调质牦牛粪与回收聚乙烯醇于搅拌机中搅拌均匀，得到成型原料；将成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料。本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，简单易行、操作简单、成本低；采用该方法制备的固体成型燃料，密度大、强度高、热值高，便于存储和使用。

Description

以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法
技术领域
本发明属于生物质废弃物资源化利用技术领域，具体的涉及一种以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法。
背景技术
能源是一个国家或社会可持续发展的重要支柱，同时也是人类经济社会生存与发展的重要基础。目前，世界各国能源的利用仍然是以煤、石油、天然气等化石能源为主。但是，随着世界人口的激增和人类社会的快速发展，能源的使用量逐年上升。数据表明，以现有生产水平，全球石油、煤、天然气还可以分别生产50年、132年、50.9年；另一方面，持续使用传统化石能源所带来的诸如温室效应等的气候变化问题，使得能源与环境的矛盾日渐突出。因此，无论是从能源的持续利用，还是从环境安全的角度出发，寻求一种资源量丰富、价格适宜、使用无污染的可再生能源成为了全社会广泛关注的问题。生物质能，因其来源广泛、储量丰富、可再生、对环境无污染等优点逐渐引起了重视。
畜牧业作为西藏地区经济发展的支柱产业之一，在西藏地区的经济生活中扮演着重要的角色。然而，随着畜牧业的蓬勃发展，如何处理好牧业废弃物，尤其是牦牛粪便成为了亟需解决的问题。现阶段，藏区对于牦牛粪便的处理主要以晾晒后直接燃烧或者肥料化为主，但是晾晒后直接燃烧的利用方式，不仅会占据一定的空间，还会对大气和环境造成一定的污染。生物质成型燃料属于清洁能源，具有便于储存、运输，使用方便、卫生，燃烧效率高等优点。因此，以牦牛粪便为原料，将其加工成生物质成型燃料，对于推进牦牛粪便资源化利用，减轻污染，增加牧民收入，改善牧民生活，具有重大的现实意义。
黄雅曦等发表的期刊文章《一种寒地地区新型农村生物质利用方式——牛粪生物质固体燃料的研究与利用》中记载的牛粪生物质固体燃料是指将牛粪干燥粉碎后，与破碎成一定粒度的煤，按一定比例掺混，加入少量添加剂、固硫剂，利用牛粪生物质中的木质素、纤维素、半纤维素等的粘结作用，经过成型机压制而成。然而，该牛粪生物质固体燃料的制备仍需要添加一定比例的煤，只能替代部分化石燃料。虽然一定程度上缓解了化石燃料的消耗，但成型燃料的性能受添加煤种和添加量的影响很大，因此仍存在一定的局限性。
专利2019112342799中公开了一种利用牛粪制造生物质燃料的方法，其中是以牛粪和秸秆主要原料，然后经过堆放发酵处理后，加入抑菌剂，进行干燥处理，制备得到生物质燃料。但是，该方法在制备过程中需要对发酵底物(牛粪和秸秆混配)进行堆放发酵和翻料处理，且需发酵10-20天。发酵时难以避免的会产生恶臭气味，且耗时长，一定程度上增加了成本。
发明内容
本发明的目的是：提供一种以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法。所述的制备方法简单易行、操作简单、成本低，制备的固体成型燃料密度大、强度高、热值高，便于存储和使用。
本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理
新鲜牦牛粪经晾晒处理，然后于103-107℃干燥至水分恒定；
(2)粉碎处理
将干燥后的牦牛粪经粉碎、筛分，得到粒径为0.5-2.5mm的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理
添加调质剂并搅拌均匀，得到调质牦牛粪；
(4)混料
按干重计，将93％-96％的调质牦牛粪、2.5％-4.5％的回收聚乙烯醇于搅拌机中搅拌均匀，得到成型原料；
(5)成型
将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料。
其中：
步骤(1)中新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，然后于103-107℃干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
步骤(1)中所述的新鲜牦牛粪为经干清粪法得到的新鲜牦牛粪。
步骤(3)中所述的调质剂的质量占牦牛粪干基质量的1％-3％。
步骤(3)中所述的调质剂为生石灰、氢氧化镁或壳聚糖的一种或多种。添加调质剂用于除臭、杀菌、防霉。
步骤(3)中所述的调质牦牛粪的含水率为5.5％-15.5％，当添加调质剂搅拌混合后，所得调质牦牛粪含水率＜5.5％时，需要添加水搅拌混合使调质牦牛粪含水率控制在5.5％-15.5％。
步骤(4)中所述的回收聚乙烯醇的醇解度≥88％，为印染退浆废水中的废弃物—聚乙烯醇浆料。
印染行业是纺织工业的重要组成部分，也是纺织工业主要的废水源。印染过程包括退浆等，其中印染退浆废水中大量的污染物来源于浆纱过程中所用的浆料，主要为聚乙烯醇(PVA)浆料。若不进行处理，其在环境中大量积累，可使被污染的水体表面泡沫增多，粘度加大，影响好气微生物的活动，带来严重的环保问题。本发明创造性的将被视为污染物的聚乙烯醇浆料用作粘结剂制备固体成型燃料，在降低环境污染，变废为宝，降低了生产成本的前提下，使得制备的固体成型燃料具有很好的力学性能。
聚乙烯醇的添加，可以促进原料粒子间桥接从而改善成型，若添加过多，一方面成本增加，另一方面也会对亲和力造成影响。
步骤(5)中所述的成型压力为150MPa-250 MPa。
步骤(5)中制备得到的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料为颗粒状。
步骤(5)中制备得到的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的密度为0.8-1.5g/cm3，抗压强度为0.1-1kN，抗跌碎性指数为96-98％。
优选的，本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理
新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，再将其置于103-107℃的干燥箱内干燥至水分恒定；
(2)粉碎处理
将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到0.5-2.5mm粒径的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理
以牦牛粪干基质量的1％-3％添加调质剂，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪含水率为5.5％-15.5％；
(4)混料
按干重计，将93％-96％的调质牦牛粪、3％-4％的回收聚乙烯醇放入搅拌机，充分搅拌，得到成型原料；
(5)成型
将上述成型原料，于室温条件下投入成型机压制成型制备得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料，所述的成型压力为150MPa-250 MPa。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，简单易行、操作简单、成本低；采用该方法制备的固体成型燃料，密度大、强度高、热值高，便于存储和使用。
(2)本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，实现了牦牛粪的无害化和资源化利用，降低了牦牛粪中病原微生物对人体的二次污染，并有效解决了藏区牦牛粪处理处置的问题，在一定程度上缓解了环境污染和能源短缺，将牦牛粪变废为宝。
(3)本发明所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，以牦牛粪为原料、聚乙烯醇作为粘结剂制备固体成型燃料，聚乙烯醇粘结效果好，成本低，实现了废弃聚乙烯醇的资源化再利用；添加的调质剂，有效避免了粪便中病原微生物的二次污染。
附图说明
图1是以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理：将以干清粪法得到的新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，再将其置于105±1℃的干燥箱内干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
(2)粉碎处理：将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到1mm粒径的粉碎牦牛粪。
(3)调质处理：以牦牛粪干基质量的1％添加由氢氧化镁和壳聚糖组成的调质剂，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪的含水率为10％。
(4)混料：按干重计，将96％的调质牦牛粪、3％的回收聚乙烯醇放入搅拌机，充分搅拌，得到成型原料；所述的回收聚乙烯醇的醇解度≥88％，为印染退浆废水中的废弃物—聚乙烯醇浆料。
(5)成型：将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料；所述的成型压力为250MPa。
本实施例1制备得到的颗粒状牦牛粪固体成型燃料的密度为1.40g/cm3，抗压强度为0.5kN，抗跌碎性指数为96.8％，热值为22.15MJ/kg。
实施例2
本实施例2所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理：将以干清粪法得到的新鲜牦牛粪通风、日照处晾晒一周，再将其置于104±1℃的干燥箱内干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
(2)粉碎处理：将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到2mm粒径的粉碎牦牛粪。
(3)调质处理：以牦牛粪干基质量的3％添加生石灰，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪的含水率为6％。
(4)混料：按干重计，将93％的调质牦牛粪、4％的回收聚乙烯醇放入搅拌机，充分搅拌，得到成型原料；所述的回收聚乙烯醇的醇解度≥88％，为印染退浆废水中的废弃物—聚乙烯醇浆料。
(5)成型：将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料；所述的成型压力为195MPa。
本实施例2制备得到的颗粒状牦牛粪固体成型燃料的密度为1.46g/cm3，抗压强度为0.58kN，抗跌碎性指数为97.5％，热值为22.54MJ/kg。
对比例1
本对比例1所述的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理：将以干清粪法得到的新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，再将其置于105±1℃的干燥箱内干燥至30min内质量减少不超过0.001g；
(2)粉碎处理：将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到1mm粒径的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理：以牦牛粪干基质量的1％添加由氢氧化镁和壳聚糖组成的调质剂，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪的含水率为10％；
(4)成型：将步骤(3)所述的调质牦牛粪于室温条件下投入成型机内压制成型得到牦牛粪固体成型燃料；所述的成型压力为250MPa。
本对比例1制备得到的颗粒状牦牛粪固体成型燃料的密度为1.29g/cm3，抗压强度为0.39kN，抗跌碎性指数为94.3％，热值为20.87MJ/kg。
对比例2
本对比例2所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理：将以干清粪法得到的新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，再将其置于105±1℃的干燥箱内干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
(2)粉碎处理：将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到1mm粒径的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理：以牦牛粪干基质量的1％添加由氢氧化镁和壳聚糖组成的调质剂，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪的含水率为10％；
(4)混料：按干重计，将89％的调质牦牛粪、10％的回收聚乙烯醇放入搅拌机，充分搅拌，得到成型原料；
(5)成型：将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料；所述的成型压力为250MPa。
本对比例2制备得到的颗粒状牦牛粪固体成型燃料的密度为1.27g/cm3，抗压强度为0.32kN，抗跌碎性指数为95.2％，热值为21.29MJ/kg。
对比例3
本对比例3所述的以淀粉为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)干燥处理：将以干清粪法得到的新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，再将其置于105±1℃的干燥箱内干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
(2)粉碎处理：将干燥后的牦牛粪用粉碎机粉碎，之后用振动筛进行筛分，得到1mm粒径的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理：以牦牛粪干基质量的1％添加由氢氧化镁和壳聚糖组成的调质剂，搅拌均匀，得到调质牦牛粪，所述的调质牦牛粪的含水率为10％；
(4)混料：按干重计，将96％的调质牦牛粪、3％的淀粉放入搅拌机，充分搅拌，得到成型原料；
(5)成型：将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以淀粉为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料；所述的成型压力为250MPa。
本对比例3制备得到的颗粒状牦牛粪固体成型燃料的密度为1.18g/cm3，抗压强度为0.39kN，抗跌碎性指数为94.7％，热值为21.24MJ/kg。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)干燥处理
新鲜牦牛粪经晾晒处理，然后于103-107℃干燥至水分恒定；
(2)粉碎处理
将干燥后的牦牛粪经粉碎、筛分，得到粒径为0.5-2.5mm的粉碎牦牛粪；
(3)调质处理
添加调质剂并搅拌均匀，得到调质牦牛粪；
(4)混料
按干重计，将93％-96％的调质牦牛粪、2.5％-4.5％的回收聚乙烯醇于搅拌机中搅拌均匀，得到成型原料；
(5)成型
将步骤(4)所述的成型原料于室温条件下投入成型机内压制成型得到以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料。
2.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中新鲜牦牛粪于通风、日照处晾晒一周，然后于103-107℃干燥至30min内质量减少不超过0.001g。
3.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的新鲜牦牛粪为经干清粪法得到的新鲜牦牛粪。
4.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的调质剂的质量占牦牛粪干基质量的1％-3％。
5.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的调质剂为生石灰、氢氧化镁或壳聚糖的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的调质牦牛粪的含水率为5.5％-15.5％。
7.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的成型压力为150MPa-250MPa。
8.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的回收聚乙烯醇的醇解度≥88％，为印染退浆废水中的废弃物。
9.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(5)制备得到的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料为颗粒状。
10.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的制备方法，其特征在于：步骤(5)制备得到的以聚乙烯醇为粘结剂的牦牛粪固体成型燃料的密度为0.8-1.5g/cm3，抗压强度为0.1-1kN，抗跌碎性指数为96-98％。
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