【正文】 catalytic effect of MnO2 is better than the other, and it is a good catalyst. Biomass fuel sawdust bust with MnO2 can significantly improve the bustion performance of biomass fuel. Also, sawdust bust with MnO2 can reduce the ignition temperature of biomass fuel and make the bustion process more focused. MnO2 which is not burning may contain Mn, gammaMnO2, epsilonMnO2. After bustion at high temperature, MnO2 is deoxidized to Mn3O4. At the same time, MnO2 plays the role of oxidant and help biomass fuel to burning. MnO2 burning more fully when it bust with biomass fuel than it burning solely. KEY WORDS: biomass fuel, catalyst, thermogravimetic analysis, Xray diffraction analysis 河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） IV 目 錄 第 1 章 前 言 ..................................................................................... 1 167。以鋸末為生物質(zhì)燃料， 添加 MnO2 能顯著改善生物質(zhì)燃料的燃燒性能 ，降低生物 質(zhì)燃料的著火溫度，提高生物質(zhì)燃料的燃燒速度，使生物質(zhì)燃料的燃燒過程更集中 。 本課題 采用 初步 熱失重分析法， 分別 測定 了 MnO2， Fe2O3， KMnO4 三種催化劑在不同溫度下 與不同 生物質(zhì)燃料 鋸末、玉米秸稈 混合 燃燒 時 ，燃燒前后生物質(zhì)燃料質(zhì)量 的 變化。河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） I 畢業(yè)設計論文 生物質(zhì)燃料催化氧化燃燒新工藝研究 河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） II 摘 要 將生物質(zhì)作為燃料使用，是可再生能源的有效利用途徑。 采用熱重分析法，對鋸末這種生物質(zhì)燃料以空氣為氧化劑及以 MnO2 為催化劑的燃燒過程進行 了 對比研究。 未經(jīng)煅燒的 MnO2 中可能含有 Mn、 gamma MnO epsilon MnO2。 生物質(zhì)能源 ............................................................................. 1 167。 試驗材料 .................................................................................. 6 167。 試驗方法 .................................................................................. 7 第 3 章 催化氧化燃燒工藝研究 .......................................................... 8 167。 以 MnO2 為催化劑的初步熱失重分析 ............................. 9 167。 熱重分析法原理 ...............................................................19 167。 物相分析過程 ...................................................................25 167。 生物質(zhì)能源 生物質(zhì) (biomass)是指有機物中除化石燃料外的所有來源于動、植物能再生的物質(zhì)。 生物質(zhì) 能 利用方式有 五 種 ： 一是熱利用 ， 主要是用于農(nóng)村柴灶提供生活能源和生物質(zhì)工業(yè)鍋爐提供蒸汽 ； 二是燃氣利用 ， 主 要是利用生物質(zhì)能源產(chǎn)生沼氣、 生物質(zhì)氣化集中供氣 ， 主要是農(nóng)村用 ， 進一步的發(fā)展方向是生物質(zhì)制氫 ； 三是生物質(zhì)發(fā)電 ， 主要包括沼氣發(fā)電、 生物質(zhì)氣化發(fā)電和直接燃燒發(fā)電 ； 四是液體燃料 ， 主要包括燃料乙醇、 生物柴油 ， 進一步的發(fā)展方向是通過熱化學的方式氣化生產(chǎn)合成氣 ， 再用合成氣合成柴油或含氧燃料 (甲醇和DME等 )； 五是固體 燃料 ， 因為生物質(zhì)能的能量密度比較低 ， 不便于運 輸 ，提高其密度具有現(xiàn)實意義。 如禾本科作物如芒草 ， 單產(chǎn)可達 50～70t/hm2[4]， 丹麥、芬蘭、法國、 英國等國家已經(jīng)研究培育出了多種柳樹和雜交楊樹 ， 美國小面積試驗柳樹商業(yè)產(chǎn)量為 50t/hm2[5]。 歐盟規(guī)劃 20xx年可再生能源比例達 12%， 每年可替代 20xx萬噸石油 ， 其中成本較低的生物質(zhì)能約占 80%。 在眾多的轉(zhuǎn)化利用技術中 ， 生物質(zhì)燃燒技術無疑是最簡便可行的高效利用生物質(zhì)資源的方式之一 [7]。 其中易燃部分主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。生物質(zhì)燃料可稱為清潔能源。 按目前技術水平和 20xx年的開采量計算 ,石油、 煤炭和天然氣分別可供開發(fā) 41年、 192年和 67年 [9]。 在我國 ， 生物質(zhì)在能源消耗中占有舉足輕重的地位 ， 它僅次于河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 3 煤而成為第二大能源 ， 在全部能源消耗中約占 20%， 特別是在農(nóng)村能源消費中 ， 生物質(zhì)能約占生活用能的 70%， 占整個用能的 50%， 總量約有 6億 t用作能源 [1]。 以粉末狀的生物質(zhì)燃料 ， 如谷殼、 鋸末等為例 ， 由于常規(guī)的燃燒方式以空氣為氧化劑 ， 燃盡性能差 ， 以致 大量被浪費 [11]。 研究現(xiàn)狀 以前人類對生物質(zhì)能的利用基本上是以直接燃燒的方式利用它的熱量。 與其它的固體氧化劑比較 ， 當生物質(zhì)燃燒性能改善程度相同時 ， 添加 M 在成本消耗上有明顯的優(yōu)勢 。 從研究 可知 ， 添加固態(tài)氧化劑 M 能顯著改善粉末狀生物質(zhì)燃料的燃燒性能 ： (1)降低粉末狀生物河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 4 質(zhì)燃料的著火溫度 。此外 ， 混燒還能降低燃料消耗、減少化學組分對水和土壤的污染。 浙江大學閻常峰等 [14]設計了變截面管式布風流化床用以研究不同顆粒粒度、不同床層高度、不同截面流速、 布風的均勻性以及非平衡布風時顆粒的流化特性 ， 為測試燃燒所需物料的流化特性對焚燒的著火 、 氣化 、穩(wěn)定燃燒及污染物生成特性提供基礎數(shù)據(jù)。 丹麥政府已明令電力行業(yè)必須每年焚燒 140萬噸生物質(zhì) ， 一般是在流化床爐上混燒或在爐排爐上全燒 秸稈 [15]。 加拿大的 Ergudenler等 [17]對麥稈氣化的燒結現(xiàn)象進行了試驗研究 ， 得出除溫度外 ， 風量也對燒結有影響。 167。 樣品采集 本試驗所選的生物質(zhì)燃料為鋸末、玉米秸稈。 表 21 儀器 名稱 廠家 D8 X 射線衍射儀 日本進口 熱重天平 上 海天平 儀器廠 WRT3P 型 電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司 SX2410 型箱式電阻爐 滬南電爐烘箱廠 破碎機 臺灣進口 標準篩 上虞市實驗儀器廠 167。 河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 8 第 3章 催化氧化燃燒工藝研究 167。以 KMnO4 為催化劑時燃燒 劇烈 ， 持續(xù)時間不長， 說明 KMnO4 被分解，釋放出氧氣 ， 起到助燃的作用。 初步熱失重分析 原理 熱失重就是通過對物質(zhì)加熱，使物質(zhì)逐漸揮發(fā)、分解 或燃燒 ，測量 它 隨溫度升高 時 重量的變化 。分析同一溫度，不同燃燒條件下生物質(zhì)燃料的熱失重數(shù)值，通過分析數(shù)據(jù)， 得出結論。分別放入已稱重的坩堝內(nèi)， 600℃條件下在箱式電阻爐中煅燒 1h。分別將編號 10， 11 和 12 的坩堝作為一組。 選 MnO2 為催化劑，以玉米秸 稈為生物質(zhì)燃料， 取催化劑與生物質(zhì)燃料質(zhì)量比為 2。其中， 200℃ 下煅燒的坩堝編號為 3， 400℃下煅燒的坩堝編號為 7， 600℃下煅燒的坩河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 12 堝編號為 1 12，此步驟不進行平行試驗，數(shù)據(jù)如下： 表 38 200℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 1 2 3 秸稈 (g) MnO2(g) 表 39 200℃ 下以 MnO2 為催 化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 1 2 3 表 310 400℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 5 6 7 秸稈 (g) MnO2(g) 表 311 400℃ 下以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量 變化量 (g) 5 6 7 表 312 600℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 10 11 12 秸稈 (g) MnO2(g) 河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 13 表 313 600℃ 下以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 10 11 12 2． 8753 表 314 各溫度下 以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 對比 坩堝編號 變化量 (g) 1+2 3 5+6 7 10+11 12 由表 314 可以看出在低溫 200℃ 下，煅燒前后 生物質(zhì)燃料的 失重量最大 ，生物質(zhì)燃料燃燒的比較充分。 以 Fe2O3 為催化劑的初步熱失 重分析 選 Fe2O3 為催化劑，以鋸末為生物質(zhì)燃料，取催化劑與生物質(zhì)燃料質(zhì)量比為 2。 采用三組平行試驗同時進行的方法，編號為 3 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料，編號為 7 的坩堝均裝同一催 化劑，編號為 1 12 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料與催化劑的混合物。 選 Fe2O3 為催化劑，以玉米秸稈為生物質(zhì)燃料， 取催化劑與生物質(zhì)燃料質(zhì)量比為 2。其中， 200℃ 下煅燒的坩堝編號 為 3， 400℃下煅燒的坩堝編號為 7， 600℃下煅燒的坩堝編號為 1 12，此步驟不進行平行試驗，數(shù)據(jù)如下： 表 318 200℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 1 2 3 秸稈 (g) Fe2O3(g) 表 319 200℃ 下以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 1 2 3 表 320 400℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 5 6 7 秸稈 (g) Fe2O3(g) 表 321 400℃ 下以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 5 河南科 技大學畢業(yè) 設計（ 論文 ） 16 表 321（續(xù)） 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 6 7 表 322 600℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號 10 11 12 秸稈 (g) Fe2O3(g) 表 323 600℃ 下以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 10 11 12 表 324 各溫度下 以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 對比 坩堝編號 變化量 (g) 1+2 3 5+6 7 10+11 12 由表 324 可以看出在 3 種溫度下，加入催化劑后生物質(zhì)燃料燃燒前后質(zhì)量的變化量均不如不加催化劑的情況。 以 KMnO4 為催化劑的初步熱失重分析 選 KMnO4 為催化劑，以鋸末為生物質(zhì)燃料，取催化劑與生物質(zhì)燃料質(zhì)量比為 2。 采用三組平行試驗同時進行的方法，編號為 3 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料，編號為 7 的坩堝均裝同一催化劑，編號為 1 12 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料與催化劑的混合物。 比較表 330 與 表 327 可以看出，在高溫下鋸末的燃燒相對低溫來說更充分， 在本 試驗 所得數(shù)據(jù)的基礎上， 可以認為當以 KMnO4 為催化劑，鋸末作為生物質(zhì)燃 料