鐵礦石富氫還原動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、COREX工藝是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的熔融還原技術(shù)。在COREX流程中，由于熔化氣化爐產(chǎn)生的煤氣溫度高于還原豎爐所能接受的溫度，需要對(duì)熔化氣化爐煤氣進(jìn)行降溫處理，再用于豎爐還原。然而就COREX已有的工藝而言，都是使用兌冷卻煤氣的方法來調(diào)節(jié)還原煤氣溫度。該方法顯然浪費(fèi)了煤氣的部分物理余熱，降低了煤氣能量利用效率，不利于節(jié)約系統(tǒng)能耗。 考慮到H<,2>在還原鐵氧化物的動(dòng)力學(xué)和導(dǎo)熱等方面與CO相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，富氫還原

2、被認(rèn)為是提高豎爐還原效率的重要途徑。因此，將熔化氣化爐煤氣進(jìn)行富氫改質(zhì)后用于豎爐預(yù)還原，不僅可降低煤氣溫度，滿足豎爐對(duì)還原氣體溫度的要求，同時(shí)還能夠大大改善豎爐還原的動(dòng)力學(xué)條件，從而提高豎爐的還原效率。 為了給富氫條件下預(yù)還原爐的數(shù)值模擬及預(yù)還原反應(yīng)器的優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供動(dòng)力學(xué)參數(shù)，本論文進(jìn)行了應(yīng)用N<,2>+H<,2>、H<,2>+CO富氫混合氣體鐵礦球團(tuán)還原動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)采用熱重法測(cè)定了H<,2>+N<,2>、

3、H<,2>+CO混合氣還原氧化鐵球團(tuán)的還原速率隨時(shí)間的變化，反應(yīng)溫度區(qū)間為750～1000℃。方法是在恒溫條件下，連續(xù)測(cè)量固體樣品氧化鐵球團(tuán)重量隨時(shí)間的變化，來考察不同溫度及氣氛條件下鐵氧化物還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。利用未反應(yīng)核模型確定控制環(huán)節(jié)并求出表觀速率常數(shù)和表觀活化能。 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析，得到以下結(jié)論： (1) 采用未反應(yīng)核模型進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)動(dòng)力學(xué)回歸處理，確定了H<,2>還原過程為化學(xué)反應(yīng)控制，H<,2>/CO

4、混合氣還原主要為化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散的混合控制。 (2) 計(jì)算了H<,2>/N<,2>還原階段的表觀速率常數(shù)及由表觀速率常數(shù)通過動(dòng)力學(xué)回歸得到750～1000℃時(shí)各氣體組成(H<,2>含量為10～30％)下的表觀活化能為3582～5337kJ/mol。 (3) 計(jì)算了H<,2>/CO混合氣還原階段的表觀速率常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)及由表觀速率常數(shù)通過動(dòng)力學(xué)回歸得到750～1000℃時(shí)各氣體組成(H<,2>含量范圍為10～30％)下