碱金属条件下焦炭与水蒸汽气化反应的研究
高炉工序是钢铁企业主要的能源消耗和CO2排放大户,而CO2对大自然的危害严重.为了减少CO2的排放量,高炉炼铁新工艺多采用喷吹焦炉煤气、塑料和天然气等含氢燃料,含氢燃料在高炉中裂解会产生大量氢气,氢气还原铁矿石生成大量水蒸汽,必然会使焦炭的溶损加速,同时高炉中存在大量循环富集的碱金属,碱金属进一步加速焦炭的溶损,使得高炉中的焦炭质量受到极大挑战.为了解碱金属对焦炭与水蒸汽反应的影响,以及其对焦炭质量劣化的规律,本实验主要采用自制气-固反应装置研究了经不同浓度K2CO3溶液、Na2CO3溶液处理后的焦炭与水蒸汽的溶损反应和深层反应,分析了反应过程的控制环节;测定了焦炭不同径向上的体积密度变化;采用扫描电镜观察了焦炭气孔微观结构的变化,并与CO2的反应进行比较,得到了以下结论:(1)K2CO3、Na2CO3加速了焦炭与水蒸汽、CO2的气化速率,提高了反应性,使得焦炭劣化加重.K2CO3溶液浓度分别为2%、4%和6%时,焦炭与水蒸汽的CRI分别比原焦增加5.86%、14.52%和19.59%,与CO2的CRI分别比原焦增加13.13%、23.05%和27.94%;Na2CO3溶液浓度分别为2%、4%和6%时,焦炭与水蒸汽的CRI分别与原焦增加8.70%、14.35%和17.20%,焦炭与CO2的CRI分别比原焦增加12.15%、23.17%和30.15%.K2CO3、Na2CO3浓度越高,焦炭反应后越易粉化,产生更多粒度小于5 mm的粉焦,焦炭反应后强度降低;K2CO3、Na2CO3浓度相同时,K2CO3、Na2CO3对焦炭与水蒸汽的催化效果低于与CO2的反应.(2)分析了经浓度为26%的K2CO3溶液、Na2CO3溶液处理后的焦炭在1100°C与水蒸汽、CO2溶损过程的控制环节,发现焦炭与水蒸汽、CO2的反应过程主要受界面反应控制,K2CO3、Na2CO3降低了反应的活化能,当溶液浓度为2%时,经K2CO3溶液、Na2CO3处理后的焦炭与水蒸汽的活化能Ea分别降低了12.7 k J/mol和9.26 k J/mol.(3)K2CO3、Na2CO3增加了焦炭在表面的反应程度,焦炭表面结构破坏严重,气孔壁变的疏松,粉化严重,气孔坍塌厉害,而焦炭内部反应减少;K2CO3溶液、Na2CO3溶液浓度相同时,焦炭与水蒸汽的反应相比与CO2在内部更少,小气孔和中孔增多,未见大孔和串孔现象.
- 作者：
- 俞书才
- 学位授予单位：
- 安徽工业大学
- 专业名称：
- 冶金工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 王平
- 中图分类号：
- TF531
- 关键词：
- 焦炭；气化反应；碱金属；水蒸汽；CO2
- Coke； Gasification reaction； Alkali metal； H2O； CO2