焦炉煤气改质热力学分析及直接还原铁矿石实验研究

摘要

我国焦炉煤气虽然资源丰富，但是利用率较低。焦炉煤气中含有大量的H2、CO和CH4组份，可以用来还原铁矿石。焦炉煤气重整产生的合成气来直接还原铁矿石，是未来钢铁企业调整产业结构，循环利用资源的重要工艺。
　　本论文目的是将焦炉煤气改质产生的合成气对铁矿石进行还原的研究。本论文的研究工作，主要分为两个方面：第一，是将焦炉煤气进行二氧化碳重整改质从而产生清洁能源氢气和一氧化碳，本研究为焦炉煤气重整改质提供了理论依据。第二，是将产生的合成气进行气基直接还原实验。本研究为实际生产提供了基础信息和理论依据，具有重要的应用前景。
　　焦炉煤气二氧化碳改质，是利用HSC7.0热力学软件，对其进行热力学分析。对改质过程中温度、压力、CH4/CO2比以及H2/CO比进行研究并探索其变化趋势和规律，确定最好的直接还原参数。
　　结果表明：提高反应温度，有利于提高CH4和CO2转化率、H2和CO选择性。在100KPa下，当CH4/CO2=1、温度在600～1000℃时，CH4和CO2的转化率分别为55.33～97.78％、53～99.43%，H2和 CO的选择性分别是21.69～98.86%、18.15～100%。当CH4/CO2比变小时，CH4的转化率变大，CO选择性变大而H2的选择性变小。CH4/CO2比和温度是调节H2/CO比的重要指标。压力是调节H2/CO比的一个过程量，但是不影响最终的H2/CO比。综合考虑，当温度在1000℃、CH4/CO2=1、压力在100KPa是较好的焦炉煤气改质环境。
　　混合气直接还原铁矿石研究采用 KSZ-03矿石冶金性能综合测定仪，考察不同的气体混合比例以及还原温度对铁矿石还原度的影响。最后在进行动力学分析，对试验结果进一步分析，深度分析影响还原度的原因。
　　研究结果表明，温度在650～850℃时，氢气的还原效果比CO的还原效果好。混合气还原铁矿石反应中，H2/CO的比例越高还原效果越好。混合气还原铁矿石反应中，温度在850℃时还原效果越好。还原过程中颗粒粘结现象是影响还原的重要因素。在动力学的研究中可以得出结论，混合气还原铁矿石实验中，内扩散阻力对还原度的影响起绝对最用。当时间为75min时，内扩散阻力850℃>750℃>700℃>800℃>650℃，时间为75min时，界面化学阻力650℃>700℃>800℃>750℃>850℃。

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第1章 绪 论

1.1焦炉煤气现状及利用情况

1.2焦炉煤气改质技术

1.3直接还原铁矿石研究

1.4选题的意义及课题研究内容

第2章焦炉煤气CO2重整热力学计算

2.1热力学分析方法

2.2温度对重整特性的影响

2.3压力对重整性的影响

2.4 CH4/CO2比对重整特性的影响

2.5本章小结

第3章实验方法

3.1 实验条件

3.2实验准备

3.3 实验步骤与方案

3.4性能分析

第4章合成气对铁矿石还原的研究

4.1 H2和CO对还原的影响

4.2合成气对还原的影响

4.3对比试验分析

4.4表征分析

4.5本章小结

第5章合成气还原铁矿石的动力学研究

5.1 未反应核模型

5.2速率方程的探讨

5.3 内扩散阻力和界面化学反应阻力的计算

5.4本章小结

结论

参考文献

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