ZnO对焦炭气化反应的影响及动力学分析

为了研究ZnO对焦炭气化反应的催化作用,采用热重分析法(TGA)对不同ZnO质量分数的两种焦炭(Coke A和Coke B)气化反应进行对比研究。结果表明,在一定ZnO质量分数范围内,随着ZnO质量分数的增加,其对焦炭气化反应的催化作用越明显。通过对比特征温度,发现ZnO对Coke B气化反应的影响较明显。从碳转换速率(DTG)曲线中发现,添加ZnO后的焦炭气化反应速率从开始反应温度到950℃左右呈升高趋势,氧化锌质量分数越高,反应速率越快,950~1056℃时反应速率趋于稳定,之后再次呈上升趋势。利用Kissinger-AkahiraSunose(KAS)模型计算动力学参数,发现添加ZnO使焦炭气化反应活化能降低。     

焦炭-CO_2气化动力学的非等温热重法研究

利用Setsys Evolution同步热分析仪,以非等温热重法对焦炭-CO2气化动力学进行了研究。结果显示:当气化温度高于1 200K时,碳转化率和气化反应速率均显著增大;当气化温度达到1 500K左右时,焦炭的气化反应速率达到最大值。由相关系数可知,改良Coats-Redfern积分法是求取焦炭-CO2气化反应动力学参数的较好方法。鞍钢焦炭的活化能大于宝钢焦炭。宝钢焦炭的气化性能优于相同粒度的鞍钢焦炭。     

钢渣对炼焦煤成焦后气化反应行为的影响

高反应性焦炭可降低高炉热储备区温度,提高高炉冶炼效率.钢渣中有大量的钙和铁,是理想的焦炭气化反应催化剂.在制备高反应性焦炭的过程中,钢渣在配合煤中的粒度和添加量会影响焦炭的反应性和反应后强度.本文从宏观动力学角度研究了钢渣对焦炭反应性和反应后强度影响的原因.细焦粉和粒度为3~6 mm的焦炭分别与CO2在950,1 100和1 250℃进行了气化反应.通过细焦粉的气化曲线确定了焦炭在各温度的本征初始气化速率(r0),通过粒焦炭的气化曲线确定了受内扩散影响的焦炭表观气化反应速率(rD).对反应效率因子(ηef)和西勒模数()的分析表明,焦炭基质反应性和气孔结构两者共同决定了焦炭反应性和反应后强度.     

添加铁矿粉对焦炭机械强度及反应性的影响

炼焦煤中添加不同粒度、比例及成分的铁矿粉制备高反应性焦炭,测定焦炭的转鼓强度、等温与非等温气化反应参数,综合评定添加催化剂对高反应性焦炭机械强度和气化反应的影响。配入铁矿粉后焦炭的机械强度有不同程度的下降,当添加比例小于10%时,焦炭的机械强度变化幅度较小;大于10%时,焦炭的机械强度大幅度下降;添加铁矿粉的成分和粒度均对焦炭机械强度有较大影响。添加铁矿粉的比例处于容惰范围内时,增加添加铁矿粉的比例、添加高品位铁矿粉或适当地减小添加铁矿粉的粒度均有利于降低焦炭的起始反应温度、提高低温反应指数。     

钢渣配煤对焦炭溶损反应动力学的影响

将1%转炉钢渣配入吕家坨焦煤中制备焦炭,采用自制的粒焦反应性装置研究了900~1 200℃下所得焦炭的溶损反应过程。结果表明,在碳素溶损率30%时,焦炭的溶损速率基本保持恒定;而在碳素溶损率30%时,溶损速率则逐渐减小。钢渣的配入增加了焦炭的溶损反应速率,而且溶损温度越高,焦炭溶损速率增幅越大。用随机孔模型描述了焦炭的溶损反应动力学过程,求得焦炭和添加1%钢渣后焦炭的溶损反应的表观活化能分别为133.76 k J/mol和121.51 k J/mol。     

煤镜质组平均最大反射率对焦炭热性质影响研究

为了研究炼焦煤煤岩指标对焦炭热性质的影响,实现优化炼焦配煤方案和指导炼焦生产的目标,进行了鞍钢常用炼焦煤镜质组平均最大反射率分析和炼焦试验研究。结果表明,鞍钢炼焦用煤单种煤镜质组平均最大反射率与焦炭热性质指标相关性较好,其中与焦炭反应后强度相关性可达0.96,当镜质组平均最大反射率在1.32%~1.37%范围时,所得焦炭热性质较好。当生产用配合煤镜质组平均最大反射率由1.243%提高到1.306%时,活惰比由4.15降低到3.17,焦炭反应性下降1.9个百分点,焦炭反应后强度上升2.4个百分点,焦炭质量显著提高。     

配煤结构优化在7m焦炉上的实践

以小焦炉实验结果为依据,通过优化配煤结构提升了焦炭质量,得到当前煤源结构条件下适合7 m焦炉的最佳配煤比例(瘦煤17%,肥煤+1/3焦煤35%～38%,焦煤45%～48%)。研究结果表明:降低气煤配比可以有效增大焦炭粒度,但对焦炭冷、热强度影响较小;降低瘦煤配比对焦炭M40和CSR影响较小,但可以有效降低焦炭粒度,17%是瘦煤对M10影响的极限点;肥煤配加过多会影响焦炭的反应后强度,1/3焦煤配加过多会使焦炭的平均粒度变小,肥瘦比在2. 28～2. 61时,焦炭反应后强度最优。     

废脱硝催化剂加盐焙烧-酸浸提钛的浸出动力学研究

采用加盐焙烧-酸浸法回收废脱硝催化剂中的钛,利用液-固多相反应的核收缩模型研究硫酸浸钛的浸出动力学,考察了硫酸浓度和酸浸温度对钛浸出反应速率的影响。结果表明,在温度低于60℃或硫酸质量分数小于45%时,浸出受化学反应和固膜扩散混合控制;升温和提高硫酸浓度浸出过程则转变为化学反应控制。低温受混合控制时的表观活化能为30.23 kJ/mol,升温后受化学反应控制时的表观活化能为92.92 kJ/mol,表观反应级数为4.932。提高反应温度和硫酸浓度均能加快钛的浸出速率,提高钛的浸出率。     

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300℃,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响:还原温度≤1100℃时,平均活化能为202.6 k J·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100℃时,平均活化能为116.7 k J·mol-1,为碳气化反应和Fe O还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100℃),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.      

Fe2O3催化煤粉燃烧的动力学

采用WCT-2C型微机热重分析天平以及非等温燃烧的方法对汉阳煤的燃烧特性及其反应动力学参数进行详细分析.研究了不同Fe2O3配比对试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等的影响,计算出煤粉燃烧反应的动力学参数活化能Ea.试验结果表明:试样燃烧的的活化能呈现“V”形,Fe2 O3配比为3％(质量分数,下同)时催化作用最明显,超过3％后随着配比的增加催化作用减弱.     

锌对捣固焦和顶装焦气化反应的催化作用

采用液相吸附法研究了不同温度、富锌量等条件对捣固焦和顶装焦气化反应的影响,并结合XRD、扫描电子显微镜和光学显微镜对比分析了锌对2种焦炭气化反应后的微晶结构、显微结构、孔结构的影响。研究结果表明,升高温度和增大富锌量均能使焦炭反应性增大,反应后焦炭强度减小。反应温度低于1 000℃时,锌对焦炭气化反应的影响较小,而在1 100℃时,2种焦炭的反应率随富锌浓度的增大快速增大,且富锌后顶装焦的反应率比捣固焦高约1%~2%。XRD分析表明,锌对焦炭有序化微晶气化反应的催化作用大于无序化微晶,从而导致气化反应后焦炭微晶片层的堆积高度减小,石墨化程度降低。结合扫描电子显微镜和光学显微全景图发现,锌在催化焦炭气化反应过程中孔壁变薄甚至消失,孔面积和孔直径增大,孔的贯穿连通程度加大,为锌蒸气的渗透和气化反应的动力学提供有利条件,导致反应进一步被加剧,但捣固焦较致密的孔结构使其在气化反应中具有优于顶装焦的抗锌催化能力。     

孔隙结构特征对焦炭高温抗拉强度的影响

采用压汞仪测量焦炭与CO₂或H₂O反应后的孔隙结构特征,研究孔隙率、平均孔径、比表面积及孔径分布对焦炭高温抗拉强度的影响规律.焦炭孔隙率和平均孔径随反应率升高而增加.平均孔径小于30μm时气化反应以造孔为主,比表面积随反应率升高先增后减,大于30μm时以扩孔为主,随反应率升高而减小.与CO₂相比,H₂O反应后焦炭平均孔径小,比表面积大,抗拉强度高.焦炭抗拉强度随孔隙率和平均孔径增加而降低,平均孔径小于30μm时抗拉强度随比表面积增加而降低,大于30μm时随比表面积减小而降低.焦炭中小孔数量越多抗拉强度越高,大孔数量越多抗拉强度越低.相同反应率下,H₂O反应后焦炭中小孔数量增加,比表面积大,有利于保护气孔壁结构,抑制高温抗拉强度的降低.      

热重分析法研究铁含量对焦炭溶损反应的影响

采用热重分析法研究了铁含量对焦炭反应的影响规律.利用液相吸附法制备了不同Fe2O3含量的焦炭样品,通过对样品的微观分析和焦炭反应动力学的研究,阐释了铁元素对反应机理的影响.结果表明,铁对焦炭溶损反应具有正催化作用,且催化作用随铁含量的增大而加强;铁的存在降低了焦炭反应的起始反应温度和剧烈反应温度,导致焦炭过早破碎,影响焦炭强度;同时铁的存在也降低了焦炭溶损反应的反应级数和活化能.反应级数从无Fe2O3添加时的1.53级降为零级.研究表明,Fe2O3均匀分布在焦炭表面使其能提供更多的有效催化活性中心,进而对溶损反应起到催化作用.     

高炉内H2体积分数对焦炭气化反应的影响

 为了明确高炉富氢冶炼条件下焦炭的气化行为,利用高温模拟试验研究了高炉内φ(H₂)对焦炭气化反应和孔隙结构的影响,得到了不同φ(H₂)下矿石的还原与焦炭气化反应的关系、焦炭气化最严重的温度区间及焦炭微观孔隙结构的变化。研究结果表明,矿石的还原度和焦炭的失重率在升温过程中都逐渐增加。随着φ(H₂)的增加,焦炭的气化率增加幅度最大的温度区间逐渐向低温区移动,主要由于随着φ(H₂)的增加,矿石的还原反应逐渐趋向于在低温区进行,使得其在高温区产生的可供焦炭气化反应的CO₂和H₂O的总量降低;φ(H₂)由5%增加至10%时,焦炭的气化率增加幅度最大;随着φ(H₂)的增加,焦炭的平均壁厚逐渐降低,孔隙率、比表面积及总孔容都逐渐增加;焦炭大孔所占比例逐渐增加,焦炭气孔壁的薄壁结构所占比例逐渐增加。     

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The gasification behavior of different iron cokes was studied in laboratory by the means of thermogravimetry technique, the temperatures at which iron cokes start to react with CO2 were measured, and theoretical analysis was conducted with the FactSage thermodynamic software. The results show that the higher the metallic iron content in iron coke, the higher the gasification rate, and it increases with the increasing temperature; metallic iron can promote the decrease of starting temperature of gasification reaction, and the higher the metallic iron content, the more the decrease extent of gasification starting temperature; at the initial stage of gasification reaction, metallic iron in iron coke is oxidized by CO2, as a result, the weight of samples not only decrease but also increase.     

N2-CO-CO2-H2O气氛下Kg对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_g气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413～1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_g对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_g对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_g可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 4...     

N2-CO-CO2-H2O气氛下K(g)对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_(g)对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_(g)对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_(g)可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。     

有害元素对焦炭气化反应的影响及展望

摘要：焦炭在高炉冶炼过程中起着重要作用,其中焦炭的气化反应直接关系到其热态强度,并影响高炉内部的透气透液性能。综述了高炉内焦炭气化反应的研究现状,并讨论了焦炭气化反应的评价方法;阐述了有害元素K、Na、Zn和Cl对焦炭气化反应影响的研究进展。指出现有研究多着眼于焦炭和纯CO2或水蒸汽的气化反应,并且冶金工作者对企业通用的焦炭气化反应的测定方法和标准存在不同的看法。K、Na、Zn和Cl均对焦炭气化反应起催化作用,其中K、Na和Zn的催化机理包括氧传递、层间化合物和电子转移3种理论。建议进一步模拟高炉实际气氛和温度条件开展焦炭气化反应的研究工作,并对Cl元素对焦炭气化反应的影响机理进行深入探索。