H2O和CO2对焦炭溶损反应动力学的研究.pdf

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1、第12卷第5期过程工程学报、，0I．12NO．52012年10月TheChineseJournalofProcessEngineering0ct．2012H0和C0对焦炭溶损反应动力学的研究赵晴晴，薛庆国，佘雪峰，王洪，王静松f1．北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，冶金与生态工程学院，北京100083；2．北京科技大学机械工程学院，北京100083)摘要：采用自制高温气固相反应连续测定装置，研究了900～1100℃下，CO2，H2O及其混合气体与焦炭的溶损反应．结果表明，焦炭与H2O反应的溶损率远高于其与CO2反应后的溶损率，

2、前者是后者的2-5倍．相比与CO2的反应，焦炭与HO的反应在颗粒外围更为剧烈，且不易在中心部位生成大的串孔及裂纹．900℃时，与CO2、H2O反应开始的焦炭的主要气化方式分别为微孔生成、小孔扩张；1100℃时，分别为4,TL扩张、微孔生成．随着混合气体中Hz0含量的增加，焦炭的溶损率不断增加．当阻2o]／[co2]=5／5和7／3时，焦炭与混合气体的共气化过程中均产生了明显的交互作用．用缩核反应模型描述了焦炭与H2O和CO2气化反应的结果，得反应活化能分别为154．47和214．77kJ／too1．关键词：焦炭；H2O；CO2；溶损率

3、；微观结构；交互作用中图分类号：TF526．1文献标识码：A文章编号：1009—606X(2012)O5—0789—07工业用冶金焦炭(莱芜钢厂，焦炭的理化性能如表11前言所示)，实验气体采用高纯N2(纯度为99．99％)，CO2(纯为了降低炼铁能耗和CO2排放量，实现清洁可持续度为99．9％)，实验用水为去离子水．发展，各国都在积极进行技术革新以及炼铁新工艺的开表1焦炭样品的组成与理化性能(％)发．由于新工艺多采用富氧喷吹煤粉、天然气导致高炉Table1Compositionandphysico—chemicalproperties

4、ofcokesampler％内煤气中CO，H2的含量大幅增加【l】，H2还原矿石过程中产生的H0又可能对焦炭产生更大的影响，国内外学者对于焦炭与H2O、CO2的反应进行了大量研究．Note：M4oandoarecrushingstrengthandwear-resistantstrength1wanaga[6l得出1700℃时焦炭与H2O的反应速率是焦炭ofcoke．与CO2的反应速率的2～4倍．李家新等[采用大型高温2．2实验装置与分析仪器反应炉测得H2O与焦炭的开始反应温度远低于CO．实验仪器为自制高温气固相反应连续测定装置，如P

5、usz等】研究了焦炭与CO2反应前后的基质结构、气孔图1所示．水蒸气发生装置为ModelBL100蠕动泵，采结构以及强度变化，发现气孔结构的变化对焦炭强度及其反应性影响较大．崔平等pI1oJ研究了焦炭与CO2反应—————前后焦炭的气孔结构变化规律，但仅限于10pm以上的J【．．一大气孔结构的变化．对于孔径小于100nm的微孔，虽然孔径小，但其表面积占焦炭全部表面积的90％以上，为CO的主要反应区域．本工作将研究反应温度、反应气IIlf

6、；_氛对焦炭微孔结构的变化规律及其影响．目前的研究多侧重于焦炭与CO，H，O反应过程的圈r{=习动

7、力学、焦炭与CO2反应前后的微观结构变化，为了较ll全面的了解H20和CO2与焦炭的反应规律，比较二者_-1『厂I1反应方式的差别，本工作使用自制的高温气固相反应测’一9定装置研究了不同温度下，焦炭与CO、H20的反应动1．Electronicbalance2．Resistancefurnace3．Hangingbasket力学及其反应过程中焦炭的微观结构变化，并进一步探4．Corundumball5．Qua~ztube6．Thermocouple7SiCheatingcylinder8．Peristalticpump9．Mixer讨

8、了混合气体与焦炭的气化反应规律．10．Temperaturecontroller2实验图1自制高温气固相反应连续测定装置Fig．1Self-commandcontinuousmeasurementdevice2．1实验原料forhightemperaturegas-solidreaction收稿曰期：2012—08—19，修回日期：2012—10—12作者简介：赵晴晴(1989一)，女，山东省济宁市人，硕士研究生，钢铁冶金专业；王静松，通讯联系人，E-mail：wangjingsong@ustb．edu．cn．790过程工程学报第12

9、卷用精度值为0．0001g的METLERTOLEDOAL204电子30％时的微气孔结构参数变化；焦炭与3种比例(3／7，天平实时记录失重数据．该反应装置的优点是：f1)试样5／5，7／3)的CO2一H2O，H20—N2，