一种新型低二氧化碳排放的氢冶金工艺建模
材料科学
2014-02-10 v1
摘要
为开发能够大幅减少钢铁行业二氧化碳排放的突破性技术（ULCOS 项目），本研究探讨了在直接还原竖炉中利用纯氢还原铁矿石的过程。经过实验与建模研究，开发了一种名为 REDUCTOR 的二维轴对称稳态模型，用于模拟纯氢还原赤铁矿球团的逆流移动床反应器。该模型基于有限体积法，对气相和固相组分的局部质量、能量及动量平衡方程进行数值求解。全局高炉模型中嵌入了单球团子模型，利用反应时间叠加概念模拟过程中涉及的连续反应（赤铁矿→磁铁矿→方铁矿→铁）。模型还考虑了晶粒尺度上的不同传质步骤及可能的铁烧结现象。动力学参数源自在不同条件下使用工业球团制成的小赤铁矿立方体在热天平炉中进行的还原实验。此外，还进行了固体表征以进一步理解微观结构的演变。初步结果表明，与一氧化碳反应相比，使用氢气可加速还原过程，使得设计的氢操作竖炉反应器尺寸远小于当前的 MIDREX 和 HYL 工艺。总体而言，基于此新工艺的氢冶金路线在技术和环境方面均具有吸引力，二氧化碳排放量可减少 80% 以上。其未来发展与氢经济的兴起密切相关。
引用
@article{arxiv.1402.1715,
title = {Modelling a new, low CO2 emissions, hydrogen steelmaking process},
author = {Andrea Ranzani Da Costa and D. Wagner and Fabrice Patisson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1402.1715},
year = {2014}
}