首钢烧结矿还原动力学

采用热重法在1173～1373 K、全CO气氛条件下,对首钢烧结矿进行还原动力学实验,确定了还原反应的表观活化能,进而推断在还原反应的前期烧结矿还原速率均由界面反应控制,还原反应后期的控制环节为固相扩散.分别由未反应核模型和固相反应动力学模型,分段给出不同温度下控制环节突变的时间点;通过动力学公式计算,得出不同温度下的反应速率常数和固相扩散系数.利用光学显微镜观察了烧结矿在各还原阶段的微观形貌,验证了烧结矿还原动力学的机理,同时也证明了扩散控制阶段使用体积缩小的未反应核模型与实际情况是吻合的.     

固体碳还原熔渣中FeO反应的动力学研究

在１３８２－１５３５℃，通过测定渣中ＦｅＯ浓度随时间的变化关系，确定了固体碳还原熔融ＦｅＯ－ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３渣系中ＦｅＯ的反应速度，得出该反应为一级反应，在不同的温度范围内有不同的表观活化能和经验速度表达式，研究表明，在１３８２－１４５５℃，界面化学反应为固体还原熔渣中ＦｅＯ反应速度的限制环节；而在１４５５－１５３５℃，渣中ＦｅＯ的对流扩散为其限制步骤，此外，还在１５１０℃估算了渣Ｆｅ     

氢气还原芒硝制硫化钠的动力学研究

研究了用氢气还原芒硝制备硫化钠反应动力学，经过实验，获得了该反应的表现活化能、级数和速度常数，讨论了硫酸钠固体颗粒的大小、转化率的高低及温度的变化对反应的宏观动力学影响，在动力学和扩散混合控制下，实验结果近似符合多孔固体气－固体反应“粒子模型”。     

褐铁矿四矿固结动力学的研究

本文系统地研究了褐铁矿团矿的固结动力学,引入阿累尼乌斯公式描述固结速度常数与焙烧温度之间的关系,并求出了焙烧活化能。从动力学角度讨论了添加磁铁矿、白云石及石灰对褐铁矿团矿固结的影响,强调了动力学参数的重要性。     

热重技术研究α—Fe2O3超微粒等温还原动力学及机理

采用ＴＧ、ＸＲＤ、ＨＲＥＭ研究了拓硅针形超微粒α－Ｆｅ２Ｏ３在氮氢混合气中等温还原机理，并给出了等温还原动力学方程。ＴＧ研究结果表明，掺硅α－Ｆｅ２Ｏ３的等温还原过程符合缩核机理模型，ＨＲＥＭ照片也证实了这点；掺硅α－ＦｅＯ３的等温还原动力学符合ＥｒｏＦｅｅｖ方程，     

FeO高温气—固还原动力学研究

在１１８０－１３３０℃，通过测定浮氏体颗粒在流化床中被ＣＯ还原的反应速度，并应用未反应核模型处理数据，得到还原反应速度方程和表观活化能，研究表明氧离子在还原后生成铁层中的固相扩散为还原过程的限制性环节，但是过程呈现明显的两段速度特征，在反应后期，由于生成铁相发生晶格转变，使氧离子在铁层中的扩散更为困难，帮反应的活化能增大，反应速度明显减慢。     

金属镁冶炼还原渣脱硫性能的实验研究

探讨了金属镁冶炼还原渣作为脱硫剂的可能性,对金属镁冶炼还原渣进行了成分分析,并利用TGA研究了金属镁冶炼还原渣在不同氧气含量、不同粒径、不同反应温度条件下作为脱硫剂的性能。     

FCC脱硫助剂还原分解非等温反应动力学研究

以酸法制备的10%Ce/MgAl2O4*MgO和10%Ce/MgAl1.8Fe0.2O4*MgO为研究对象,利用原位热重装置,通过热重法(TG-DTG)对不同脱硫添加剂形成硫酸盐的还原分解进行了非等温固相反应动力学研究,建立了在尖晶石上形成的硫酸盐还原分解反应机制函数模型,为脱硫助剂的最佳工业应用工艺条件提供重要理论依据.     

铁矿石固态还原过程中吸硫的反应动力学

研究了铁矿石固态还原条件下，矿石吸硫动力学．用电子探针（ＥＰＭＡ）研究了硫在矿内的分布．结果表明，硫化氢与矿内金属铁的界面反应为吸硫反应的限制步骤．     

铁矿--生物质复合球团还原行为及还原动力学

通过分析生物质合成气气氛下,不同组分复合球团(添加和未添加生物质)的还原速率、还原度、表面微观结构和失重变化规律,对球团中添加生物质的作用机理以及含生物质球团还原过程的限制性环节展开研究.添加生物质的复合球团表面结构比无生物质球团疏松,孔隙率高,有利于后续还原的热质传递,增加产物还原度,降低反应活化能;复合球团的还原以收缩核方式进行,在1123~1323 K温度范围内,界面化学反应是两种球团还原反应的主要控速环节;添加生物质后,有利于界面化学反应的进行,使得球团的还原表观活化能由95.448 kJ·mol-1降低到68.131 kJ·mol-1.     

Non-isothermal reduction kinetics of titanomagnetite by hydrogen

Reduction of titanomagnetite (TTM) powders by H2-Ar gas mixtures was investigated under a non-isothermal condition by using a thermogravimetric analysis system. It was found that non-isothermal reduction of TTM proceeded via a dual-reaction mechanism. The first reaction was reduction of TTM to wüstite and ilmenite, whereas the second one was reduction of wüstite and ilmenite to iron and titanium dioxide. By using a new model for the dual reactions, which was in an analytical form and incorporated different variables, such as time, temperature, particle size, and hydrogen partial pressure, rate-controlling steps for the dual reactions were obtained with the apparent activation energies calculated to be 90–98 and 115–132 kJ/mol for the first and second reactions, respectively.     

氧化亚铁颗粒氢还原过程的结构演变

采用热重法实验研究了773~1273 K氧化亚铁的等温氢还原动力学,发现873 K温度以上,反应动力学曲线有明显转折,说明反应机理发生了变化.在973~1073 K的温度范围,出现了反常的温度效应,即反应速率随温度升高而减小.为讨论产物结构对反应动力学的影响,分别对不同温度的反应产物,以及一定温度不同还原状态(不同反应时间)的产物进行形貌观察.结果显示,随着反应温度升高,还原产物表面的孔洞增多,枝状特征显著增加,而973 K和1023 K时表面的烧结现象明显.一定温度下,随着反应进行,表面的孔洞增多,并逐渐出现烧结.973 K和1023 K温度条件下反应产物大体保留原来的大颗粒外形,而1173 K时还原2 min开始,就大量出现枝状产物,并逐渐烧结.结合产物形貌变化和反应动力学曲线,反应前期为界面化学反应控速,随着反应进行,还原的金属铁发生烧结现象,致密的结构阻碍了产物气体向外扩散,反应控速环节转变为产物气体的外扩散,还原速率也随之降低.     

热分析动力学研究新进展

结合笔者工作实际,简要介绍了热分析动力学研究现状,分别从试样控制、温度调制热分析技术,非线性积分等转化率、非线性微分等转化率、不变动力学参数法、非参数动力学法、多元非线性拟合及多温度模式预测固态反应过程数学处理法等方面综述了热分析动力学研究新进展,同时展望了该领域的发展趋势.     

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益,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益时,平均活化能为202.6 kJ·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益时,平均活化能为116.7 kJ·mol-1,为碳气化反应和FeO还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100益),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.     

氢还原竖炉的模拟分析

利用一组物料、热量守衡式及其他有关约束关系,建立了氢还原竖炉模拟模型,可定量考察消耗量、生成量和氮气、CO兑入成分、DRI金属化率、入炉煤气温度等的关系。模拟结果表明:兑入CO可使入炉煤气量从纯氢还原的1 650N·m3左右下降到1 200N·m3左右;当CO和H2的体积之比V(CO)/V(H2)约为0.6时,氮气兑入量约为0,竖炉能量利用最佳;当V(CO)/V(H2)体积比为0.3时,最佳氮气兑入成分约为11%;纯氢还原最佳氮气兑入成分约为25%;兑入氮气可以减少入炉氢气的量,但不能减少入炉气体的总量。对氢还原竖炉模拟结果可为其工艺设计、操作和节能等提供参考信息。     

Staged reaction kinetics and characteristics of iron oxide direct reduction by carbon

Staged reduction kinetics and characteristics of iron oxide direct reduction by carbon were studied in this work. The characteristics were investigated by simultaneous thermogravimetric analysis, X-ray diffraction (XRD), and quadrupole mass spectrometry. The kinetics parameters of the reduction stages were obtained by isoconversional (model-free) methods. Three stages in the reduction are Fe₂O₃→Fe₃O₄, Fe₃O₄→FeO, and FeO→Fe, which start at 912 K, 1255 K, and 1397 K, respectively. The CO content in the evolved gas is lower than the CO₂ content in the Fe₂O₃→Fe₃O₄ stage but is substantially greater than the CO₂ contents in the Fe₃O₄→FeO and FeO→Fe stages, where gasification starts at approximately 1205 K. The activation energy (E) of the three stages are 126–309 kJ/mol, 628 kJ/mol, and 648 kJ/mol, respectively. The restrictive step of the total reduction is FeO→Fe. If the rate of the total reduction is to be improved, the rate of the FeO→Fe reduction should be improved first. The activation energy of the first stage is much lower than those of the latter two stages because of carbon gasification. Carbon gasification and Fe_xO_y reduction by CO, which are the restrictive step in the last two stages, require further study.     

生物质与煤的混合燃烧实验研究

为了解生物质和煤的混燃特性,利用热天平对生物质、煤及其混合试样进行了热重实验研究,考察各试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,并对实验数据进行了分析处理,求出了反应的动力学参数活化能E和频率因子A.结果表明,同烟煤比较,生物质有较低的燃烧特征温度和较快的燃烧速率;在烟煤中加入生物质共燃后,着火燃烧提前,同时可以获得更好的燃尽特性.     

化学链燃烧中赤铁矿氧载体的本征反应动力学研究

本文对一种化学链燃烧所用赤铁矿氧载体进行了本征还原反应动力学研究。氧载体颗粒的比表面积及孔径分布测试显示此种氧载体的孔隙率为0.031,表明此种氧载体结构致密,孔隙结构不发达。热重反应器上进行的程序升温还原实验结果显示氧载体的还原反应分阶段进行,并确定第一还原阶段的温度测试窗口为400~650°C。在排除了氧载体颗粒内外扩散的影响后,批次流化床实验分析确定反应的本征活化能为138.55 k J/mol,指前因子为6.8×1013s-1。通过对内外扩散因素的分析,加深了对此种氧载体颗粒与CO的宏观反应特性的认识。本研究结论与前人关于缩核模型、外扩散控制以及较小的表观活化能的研究结论具有良好的相容性。     

城市污水污泥热解和燃烧的实验研究

利用热重分析仪对城市污水污泥分别在氮气和空气气氛下进行热解和燃烧特性实验研究,分析了污泥在不同气氛条件下热解及燃烧的反应机理,并采用微分法确定了燃烧反应的机理方程,求出污水污泥反应动力学参数活化能和频率因子.实验研究的结果为污泥流化床焚烧炉的设计计算提供理论依据.