Влияние добавок H2O

В работе ставилась задача уточнить влияние добавок H2O и CO2 на ход восстановления агломератов окисью углерода при переменной температуре в слое материалов и при массовой скорости газового потока, приближающейся к наблюдаемой в доменных печах.

Опыты проводили по описанной выше методике на установке в интервале температур 400 900°С с тремя типами железорудных материалов крупностью 2 3 мм. Материалы при прочих равных условиях опытов восстанавливали сухой смесью 40% СО+60% N2 и влажными смесями, содержавшими 1,4; 3,0; 5,0 и 10,0% H2O. Водяной пар вводили в смесь за счет азота при постоянной во всех случаях концентрации восстановителя (40% 00).

Из работы следует, что эффект торможения добавками H2O и CO2 существенно снижается с ростом температуры. Такой вывод закономерен в опытах с применением вакуумной методики, когда торможение процесса обусловлено главным образом адсорбционными явлениями. Температура и концентрация H2O по-разному сказываются на изменении интенсивности восстановления различных материалов.

Небольшие добавки водяного пара (до 5%) мало влияют на результаты восстановления окатышей с высоким содержанием гематита в начальных стадиях процесса (при 400 600°С), когда протекает преимущественно превращение Fe20, Fe3C4. Скорость восстановления агломерата В гораздо ниже, чем для материалов А и Б, и она растет непрерывно вплоть до 900°С, при которой скорости восстановления всех материалов нивелируются.

Одновременно с торможением восстановления водяной пар существенно замедляет реакцию распада окиси углерода, которую наблюдали, как и в исследованиях, при 500 и 600°С. Начиная с 700°С отложившийся ранее сажистый углерод участвовал в восстановлении окислов железа, но вплоть до 900°С обычно успевало реагировать не более 50 60% этого углерода. Подобная картина наблюдалась и на противоточной установке.

Роль реакции водяного газа: В предварительном исследовании установлено, что при 500°С и выше агломераты оказывают заметное каталитическое действие на реакцию водяного газа. Каталитическая активность материалов возрастает с увеличением восстановимости.

С повышением содержания паров воды в исходном газе степень их превращения по реакции уменьшается. Для каждого материала при одинаковой температуре отношение "констант скорости реакций сравнительно постоянно и мало зависит от концентрации водяного пара в исходном газе. Следовательно, выражение в какой-то мере характеризует отношение действительных констант скоростей реакций. Во всех случаях константы скорости для реакции значительно больше, чем для реакции.

Иначе говоря, из двух параллельно протекающих конкурирующих процессов восстановления паров воды и окислов железа окисью углерода первый в среднем развивается значительно быстрее второго. С повышением температуры (для окатышей А и агломерата Б от 400 до 700°С, а для агломерата В от 400 до 900°С) отношение констант скоростей уменьшается. Это свидетельствует о том, что скорость реакции растет с повышением температуры слабее, чем скорость реакции, и кажущаяся энергия активации третьей реакции меньше, чем у первой.

При одинаковых температурах (в упомянутых температурных интервалах) отношение констант скорости понижается с ростом восстановимости железорудного материала. Следовательно, кинетические характеристики реакции (Водяного газа для разных материалов различаются между собой меньше, чем реакций восстановления окислов. Для окатышей А и агломерата Б выше 700°С, а для агломерата В при 900°С отношения ks/k примерно одинаковы и не зависят от природы железорудного материала, что свидетельствует о высокой степени достижения системой равновесия.

Отношение суммарных концентраций 2CO2/2СО в отходящем газе в интервале температур 400 900°С мало зависит от исходной влажности газа. Для каждого железорудного материала в соответствии с его восстановимостью и содержанием в нем гематита устанавливается более или менее постоянное суммарное количество CO2, образующейся по трем параллельным реакциям.

Интенсивное развитие реакции водяного газа и увеличение по мере роста содержания водяного пара в исходном газе количества СОг, возникающей по этой реакции, ведет к уменьшению количества ССЬ, которое может образоваться в результате восстановления окислов железа. В этом заключается одна из причин тормозящего действия Н2О на восстановление окисью углерода.

Вследствие реакции водяного газа снижается концентрация окиси углерода и взамен получается эквивалентное количество водорода, который, казалось, мог бы интенсифицировать восстановление по кинетическим причинам. Однако при низких температурах (400 600°С), в особенности на агломератах Б и В, эта реакция далека от равновесия. Отношение остаточной концентрации паров воды к концентрации возникшего водорода выше равновесных для реакций (восстановления Fe304 и FeO водородом, который, таким образом, вообще не может участвовать в восстановлении.

При этих температурах образующийся по реакции водород не может ускорить и необратимое превращение Яе20з Fe304, поскольку окись углерода для этой ступени восстановления обладает кинетическими преимуществами перед водородом. При более высоких температурах в связи с ускорением реакций состав газа в слое приближается к равновесному по отношению к этим реакциям. На результатах процесса начинает заметно сказываться восстановительный потенциал газовой смеси (термодинамический фактор), который не зависит от степени развития реакции водяного газа.

Таким образом, водород, возникающий из H2O по реакции водяного газа, не может интенсифицировать восстановление в слое. Роль более быстрой реакции водяного газа при восстановлении окисью углерода заключается в том, что она определяет состав газа в реакционном пространстве. При пониженных температурах, когда системы далеки от равновесия и наблюдаемые результаты обусловлены в основном адсорбционными явлениями, эффект торможения восстановительных процессов добавками H2O зависит от степени развития на разных материалах реакции.

    Пока нет новостей