铁氧化物碳还原最小能耗及CO2最低排放.ppt
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1、铁的氧化物碳还原的最小能耗及CO2最低排放,郭汉杰 教授北京科技大学Email:,2023/7/10,1,目录,1 氧化铁碳还原最理想的热力学模型1.1 C还原铁的氧化物的理论消耗及CO2排放1.2 理想的铁氧化物碳还原过程趋势推测 碳素还原Fe2O3的趋势 碳素还原Fe3O4的反应趋势 碳素还原FeO的反应趋势2 C的气化与氧化铁还原2.1 CO2气化C的热力学计算2.2 H2O气化C的计算2.3 碳的气化与还原铁氧化物同时考虑3 从Hess循环看现代高炉炼铁3.1 现代高炉冶炼的理论能耗计算3.2 实际高炉流程能耗与理论能耗的对比3.3 关于还原过程能源效率的讨论4 结论,2023/7/1
2、0,2,引言,热力学原理来说,到底碳还原制取铁的限度是多少?本研究针对铁的氧化物的碳还原,设计几种在热力学上可能实现的热力学理论模型,提出碳还原过程的碳消耗和CO2排放的极限,以便在进行减碳的工艺设计时有明确的目标。,2023/7/10,3,当前世界范围都在关心“低碳”的问题,而钢铁的低碳革命被摆在首要位置。,欧盟启动了低碳制钢的ULCOS计划,提出了20年低碳路线图。,就炼铁的方法来说,ULCOS开发的Hisarna6和碱性电解炼铁工艺7等无疑都在最大限度降低工艺过程的碳消耗,以取得最低的CO2排放。,日本拟定了低碳排放工业技术路线图及“冷地球50”的COURSE50计划。,1 氧化铁碳还原
3、最理想的热力学模型,最理想的铁的氧化物碳还原的热力学原理组元数C=5,分别为FexOy、CO2、O2、Fe、C;元素数m=3,分别为:Fe、C、O;所以在这个体系中独立的化学反应数为:r=C m=5-3=2因此从热力学理论上用两个独立化学反应描述氧化铁的碳还原的始态和末态实际上就反映了全部的工艺过程。而理论上还原铁的氧化物所需的碳分为两部分:,2023/7/10,4,利用热力学的Hess定律,2023/7/10,5,可以看出,这是一个想象中最理想的碳还原氧化铁的理论模型,其中的能源消耗分为两个部分:1)按照反应(1-1)还原的化学计量所需要的碳素;2)由碳的完全燃烧反应(1-2)提供给反应(1
4、-1)需要的化学热所消耗的碳素;3)CO2的排放由反应(1-1)及(1-2)的化学计量算出。,1.1 C还原铁的氧化物的理论消耗及CO2排放,2023/7/10,6,1.1 C还原铁的氧化物的理论消耗及CO2排放,1)计算1Kg的碳素和1Kg标煤的区别和换算在工业统计时一般都用标准煤Ce的概念,有必要推算标准煤Ce和碳素C热值的关系。1Kg碳素完全燃烧的发热量为:而1Kg标煤的发热量的定义为:这样的话,如果按照发热值计算,1Kg标煤Ce与1Kg碳素C的换算为:可以将碳素还原铁的氧化物的理论消耗折算为标煤,最理想的氧化铁碳还原理论碳耗为252.4KgCe/吨铁。2)CO2的生成碳素还原产生的CO
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- 氧化物 还原 最小 能耗 CO2 最低 排放
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