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November 2014
Marco Knepper
Untersuchungen zur Reaktionskinetik und Umsetzung von Reduktionsmitteln im Hochofen und Einschmelzvergaser
In dieser Arbeit wurde die Umsetzung und Reaktionskinetik von Reduktionsmitteln im Hochofen und Einschmelzvergaser untersucht, analysiert und diskutiert. Ziel ist es zum einen die makroskopische und mikroskopische Umsetzung von Kunststoffen beim Einblasen in den Hochofen systematisch zu untersuchen, zum anderen die Umsetzungsmechanismen von Kohlebriketts im Corex® Einschmelzvergaser zu ermitteln.
Durch Untersuchungen im Labormaßstab bis hin zu Pilotversuchen wurden sowohl die Grundlagen der Umsetzung als auch spezifischen Faktoren der Umsetzung unter betriebsnahen Zuständen ermittelt.
Die Umsetzung von C-haltigen Reduktionsmitteln im Einschmelzvergaser wurde durch die Simulation der Bedingungen Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung untersucht. Die Brikettierung stellt eine sinnvolle Nutzung von Feinkohle insbesondere im Corex®-Prozess dar. Unter der Voraussetzung ausreichender mechanischer Eigenschaften ist es möglich diese Briketts einzusetzen, die ähnlich den bisher eingesetzten Stückkohlen reagieren. Der Binder der Briketts nimmt vor allem auf die Reaktion unter CO₂ bedeutenden Einfluss.
Für die Umsetzung der Kunststoffe wurde ein dreischrittiger Reaktionsmechanismus ermittelt, in dem den radikalischen Zersetzungsreaktionen besondere Bedeutung zukommt. In den dynamischen Versuchen wurde eine oberflächenbasierte Reaktion festgestellt, die gegenüber der Diffusion dominiert. Obwohl die Kunststoffe sehr gute Voraussetzung für die vollständige Umsetzung bieten, werden diese aufgrund der Kinetik beim Einblasen nicht immer vollständig umgesetzt und müssen in Sekundärreaktionen weiter reagieren. Mit Einsatz von recycelten Kunststoffen geht durch die Nutzung von Wasserstoff und die Ressourcenschonung ein positiver Umweltaspekt einher.
Durch Untersuchungen im Labormaßstab bis hin zu Pilotversuchen wurden sowohl die Grundlagen der Umsetzung als auch spezifischen Faktoren der Umsetzung unter betriebsnahen Zuständen ermittelt.
Die Umsetzung von C-haltigen Reduktionsmitteln im Einschmelzvergaser wurde durch die Simulation der Bedingungen Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung untersucht. Die Brikettierung stellt eine sinnvolle Nutzung von Feinkohle insbesondere im Corex®-Prozess dar. Unter der Voraussetzung ausreichender mechanischer Eigenschaften ist es möglich diese Briketts einzusetzen, die ähnlich den bisher eingesetzten Stückkohlen reagieren. Der Binder der Briketts nimmt vor allem auf die Reaktion unter CO₂ bedeutenden Einfluss.
Für die Umsetzung der Kunststoffe wurde ein dreischrittiger Reaktionsmechanismus ermittelt, in dem den radikalischen Zersetzungsreaktionen besondere Bedeutung zukommt. In den dynamischen Versuchen wurde eine oberflächenbasierte Reaktion festgestellt, die gegenüber der Diffusion dominiert. Obwohl die Kunststoffe sehr gute Voraussetzung für die vollständige Umsetzung bieten, werden diese aufgrund der Kinetik beim Einblasen nicht immer vollständig umgesetzt und müssen in Sekundärreaktionen weiter reagieren. Mit Einsatz von recycelten Kunststoffen geht durch die Nutzung von Wasserstoff und die Ressourcenschonung ein positiver Umweltaspekt einher.
Schlagwörter: Hochofen; Corex; Schmelzvergaser; Direktreduktion; Reduktion; Kunststoffeinblasen; Reaktionskinetik
Berichte aus dem Institut für Eisenhüttenkunde
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Bleck, Prof. Dr.-Ing. U. Krupp, Prof. Dr.-Ing. S. Münstermann und Prof. Dr.-Ing. D. Senk, Aachen
Band 2014,8
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Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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