第5期 刘锦周等：氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为 ·595· 3中煤气加热析碳反应随温度的变化现象正好相 (b) 对应. 2.2C02含量对析碳反应的影响 表1中的煤气成分属于高炉炉顶循环煤气完全 脱除CO2后的煤气，可是实际上由于脱除技术的限 制，C02会有部分剩余.另外，由于C02的存在有利 于碳的气化反应(Boudouard reaction的逆反应)，所 以从理论上随着CO2含量的增加析碳量也应该会 图7在500℃时C02的体积分数对析碳反应的影响效果(I一 逐渐减少阁.根据韩毅华等的建立的氧气高炉综 析碳反应前：Ⅱ一析碳反应后).(a)0%;(b)3%:(c)5% Fig.7 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 500 合数学模型，循环煤气中C02的体积分数为5%. C (I.before carbon deposition:II.behind carbon deposition): 同时，根据表1中的实验成分，保持C0和H2分压 (a)0%:(b)3%:(c)5% 不变，用5%C0,代替部分N2并使用图1中的实验 装置进行实验，发现在500℃时含5%C02的析碳 0%、5%和8%的析碳量和析碳效果.从图中可看 量几乎为零，而600℃时含5%C02的析碳量明显 出，随着C02的体积分数从0增加到8%，析碳效果 增加.所以根据实验结果为了深入研究500℃和 明显减弱，析碳量也几乎为零，与以上500℃时C02 600℃时C02含量对析碳反应的影响规律，分别在 的抑制规律一致.此外，也可以看出温度为600℃ 500℃时C02的体积分数为0%、3%、5%和600℃ 时当C02的体积分数提高到8%时才可以完全抑制 时C02的体积分数为0%、5%、8%情况下进行了析 析碳，阻止碳颗粒的生成.与500℃时C02含量对 碳反应实验，在实验过程中始终保持C0和H,分压 析碳反应的影响相比，说明600℃时C02对析碳反 不变，用CO2代替部分N2· 应抑制作用较弱 2.2.1500℃时C02含量对析碳的影响 0.075 图6和图7分别为500℃时C02体积分数为 0.060 0%、3%和5%的析碳量和析碳效果.从图中可以看 0.045 出随着C02含量的增加析碳量减少，说明在500℃ 0.030 时提高CO2的体积分数对析碳反应有明显地抑制 0.015 作用，由于C02是析碳反应的生成物，生成物的增 04 加必然导致反应往逆反应的方向进行，所以C02增 246 加所起到的抑制作用符合化学反应规律.同时也可 C0,的体积分数/隆 以从析碳效果中观察到当C0,的体积分数为5%时 图8在600℃时C02的体积分数对析碳反应的影响 反应后石英管中已无任何现象，说明氧气高炉循环 Fig.8 Influence of CO,volume fraction on carbon deposition at 煤气加热中5%C02就完全可以抑制析碳的速率. 600℃ 0.075 (b) 0.060 0.030 0.015 0 234 C0.的体积分数 图9在600℃时C02的体积分数对析碳反应的影响效果(I一 析碳反应前：Ⅱ一析碳反应后).(a)0%:(b)5%:()8% 图6在500℃下C02的体积分数对析碳反应的影响 Fig.9 Influence of CO,volume fraction on carbon deposition at 600 Fig.6 Influence of CO,volume fraction on carbon deposition at C(I.before carbon deposition:II.behind carbon deposition): 500℃ (a)0%:(b)5%:(c)8% 2.2.2600℃时C02含量对析碳的影响 在以上实验结果中发现在500℃和600℃时 图8和图9分别为600℃时C02的体积分数为 CO2含量对析碳反应的影响不同，所以进行对比分第 5 期 刘锦周等: 氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为 3 中煤气加热析碳反应随温度的变化现象正好相 对应． 2. 2 CO2 含量对析碳反应的影响 表 1 中的煤气成分属于高炉炉顶循环煤气完全 脱除 CO2 后的煤气，可是实际上由于脱除技术的限 制，CO2 会有部分剩余． 另外，由于 CO2 的存在有利 于碳的气化反应( Boudouard reaction 的逆反应) ，所 以从理论上随着 CO2 含量的增加析碳量也应该会 逐渐减少［18］． 根据韩毅华等［15］建立的氧气高炉综 合数学模型，循环煤气中 CO2 的体积分数为 5% ． 同时，根据表 1 中的实验成分，保持 CO 和 H2 分压 不变，用 5% CO2 代替部分 N2 并使用图 1 中的实验 装置进行实验，发现在 500 ℃ 时含 5% CO2 的析碳 量几乎为零，而 600 ℃ 时含 5% CO2 的析碳量明显 增加． 所以根据实验结果为了深入研究 500 ℃ 和 600 ℃ 时 CO2 含量对析碳反应的影响规律，分别在 500 ℃时 CO2 的体积分数为 0% 、3% 、5% 和 600 ℃ 时 CO2 的体积分数为 0% 、5% 、8% 情况下进行了析 碳反应实验，在实验过程中始终保持 CO 和 H2 分压 不变，用 CO2 代替部分 N2 ． 2. 2. 1 500 ℃时 CO2 含量对析碳的影响 图 6 和图 7 分别为 500 ℃ 时 CO2 体积分数为 0% 、3% 和 5% 的析碳量和析碳效果． 从图中可以看 出随着 CO2 含量的增加析碳量减少，说明在 500 ℃ 时提高 CO2 的体积分数对析碳反应有明显地抑制 作用，由于 CO2 是析碳反应的生成物，生成物的增 加必然导致反应往逆反应的方向进行，所以 CO2 增 加所起到的抑制作用符合化学反应规律． 同时也可 以从析碳效果中观察到当 CO2 的体积分数为 5% 时 反应后石英管中已无任何现象，说明氧气高炉循环 煤气加热中 5% CO2 就完全可以抑制析碳的速率． 图 6 在 500 ℃下 CO2 的体积分数对析碳反应的影响 Fig． 6 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 500 ℃ 2. 2. 2 600 ℃时 CO2 含量对析碳的影响 图 8 和图 9 分别为 600 ℃时 CO2 的体积分数为 图 7 在 500 ℃时 CO2 的体积分数对析碳反应的影响效果( Ⅰ— 析碳反应前; Ⅱ—析碳反应后) ． ( a) 0% ; ( b) 3% ; ( c) 5% Fig． 7 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 500 ℃ ( Ⅰ． before carbon deposition; Ⅱ． behind carbon deposition) : ( a) 0% ; ( b) 3% ; ( c) 5% 0% 、5% 和 8% 的析碳量和析碳效果． 从图中可看 出，随着 CO2 的体积分数从 0 增加到 8% ，析碳效果 明显减弱，析碳量也几乎为零，与以上 500 ℃ 时 CO2 的抑制规律一致． 此外，也可以看出温度为 600 ℃ 时当 CO2 的体积分数提高到 8% 时才可以完全抑制 析碳，阻止碳颗粒的生成． 与 500 ℃ 时 CO2 含量对 析碳反应的影响相比，说明 600 ℃ 时 CO2 对析碳反 应抑制作用较弱． 图 8 在 600 ℃时 CO2 的体积分数对析碳反应的影响 Fig． 8 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 600 ℃ 图 9 在 600 ℃时 CO2 的体积分数对析碳反应的影响效果( Ⅰ— 析碳反应前; Ⅱ—析碳反应后) ． ( a) 0% ; ( b) 5% ; ( c) 8% Fig． 9 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 600 ℃ ( Ⅰ． before carbon deposition; Ⅱ． behind carbon deposition) : ( a) 0% ; ( b) 5% ; ( c) 8% 在以上实验结果中发现在 500 ℃ 和 600 ℃ 时 CO2 含量对析碳反应的影响不同，所以进行对比分 · 595 ·