Global warming is one of the most important challenges that we are facing today. Since carbon dioxide (CO2) is by far our most common green house gas pollutant, most large corporations need to reconsider how their production is performed to keep the global warming below 2 ◦C. Today the steel production in Sweden accounts for 10% of its total annual emission of CO2. HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) is a joint venture between LKAB, SSAB and Vattenfall which aims to develop a new iron making route by reducing iron ore pellets with hydrogen gas, producing water as off-gas instead of CO2. Due to the endothermic nature of the reduction between iron oxide and H2 the reaction requires energy to proceed. During the reduction of a spherical pellet the reduction proceeds through dif- ferent stages, where all of them contains the reaction product of water vapor. This thesis will present and discuss the effect of water vapor during the reduction of a single hematite pellet at 700 ◦C and 900 ◦C, this report also includes a description of the making of an ex- perimental setup to control the H2O partial pressure in the reaction gas. Both temperatures includes three experiments each consisting of different amount of water vapor in the reduction gas, namely, 0% (pure H2), 5.5% and 10% H2O, all reductions were carried out for 60 minutes. The first experiment with pure H2 is used as a reference experiment as comparison to the latter, to be able to discuss the effect of the water vapor. The mass loss during reduction is measured using a thermogravimetric method to calculate the degree of reduction. The results showed that higher temperature led to higher rate of reduction. Further, increasing amount of water vapor decreased the reduction rate. The effect of water was found substantial. The 900 ◦C experiments reached 100% reduction during the 60 minutes. The 900 ◦C experiments reached a reduction of 95% after: 19.6 minutes (pure H2), 23.7 minutes (5.5% H2O) and 38.6 minutes (10% H2O). The 700 ◦C experiments only reached a reduction of around 90%. They reached 85% reduction after 40.6 minutes (pure H2), 45.1 minutes (5.5% H2O) and 53.2 minutes (10% H2O). At 900 ◦C, the reduction with 10% H2O needs double the time compared to 0% H2O to reach the same degree of reduction. The results show that water vapor affect the mass transfer of hydrogen in the gas phase and to the reaction sites as well as the driving force of the reaction. / Global uppvärmning ar en av de viktigaste utmaningarna vi står inför idag. Eftersom koldioxid (CO2) är vår överlägset mest förorenande växthusgas måste de flesta stora företag överväga hur deras produktion utförs for att hålla den globala uppvärmningen under 2 C. Idag står stålproduktionen i Sverige för 10% av de årliga koldioxidutsläppen. HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) är ett gemensamt forskningsprojekt mellan LKAB, SSAB och Vattenfall som utvecklar en ny järnframställningsväg genom att reducera järnmalmspellets med vätgas och producera vatten som avgas istället för CO2. På grund av den endotermiska naturen vid reducering av järnoxid med H2, kräver reaktionen energi för att fortgå. Under reduceringen av en sfärisk pellet fortskrider reduktionen genom olika steg, där alla innehåller reaktionsprodukten vattenånga. Denna avhandling kommer att presentera och diskutera effekten av vattenånga under reduktionen av en hematitpellet vid 700 C och 900 C, samt en experimentell inställning för att kontrollera H2O partialtrycket i reaktionsgasen. Båda temperaturerna inkluderar tre experiment som var och en består av olika mängder vattenånga i reduktionsgasen, nämligen 0% (ren H2), 5,5% och 10% H2O, alla reduktioner var på 60 minuter. Det första experimentet med ren H2 används som referensexperiment som jämförelse med senare for att kunna diskutera effekten av vattenångan. Massminskningen under reduktion mäts med hjälp av en termogravimetrisk metod för att beräkna reduktionsgraden. Resultaten visade att högre temperatur ledde till högre reduktionshastighet. Vidare minskade den ökande mängden vattenånga reduktionshastigheten. Effekten av vatten befanns vara betydande. 900 C experimentet uppnådde en reduktion på 100% efter 60 minuter. 900 C nådde en reduktion pa 95% efter 19,6 minuter (ren H2), 23,7 minuter (5,5% H2O) och 38,6 minuter (10% H2O). 700 C experimenten nådde endast en reduktion på cirka 90% med 85% reduktion efter 40,6 minuter (ren H2), 45,1 minuter (5,5% H2O) och 53,2 minuter (10% H2O). Vid 900 C behöver reduktionen med 10% H2O dubbla tiden jämfört med 0% H2O för att uppnå samma grad av reduktion. Resultaten visar att vattenånga påverkar masstransporten av väte i gasfasen och till reaktionspunkterna, liksom reaktionens drivkraft.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-293914 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Welander, Henrik |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:83 |
Page generated in 0.0025 seconds