We are facing an important challenge, to reduce the greenhouse gas emissions to make sure that we limit global warming to 2 °C, preferably 1.5 °C. Drastic changes and developing new methods may be our only chance to keep global warming under 1.5 °C. The steel production in Sweden today accounts for 10% of the CO2 emission. The joint venture HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology), between SSAB, LKAB and Vattenfall, aims to reduce the CO2 emission by developing a method that reduces iron ore pellets with hydrogen gas, leaving only water as off-gas. From simple thermodynamic calculations, it is evident that the reduction of iron ore using hydrogen gas is an endothermic reaction, requiring heat. Based on the calculated energy requirement, the temperature at the center of the pellet should not be the same as the temperature at the surface of the pellet but instead, decrease as the reduction reaction takes place. This report presents the temperature profile at the surface and in the center of a hematite pellet during hydrogen reduction at temperatures of 600 °C, 700 °C, 800 °C and 900 °C. Ideally, the results can be implemented in a model to better simulate the reduction reaction taking place inside a hematite pellet. The experiment consists of three sub-experiments, the first measures the temperature profile of the unreduced iron ore pellet in an argon gas atmosphere, secondly, the temperature profile and mass loss are measured during reduction, lastly, the temperature profile is measured for the reduced pellet in a hydrogen atmosphere. The mass loss measured during hydrogen reduction is used to calculate the degree of reduction. The results show that the reaction rate increases with increasing temperature and concentration of H2. Additionally, a higher reduction temperature gives the largest temperature decrease inside the pellet during reduction. At 900 °C, the temperature decrease is equal to 39 °C and at 600 °C, it is equal to 3 °C. The results prove that after a certain initial stage, gas diffusion and heat conduction through the product layers play important roles in controlling the reaction rate. There is even a period where a plateau of the reduction is observed, the reaction is mostly controlled by heat transfer. / Idag står vi inför en viktig utmaning, att minska utsläppen av växthusgaser och se till så att vi inte överskrider 2 °C uppvärmning, helst inte 1.5 °C. För att klara detta krävs drastiska förändringar och utvecklingar av nya metoder kan vara vår enda chans att uppnå 1.5-gradersmålet. Ståltillverkningen i Sverige idag står för 10% av CO2 utsläppen och för att bidra till att minska utsläppen av CO2 har företaget HYBRIT, vilket står för Hydrogen Brakethrough Ironmaking Technology, skapats. HYBRIT är en joint venture mellan SSAB, LKAB och Vattenfall som tillsammans vill skapa stål på ett mer miljövänligt sätt. Processen går ut på att reducera järnmalmspellets med hjälp av vätgas för att producera järnsvamp och ge ifrån sig vatten som avgas. Från enkla termodynamiska beräkningar är det lätt att inse att reduktionen med hjälp av vätgas är en endoterm process, som kräver energi. Det är genom denna kunskap som en kan föreställa sig att reduktionen av järnmalmspellets med hjälp av vätgas kommer bidra till en temperaturminskning. I denna rapport har temperaturprofilen inne i och på ytan av en hematitpellet mätts under tiden som den blivit reducerad med vätgas. Idealt kan resultaten implementeras i en modell för att bättre simulera reduktionsreaktionen som äger rum i en hematitpellets. Fyra olika reduktionstemperaturer har undersökts: 600 °C, 700 °C, 800 °C och 900 °C. Experimenten består av tre del-experiment, först mäts temperaturprofilen av den oreducerad hematitpelletsen i en argonatmosfär, sedan mäts viktminskningen och temperaturprofilen av pelleten medan den reduceras i en vätgasatmosfär, slutligen mäts temperaturprofilen av den reducerade pelleten i en argonatmosfär. Viktminskningen under reduktionen används för att beräkna reduktionsgraden under reduktionsförloppet. Resultaten visade att reduktionshastigheten ökade med ökande temperatur och koncentration av H2. Ökad temperatur gav även den största temperaturminskningen inne i pelleten då den reducerats med vätgas. Vid 900 °C uppmätes en temperaturminskning på 39 °C, varav reduktion vid 600 °C gav en temperaturminskning på 3 °C. Resultaten visar att efter en viss tids reduktion, spelar gasdiffusionen och värmeledningen genom produktlagret en viktig roll och är det som begränsar reduktions-hastigheten. Fortsatt, då hematitpelleten reducerades uppstod en platå där temperaturen var konstant och reaktionen till största delen var begränsad av värmeledningen genom produktlagret.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-266983 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Brännberg Fogelström, Julia |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 658 |
Page generated in 0.0027 seconds