氢冶金原理 -——碳、氢还原冶铁的热力学原理
刘帅1
李彬2
郭汉杰3
1.北京工商大学 计算机与人工智能学院,北京 1000482.西安建筑科技大学 冶金工程学院,陕西 西安 7100553.北京科技大学 冶金与生态工程学院,北京 100083
摘要：在全球碳中和目标驱动下,钢铁工业亟需低碳冶金技术革新.本文基于热力学最小自由能原理,构建了铁氧化物碳还原与碳-氢协同还原理论模型,量化分析了还原剂消耗、能耗及碳排放极限.研究表明:氢还原吨铁需53.7 kg H2 及 878.4 MJ热量,对应碳排放仅为H2 O,较传统碳还原碳排放强度降低97%,节能率达80.6%.碳-氢协同还原可降低 20%～40%碳耗,高温(>810℃)下氢气还原效率较CO提升30%～50%,且温度每升高100℃,氢利用率增加 8%～12%.碳循环与氢循环在>1 000℃及C/CO2 摩尔比>1.5 时协同作用显著,平衡转化率达99%,双循环耦合可额外减排0.3～0.5 t CO2/t Fe.提出了高炉富氢冶炼工艺优化路径,综合减排潜力达30%～40%.本研究为氢冶金工业化及钢铁低碳转型提供了关键理论支撑.
关键词：氢冶金碳-氢协同最小自由能碳排放循环机制
分类号：TF111(冶金技术)
论文发表日期：2025-01-20
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 1-11 )
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