Menteş yöresi hematit cevherinin akışkan yatak reaktörde direkt indirgenme kinetiğinin belirlenmesi
Determination of direct reduction kinetics of Menteş hematite ore in fluidized bed reactor
Yazar: ELAF ABDULAMEER TAHER ALSALIHI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NESİBE DİLMAÇ
Çankırı Karatekin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Akışkan yatak = Fluidized bed ; Hematit = Hematite ; Reaksiyon kinetiği = Reaction kinetics ; Sünger demir = Sponge iron ; İndirgeme = Reduction

Özet:
Sunulan çalışma kapsamında Kayseri ili Menteş yöresinden temin edilen demir cevheri kalsine edilmiş, ardından laboratuvar ölçekli akışkan yatak reaktörde 800 ºC, 850 ºC ve 900 ºC proses sıcaklıklarında, farklı bileşimlerde CO ve/veya H2 içeren ve minimum akışkanlaşma debisinin 6 katındaki akış hızına sahip olan gaz karışımları ile indirgenmiştir. Deneyler sırasında cevherin anlık dönüşümü, reaktörü terkeden bacagazının bileşimini eş zamanlı olarak kaydeden gaz analizörü verilerinden hesaplanmıştır. Öte yandan, cevherin deney sonunda eriştiği nihai indirgenme ve metalleşme dereceleri kimyasal analiz yoluyla belirlenerek, gaz analizi ile hesaplanan nihai değerlerle karşılaştırılmış ve her iki yöntemle ulaşılan sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür. Çalışma kapsamında %25 CO, %25 H2, %50 N2 içeren indirgen gaz karışımı ile 800 º C ve 850 ºC sıcaklıklarda indirgenen numunelerde tam indirgenme ve metalleşmeye ulaşılmıştır. Diğer deneylerde metalleşme derecesi, indirgen gaz akımı içindeki H2 miktarıyla orantılı olarak %62-100 arasında değişmiş, çalışılan tüm gaz bileşimleri için en düşük dönüşüm değerleri 900 ºC'de kaydedilmiştir. Bu durumun ortaya çıkmasında yüksek sıcaklıktan ileri gelen sinterleşme etkili olmuştur. Çalışmanın son kısmında Menteş demir cevherinin akışkan yatak şartlarında gaz reaktantlarla indirgenme kinetiğinin "İki Boyutlu Difüzyon, D2(α)" (g(α)=(1-α)ln(1-α)+α=ki.t) modeline uyduğu belirlenmiş, hesaplanan 19,73 kJ/mol'lük aktivasyon enerjisi değeri de bu bulguyu desteklemiştir.

Abstract:
Within the scope of this study, the iron ore obtained from the Menteş region of Kayseri province was calcined. Afterwards the calcined ore was reduced at 800 ºC, 850 ºC and 900 ºC process temperatures in a laboratory scale fluidized bed reactor  with gas mixtures containing various amounts of CO and/or H2 at flow rate of 6 times the minimum fluidization velocity. The instantaneous conversion of the ore during the experiments was calculated from the gas analyzer data, which simultaneously recorded the composition of the flue gas leaving the reactor. On the other hand, the final reduction and metallization degrees of the ore at the end of the experiment were determined by chemical analysis and compared with the final values calculated by gas analysis, and the results obtained by both methods were found to be compatible. Within the scope of the study, full reduction and metallization was achieved in the samples reduced at 800 ºC and 850 ºC with the reducing gas mixture containing 25% CO, 25% H2, 50% N2. In other experiments, the degree of metallization varied between 62-100% in proportion to the amount of H2 in the reducing gas stream, and the lowest conversion values were recorded at 900 ºC for all gas compositions studied. The sintering caused by high temperature was effective in the emergence of this situation. In the last part of the study, it was determined that the reduction kinetics of Menteş iron ore with gas reactants under fluidized bed conditions fit the "Two Dimensional Diffusion, D2(α)" (g(α)=(1-α)ln(1-α)+α=ki.t) model. The calculated activation energy value of 19.73 kJ/mol also supported this finding.