为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9%,总还原度的平均误差为11.2%.研究表明：铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23%,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95%和40%;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1~2 mm.
本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H2还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe2O3/Al2O3载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500-1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H2还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500-950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500-950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段（Fe2O3-Fe3O4/Fe O,还原转化率〈25%）可采用二阶反应模型（M2）拟合,得到表观活化能为E=36.018 k J·mol-1,指前因子为A0=1.053×10-2s-1;第二反应阶段（Fe3O4/Fe O-Fe,还原转化率〉25%）采用收缩核模型（M4）拟合,得到的表观活化能为E=51.176 k J·mol-1,指前因子为A0=1.066×10-2s-1.
