1000℃條件下焦炭在H2O@CO2氣氛中的溶損特性
1000℃條件下焦炭在含水氣氛中的反應性分析
從1000℃下焦炭在H2O@N2氣氛中的反應性測試結果可以看出，随着反應溫度的進一步降低，焦炭在純氣氛中的反應性繼續降低，1000℃時在H2O@N2氣氛中的反應性仍然随水蒸氣比例的增加而逐漸升高，在相同的氣氛條件下四種焦炭的反應性也明顯不同，添加了催化劑焦炭的反應性要高于基礎焦炭的反應性，僅添加單種催化劑的BC+Fe焦炭和BC+Ca焦炭的反應性差距較小，說明随着反應溫度的降低化學反應速率是水瓦斯反應的主要限制環節，Ca/Fe添加劑雖然保持着催化活性，但是受制于溫度的影響二者對水瓦斯反應的催化效果并沒有表現出明顯的差異性，而添加了Ca&Fe混合催化劑的焦炭與僅添加單種催化劑的焦炭相比反應性則更高，Ca&Fe混合催化劑對水瓦斯反應仍然保持着協同催化的效果。
焦炭在1000℃H2O@CO2氣氛中的反應性急劇下降，但是與中高溫（1100、1200℃）條件下的變化趨勢依舊相同，焦炭的反應性随着水蒸氣含量的增加呈現逐漸升高的趨勢。這可能是由于反應溫度較低，一方面碳溶反應和水瓦斯反應均難以發生，另外H2O和CO2之間可能仍然存在互相競争的作用，并且由于兩個反應溶損速率很慢，競争作用增強，最終導緻反應性大幅下降。
1000℃H2O@CO2氣氛中H2O和CO2的互相作用
計算了1000℃時焦炭在H2O@CO2氣氛下與H2O和CO2分别反應的理論反應性（PRIcal）并與實測反應性進行了對比分析，從H2O@CO2氣氛中焦炭反應性的理論值與實驗值變化趨勢可知，1000℃條件下焦炭在混合氣氛中的實際反應性仍然與理論值存在較大差距，H2O和CO2之間仍然存在強烈的競争關系。
1000℃時，焦炭在混合氣氛中發生溶損反應過程，碳溶反應碳素溶損率和水瓦斯反應碳素溶損率計算結果可以看出，在少量H2O（10%）的條件下，由于溫度的降低和CO2對水瓦斯反應的抑制作用，焦炭與水蒸氣幾乎不發生反應，水瓦斯反應的碳素溶損率僅為1%～1.6%左右；而對于碳溶反應來說，雖然反應溫度較低導緻反應速率降低，但由于CO2比例較高競争能力很強，H2O抑制作用的影響很小，碳素溶損率占到了總反應性的85%以上。
1000℃H2O與CO2對焦炭溶損反應過程的抑制因子
從1000℃下H2O@CO2氣氛中的C+CO2反應和C+H2O反應的碳素溶損率與純氣氛條件下焦炭的溶損率變化趨勢可以看出，在1000℃條件下在H2O@N2氣氛和混合氣氛中發生水瓦斯反應時，焦炭的反應性仍然與水蒸氣含量成正比，線性拟合相關系數均達到了0.99。
對比4種焦炭在H2O@N2氣氛中反應性随H2O含量變化的速率常數發現，基礎焦炭的較小，僅添加一種催化劑焦炭的速率常數較大且非常接近，再次說明在低溫條件下Ca/Fe添加劑雖然保持着一定的催化效果，但是受制于反應溫度的原因，二者催化效果的差異性并不明顯，而添加了Ca&Fe混合添加劑仍然展現出了協同催化的效果。
在H2O@CO2氣氛中碳溶反應碳素溶損率與水蒸氣含量仍然保持着良好的負相關性，用過線性拟合寫了從得到的速率常數發現，在不添加催化劑的情況下，水蒸氣幾乎對碳溶反應沒有影響，基礎焦炭的速率常數僅為–0.015，而含有Ca/Fe添加劑焦炭的速率常數有所減小，提高了水蒸氣的競争能力，尤其含Ca催化劑的BC+Ca和BC+Ca&Fe焦炭的速率常數減小為–0.115左右。
在低溫（1000℃）條件下，4種焦炭CO2氣體對水瓦斯反應的抑制因子αCO2/H2O仍然全部大于水蒸氣對C+CO2反應的抑制因子，尤其是沒有添加催化劑的基礎焦炭，抑制因子αCO2/H2O達到了αH2O/CO2的10倍以上，說明此時的溫度條件下，CO2氣體的競争能力遠遠高于水蒸氣的競争能力，水瓦斯反應受到了極大的抑制幾乎不發生反應。
參考文獻：
1.NOMURA S. Reaction behavior of Ca-loaded highly reactive coke [J]. ISIJ International, 2014, 54(11):2533-2540.
2.TAKEDA K, ANYASHIKI T, SATO T, et al. Recent developments and mid-and long-term CO2 mitigation projects in iron making[J]. World Iron & Steel, 2012, 12(6):1-7.
