Enhancement of hybrid combustion of semi-coke and bituminous coal by rare earth oxides

ABSTRACT

The use of semi-coke instead of anthracite coal for blast furnace injection to reduce ironmaking costs is becoming increasingly popular. To optimise the usage of semi-coke, it is essential to investigate the mixed combustion of semi-coke and bituminous coal. Within this study pulverised coal combustion was analysed using a thermogravimetric analyser. The results showed that the proportion of semi-coke in the mixed pulverised coal did not exceed 30%. However, 1 wt-% La₂O₃ as a catalyst increased the proportion of semi-coke by 15%. In addition, the kinetics of combustion of pulverised coal was investigated using the Flynn Wall Ozawa method and the catalyst reduced the activation energy of the reaction. The average activation energy decreased from 84.24 KJ/mol to 74.59 KJ/mol, especially at a conversion of 0.4, with a maximum reduction of 17.3%. Overall, La₂O₃ is an effective catalyst to increase the utilisation of semi-coke for practical industrial applications.

L’utilisation du semi-coke au lieu de charbon anthraciteux pour l’injection dans le haut fourneau gagne en popularité car elle réduit le coût de la fabrication du fer et favorise le développement durable. Pour optimiser l’utilisation du semi-coke, il est essentiel d’étudier la combustion mixte du semi-coke et du charbon bitumineux. Dans cette étude, nous avons analysé la combustion du semi-coke et du charbon bitumineux dans différentes conditions à l’aide d’un analyseur thermogravimétrique. D’après les résultats, le semi-coke a une réactivité inférieure à celle du charbon bitumineux et la proportion de semi-coke dans la poudre de charbon mixte n’a pas dépassé 30%. Cependant, 1% en poids de La₂O₃ en tant que catalyseur réduit la température d’ignition et de combustion, et a augmenté de 15% le pourcentage de semi-coke. De plus, on a étudié la cinétique de combustion des échantillons en utilisant la méthode Flynn Wall Osawa. Nous avons observé que le catalyseur réduisait l’énergie d’activation de la réaction, entraînant une réduction maximale de l’énergie d’activation de 17.3% à une conversion de 0.4. L’énergie d’activation moyenne a également diminué de 84.24 KJ/mol à 74.59 KJ/mol, indiquant que La₂O₃ améliorait le comportement de combustion des mélanges de charbon pulvérisé. Dans l’ensemble, cette étude démontre que La₂O₃ est un catalyseur efficace pour augmenter l’utilisation du semi-coke pour des applications industrielles pratiques.

KEYWORDS:

• Bituminous coal
• semi-coke
• mixed pulverised coal
• La₂o₃ catalyst
• blast furnace injection
• thermogravimetric analyser
• Flynn Wall Ozawa method
• activation energy

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported by Yunnan Provincial Science and Technology TalentsProgram [grant number 202005AC160033]; Yunnan Ten Thousand Talents Plan Young & Elite Talents Project [grant number YNWRQNBJ-2019-222]; the National Nature Science Foundation of China [grant number 51764034].