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Particle-resolved computational modeling of hydrogen-based direct reduction of iron ore pellets in a fixed bed. Part I: Methodology and validation

Ali, Mohammed Liaket und Fradet, Quentin und Riedel, Uwe (2024) Particle-resolved computational modeling of hydrogen-based direct reduction of iron ore pellets in a fixed bed. Part I: Methodology and validation. International Journal of Hydrogen Energy, Seiten 332-343. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.09.028. ISSN 0360-3199.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Kurzfassung

In the pursuit of more sustainable steelmaking, stakeholders are engaging in a transformative exploration of hydrogen-based direct reduction as an alternative to conventional blast furnaces. As a bridging step between single iron ore pellets and industrial shaft furnaces, direct reduction modeling in a fixed bed configuration can play a central role for subsequent process optimization. However, this task involves numerous challenging steps: generation of a realistic packed bed structure along with a good quality mesh and, foremost, reliable transport and kinetic processes for the individual pellets. Therefore, the present work formulates a sound methodology to progress from single particle considerations to 3D-CFD simulations of iron ore reduction using hydrogen in fixed beds, further supported by validations regarding the bed structure and the overall reduction against experimental data from the literature of a 500 g iron ore bed. The current results offer new insights into the direct reduction process, revealing, for instance, the non-uniform reduction of pellets within the bed, the presence of gas pockets, or the importance of the temperature deviation due to the endothermic reduction of iron oxides with hydrogen.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206315/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Particle-resolved computational modeling of hydrogen-based direct reduction of iron ore pellets in a fixed bed. Part I: Methodology and validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ali, Mohammed LiaketMohammed.Ali (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9314-0402167234224
Fradet, QuentinQuentin.Fradet (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4968-8494NICHT SPEZIFIZIERT
Riedel, UweUwe.Riedel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8682-2192167234227
Datum:9 September 2024
Erschienen in:International Journal of Hydrogen Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.09.028
Seitenbereich:Seiten 332-343
Verlag:Elsevier
ISSN:0360-3199
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Fixed bedCFDIron oxide pelletHydrogenDirect reduction process
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - keine Zuordnung
Standort: Zittau
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Hinterlegt von: Ali, Mohammed Liaket
Hinterlegt am:11 Sep 2024 10:19
Letzte Änderung:16 Sep 2024 13:11

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