Entwicklung eines kinetischen Modells basierend auf experimentellen Untersuchungen der thermochemischen Reduktion/Oxidation von Eisenoxid/Eisen

In diesem Projekt soll die Kinetik der schrittweisen thermochemischen Reduktion und Oxidation von Eisenoxiden und Eisen experimentell untersucht werden. Für eine detaillierte Beschreibung der Reduktions- und Oxidationskinetik müssen mehrere Phasen und Phasengrenzen sowie verschiedene Eisenoxid-Spezies berücksichtigt werden.

Basierend auf thermogravimetrischen Analysen und Strömungsreaktorexperimenten des Reduktions- und Oxidationsprozesses wird ein kinetisches Modell entwickelt, um die chemische Umsetzung in verschiedenen Phasen und an den Phasengrenzen zu beschreiben. Für eine detaillierte Beschreibung des kinetischen Modells werden ex-situ Festkörper- und Oberflächenanalysen benötigt, um detaillierte Informationen über die Zustände der auftretenden Eisenoxide sowie die Veränderung der Partikeleigenschaften zu erhalten.

Zur Beschreibung der Reaktionsmechanismen wird ein elementarkinetischer Ansatz gewählt, wobei die heterogenen Reaktionen auf der Molekularfeldtheorie beruhen. Die entwickelten Reaktionsmechanismen mit den zugehörigen kinetischen und thermodynamischen Daten werden in Computerprogramme zur numerischen Simulation der Prozesse unter Verwendung der Softwarepakete DETCHEMTM und CaRMeN integriert.

Wissenschaftliche Fragestellungen:

  • Welchen Einfluss haben verschiedene Bedingungen (z.B. Gaskonzentration, Temperatur und Partikelgröße) auf den Reduktions-/Oxidationsprozess?
  • Welches sind die elementaren Schritte der Reduktions-/Oxidationsmechanismen?
  • Welches sind die kinetischen Parameter zur Beschreibung des Reduktions-/Oxidationsprozesses?

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