山西省PM_(2.5)与O_(3)污染特征及影响因素分析

针对“十四五”时期山西省面临的PM_(2.5)和O_(3)复合污染问题,基于2017—2022年山西省11个地级市空气质量数据,利用空间自相关和地理加权回归模型(GWR),探究了山西省PM_(2.5)和O_(3)的时空分布特征及其与社会因素和自然因素的关系.结果表明:2017—2022年,山西省PM_(2.5)与O_(3)年评价值,以及PM_(2.5)污染日、O_(3)污染日和复合污染日均呈下降趋势,但在2019年后O_(3)污染日频次超过PM_(2.5)污染日频次,O_(3)污染占主导地位.空间上,PM_(2.5)与O_(3)污染都表现为“南部最高,中部次之,北部最低”.季节变化方面,PM_(2.5)浓度在各季节表现为:冬季>春季≈秋季>夏季;O_(3)浓度则表现为:夏季>春季>秋季>冬季.空间自相关的结果显示,PM_(2.5)与O_(3)都存在空间依赖性和空间集聚效应,但呈现季节变化特征.GWR结果显示,对于PM_(2.5),所选社会因素的影响强度由高到低排名为:市区绿地面积>人口密度>民用汽车数量>第二产业占比>人均GDP;所选自然因素的影响强度由高到低依次为:风速>温度>相对湿度.对于O_(3),所选社会因素的影响强度由高到低排名为:第二产业占比>民用汽车数量>人均GDP>人口密度>市区绿地面积;所选自然因素的影响强度由高到低依次为:风速>温度>相对湿度.整体上,人均GDP、人口密度、民用汽车数量、第二产业占比、温度对PM_(2.5)与O_(3)呈正向影响,市区绿地面积、相对湿度、风速对PM_(2.5)与O_(3)呈负向影响.本研究有助于全面了解山西省大气复合污染的特征,为其联防联控提供科学依据.

气化渣基脱硫活性焦制备工艺与性能评价

煤气化过程中产生的气化渣的处置问题日趋严重。气化渣中的残余炭具有较发达的孔隙结构和较大的比表面积,具有制备活性炭和其他高附加值碳材料的潜质。通过水介重力分选方法得到高品质气化渣分离炭后,采用配煤法制备脱硫活性焦,可实现气化渣的高附加值利用。通过单因素试验法及正交试验法考察在气化渣分离炭高掺比条件下配煤种类、比例及炭化、活化工艺条件对脱硫活性焦结构和性能影响。研究表明,气化渣分离炭在掺入比例为50%时,活性焦的最佳配煤组成为:焦煤29%、长焰煤8%、煤沥青13%;最佳炭化条件为:升温速率5℃/min、炭化温度700℃、炭化时间30 min;最佳活化条件为:活化温度900℃、升温速率8℃/min、活化时间120 min、活化水量1.0 mL/(g·h)。利用固定床反应装置对气化渣基脱硫活性焦进行脱硫和再生性能评价,在最佳配方和工艺条件下,公斤级试验制备的脱硫活性焦耐磨强度为97.26%,耐压强度为696.3 N(实测值),灰分为11.66%,碘吸附值为378.78 mg/g,脱硫值为28.5 mg/g,满足脱硫用煤质颗粒活性炭指标A型优级品的技术指标且再生性能良好。以气化渣分离炭作为碳源制备脱硫活性焦在大幅降低活性焦生产成本的同时,也为气化渣的高值化利用提供了一条可行途径,对气化渣的减量化、资源化、高值化利用具有重要意义。

Shell煤气化炉气氛下熔渣中金属铁析出及对其黏度影响的模拟研究

气流床煤气化过程中,煤中无机矿物质升温熔融转变为熔渣,熔渣通过液态排渣单元连续排出炉外,因此熔渣良好的流动性(黏度)是气化炉长周期稳定运行的关键。我国高铁煤(煤灰中氧化铁的质量分数高于15%)分布广泛,比如内蒙古锡林浩特煤、河南义马煤、云南镇雄煤等。由于Shell煤气化炉内还原性气体(CO和H2)的总体积分数较高(>86%),高铁熔渣在液态排渣过程中易发生金属铁析出,形成大的含铁渣块,导致气化炉无法顺畅排渣甚至非正常停车,因此深入研究Shell煤气化炉气氛下熔渣中金属铁的析出行为是高铁熔渣流动性调控的重要依据。基于此,以热力学模拟为基础,依据金属铁析出和团聚机理,结合熔渣结晶特性,建立熔渣中金属铁析出和团聚的动力学模型,并定量分析金属铁对熔渣结晶和黏度的影响。热力学模拟表明,Shell煤气化炉气氛下高铁熔渣发生金属铁析出,且氧化钙的质量分数增加促进金属铁析出。分别以熔渣中还原性气体扩散和金属铁沉降为速控步骤,建立金属铁析出和团聚的动力学模型;氧化钙的质量分数增加或者温度升高,熔渣黏度降低,促进熔渣中还原性气体扩散,金属铁的质量分数增加且易发生团聚。提出金属铁团聚的临界时间作为判断金属铁团聚的关键参数;降低气化炉排渣温度或减少氧化钙的质量分数,金属铁团聚临界时间增加,避免熔渣中金属铁团聚。将晶体体积分数的热力学平衡值引入结晶动力学模型(KJMA公式),获得金属铁对熔渣结晶和黏度的影响,发现金属铁析出促进钙长石结晶,熔渣黏度迅速增加;虽然较低排渣温度下钙长石的体积分数达到热力学平衡值所需时间更长,但黏度增加至排渣黏度上限25 Pa·s所需的时间更短。建议通过适当降低排渣温度,或添加富硅助剂,或与高硅煤共气化,可适当避免高铁熔渣中金属铁的析出和团聚,避免熔渣黏度突增和气化炉排渣不畅,有利于气化炉长周期运行。