影响煤焦化回收车间主要产品收率的因素分析

刘冬杰，李健，穆春丰，姚君，张德敬，臧旭（鞍钢集团化工事业部，辽宁鞍山114021）



影响煤焦化回收车间主要产品收率的因素分析

刘冬杰，李健，穆春丰，姚君，张德敬，臧旭
（鞍钢集团化工事业部，辽宁鞍山114021）

摘要：针对鞍钢集团煤化工事业部回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品的收率明显下降情况，分析了配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间以及配煤主要煤种对三大产品收率的影响。结果表明，配煤挥发分、气煤是煤焦化三大产品收率的主要影响因素，并建立了相应的数学预测模型，为今后生产提供参考。

关键词：焦油；硫酸铵；轻苯；因素分析

刘冬杰，硕士，工程师，2005年毕业于辽宁科技大学化学工程与工艺专业。E-mail：ltzcliushuai@126.com

煤加工化学产品的生产工艺是以煤为原料，经化学加工转换为气体、液体和固体产物，并将气体和液体产物进一步加工成一系列化学产品的过程。由于煤加工方法的不同，导致化学产品的种类也不同。目前，煤加工方法主要包括高温干馏、气化和液化［1］。鞍钢的化工产品是煤高温干馏后的产品。在化工产品中除了约75％的焦炭、约17％的净煤气，焦油、硫酸铵和轻苯三个产品约占5.5％，被称作回收车间三大产品。

高温干馏化学产品的产率和组成随干馏温度、原料煤质量、炼焦工艺的不同而波动。近年来，鞍钢集团煤化工事业部回收车间三大产品的收率下降明显，对三大产品下降的主要原因并没有形成统一的认识，因此，急需进行相关分析研究，明确三大产品产率的主要影响因素，系统分析出内、外因素对三大产品收率影响，并找出影响规律，为今后生产计划的制定提供参考。

分析鞍钢建国以来煤化工产品的生产数据可以发现，由于1985年以后停止了沥青焦的生产，因此在沥青焦生产的前后焦化产品收率的波动较明显；另外，从2012年后逐渐新建了7m焦炉。因此，为了忽略沥青焦的生产以及焦炉大型化炼焦工艺的改变对焦化产品收率的影响，本次分析选用1985～2012年之间的生产数据进行分析。

考察了原料煤的挥发分、炼焦炉顶空间温度、结焦时间因素对焦油、硫酸铵和轻苯三大产品收率的影响，确定了主要影响因素；分析配煤组成中各煤种对煤焦化回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品收率的影响，找出主要影响因素，在此基础上建立了数学预测模型，为今后生产提供理论基础。

1　回收车间主要产品收率及影响因素

1985～2012年之间，焦油、硫酸铵和轻苯三大产品的收率随年度变化曲线见图1所示。

图1　各年度煤焦化回收车间主要产品收率曲线

从图1可以看出，煤焦化回收车间三大产品收率随年度增加总体呈下降趋势，只不过是下降的趋势不同，焦油先呈近似线性下降，后略有提升，而轻苯、硫酸铵先从缓慢下降变为极速下降，后呈持平的趋势。28年的数据分析显示，焦油、硫酸铵、轻苯三大产品收率的波动范围分别在3.614％～2.882％、1.079％～0.823％、1.137％～0.817％之间，最大降幅分别为20.25％、23.73％、28.14％。

根据生产经验，初步确定影响煤焦化回收车间三大产品收率的因素为配煤挥发分、炉顶空间温度、结焦时间。在分析时间内，三者的波动情况见图2所示。

从图2可以看出，在所分析的28年数据中，配煤挥发分经历了一次跃迁，2003～2004年配煤挥发分下降幅度较大，其他时间分别在27％和25％两个平台上波动。挥发分的最大、最小值相差2.6个百分点；由于焦炉操作的改善，标准温度在不断降低，因此炉顶空间温度在持续下降，炉顶空间温度从1985年的867℃下降到2012年的818℃，下降了49℃，变动幅度为5.99％；结焦时间保持在19.5h左右，最大和最小值相差不到2h。

图2　各年度影响三大产品因素分析曲线

从图1和图2比较可以看出，图1中煤焦化回收车间主要产品收率的变化幅度较大，均在20％以上，有的已接近30％；而图2中的各影响因素的变化幅度相对较小，均在10％以内，由此，可以预见各影响因素对产品收率的影响较明显。具体各因素的影响程度需进行单独分析，同时，为了更好找到各影响因素对煤焦化产品收率的影响，需进行多因素联合分析。

2　影响三大产品收率的因素分析

2.1影响三大产品收率的单因素分析

为了评价每个影响因素对煤焦化回收车间每个主要产品收率影响情况，需进行单因素分析。根据28年数据量对影响三大产品的3个主要影响因素分别进行单因素分析。给定的显著性水平α＝0.05，由表查出线性相关系数临界值|rmin|=0.413。根据图1、图2中的数据，分别进行配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间与焦油、硫酸铵、轻苯的相关性分析，具体结果见表1所示。

表1　回收车间三大产品收率与影响因素的相关性分析

2.1.1配煤挥发分与煤焦化回收产品收率的相关性分析

配煤挥发分与焦油、硫酸铵、轻苯三大产品收率的相关系数分别为0.786 4、0.941 5、0.921 1，其相关程度分别是显著相关、高度相关、高度相关，说明配煤挥发分对三大产品收率有显著影响。

分析图1和图2中28年的数据，配煤挥发分从1985年的27.57％降到2012年的24.88％，下降幅度为9.46％。而煤焦化回收焦油、硫酸铵、轻苯产品收率的最大降幅分别为20.25％、23.73％、28.14％。经计算配煤挥发分每下降0.1个百分点，影响焦油收率0.007 7％，轻苯收率0.002 7％，硫酸铵收率0.0034％。

2.1.2炉顶空间温度与煤焦化回收产品收率的相关性分析

炉顶空间温度与焦油、硫酸铵、轻苯三大产品收率的相关系数分别为0.889 6、0.826 6、0.824 3，其相关程度分别是高度相关、显著相关、显著相关。但焦化理论认为，炉顶空间温度超过800℃以后，随着温度降低，三大产品收率应该逐渐升高，而图上表示的三大产品收率却随着温度降低而降低。仔细分析图1和图2可以看出，造成这一现象的原因是图2中炉顶空间温度是逐渐降低，而配煤挥发分几乎是运行在两个平台上，出现了跃迁，而图1中，三大产品收率也呈现出了与配煤挥发分相似的走势，运行在两个平台上，出现了跃迁。因此，认为这种情况主要是由于配煤挥发分等因素对三大产品收率的影响更大，而炉顶空间温度对三大产品收率的影响相对较小所造成的。

2.1.3结焦时间与煤焦化回收产品收率的相关性分析

结焦时间与煤焦化回收产品收率的相关系数较小，均在0.5以下，属于低度相关。随着结焦时间的延长，三大产品收率逐渐降低，这符合焦化理论，但从相关系数上看，结焦时间对三大产品收率影响程度不是很大。

根据以上分析可以得出，配煤挥发分是影响三大产品收率的主要影响因素，而炉顶空间温度和结焦时间是影响三大产品收率的次要因素。

2.2影响焦油产率的多因素线性回归分析

影响焦油产率的因素主要包括配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间，分别记为X1、X2、X3，焦油产率用Y1来表示。假设三元回归估算表达示为：

其中，b0至b9为常数项，根据图1和图2所列3个影响因素和焦油产率数据，采用最小二乘法进行计算所得回归方程为：

将焦油收率的实际值与上述回归方程（1）的预测值相比较，如图3所示。从图3中可以看出，两者的吻合度较好，回归效果较好。

图3　各年度焦油收率的实际值与预测值曲线

为了更精确的评价上述方程（1）的回归效果进行相关系数及F检验，具体结果分见表2和表3。

三个因素对焦油产品收率的复相关系数为0.927 8，F的显著性水平为4.98×10-6，说明所建立的回归方程非常显著。

表2　影响因素对焦油产率的回归统计

表3　影响因素对焦油产率的方差分析

2.3影响硫酸铵和轻苯产率的多因素线性回归分析

按上述方法建立配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间影响因素对硫酸铵Y2和轻苯Y3的回归方程，具体方程见式（2）、式（3）。

回归方程（2）和（3）的复相关系数分别为0.925 8、0.890 8，F的显著性水平分别为2.18×10-8、6.38×10-7，说明所建立的回归方程非常显著。

2.4配煤组成与三大产品收率的相关性

从上述配煤挥发分、炉顶空间温度、结焦时间与三大产品收率相关性的分析看，配煤挥发分对三大产品收率的影响较大，是主要影响因素，而配煤挥发分变化是由配煤组成变化决定的，所以应从配煤组成上进一步查找影响煤焦化产品收率的原因，分析哪些煤种对三大产品收率的影响更大。1985～2012年各煤种配比曲线如图4所示。

图4　各年度不同煤种配比曲线

从图4可以看出，配煤的主要煤种为焦煤、肥煤、1/3焦和气煤，另外部分配入了瘦煤。从整个运行趋势看，气煤、1/3焦煤比例在逐渐降低，其他煤种在一定区域内波动。其中配煤中气煤从19.8％降到3.7％，下降了16.1个百分点，下降幅度为81.2％；1/3焦从26.7％降到18.1％，降低了8.6个百分点，降低幅度为32.1％。结合图1，煤焦化三大产品收率逐年均呈下降趋势，与气煤、1/3焦煤的变化趋势相近。从煤质分析来看，气煤和1/3焦煤是炼焦配煤中变质程度较低的煤种，煤气产出量和化产品产出量是炼焦煤中较高的，所以气煤和1/3焦配入比的减少，导致三大产品收率的降低是符合煤化学理论的。为了进一步明确气煤、1/3焦煤对回收车间三大产品收率的影响，进行煤种与三大产品收率的相关性分析，具体结果见表4。

从图4和表4可以看出，虽然气煤的配入比例低于1/3焦煤，但气煤与三大产品收率的相关性均高于1/3焦煤，可见，在众多煤种中，气煤是影响三大产品收率的最主要因素，其次是1/3焦煤。

表4　回收车间三大产品与影响因素的相关性分析

为了定量预测气煤、1/3焦煤与三大产品收率的影响，建立二元线性回归方程。变量Y4、Y5、Y6分别代表焦油、硫酸铵和轻苯收率，变量X4和X5分别为气煤、1/3焦煤配入比例。具体方程如下：

上述三个预测方程的复相关系数分别为0.860 4、0.870 2和0.888 1，F的显著性水平为1.03×10-8、4.69×10-9和9.45×10-10，所建立的预测回归方程非常显著。

3　结论

（1）鞍钢本部1985～2012年焦化生产数据结果显示，煤焦化回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品收率的变化幅度较大，均在20％以上，有的甚至超过30％，而各影响因素的变化幅度相对较小，均在10％以内。

（2）配煤挥发分是影响煤焦化回收产品收率的主要因素，其次是炉顶空间温度和结焦时间，并根据配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间3个影响因素，建立了煤焦化回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品收率的预测方程，且预测效果显著。

（3）分析了配煤组成中各煤种对煤焦化回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品收率的影响，其中气煤是影响三大产品收率的最主要因素，其次是1/3焦煤，并建立了数学模型，经预测后，结果显示预测效果显著。

参考文献

［1］肖瑞华，白金锋.煤化学产品工艺学［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

（编辑贺英群）

修回日期：2015-12-10

Analysis on Factors of Affecting Yield of Main Products in Recovery Plant for Coal Coking

Liu Dongjie，Li Jian，Mu Chunfeng，Yao Jun，Zhang Dejing，Zang Xu
（Chemical Engineering Department of Ansteel Group Corporation，Anshan 114021，Liaoning，China）

Abstract：The effect of such factors as the volatile content in coal blending，temperature of oven roof space and coking time as well as the main types of coal for coal blending on the yield of the three kinds of products such as tar，ammonium sulfate and light benzene was analyzed with regard to the sharp decrease in the yield of these products recycled by the recovery plant in Chemical Engineering Department of Ansteel Group Corporation.The analytical results show that the volatile content in coal blending and gas coal are the main factors for affecting the yield during coke-making and so the corresponding mathematical prediction model was established，which can be to used for the production.

Key words：tar；ammonium sulfate；light benzene；factor analysis

中图分类号：TQ522

文献标识码：A

文章编号：1006-4613（2016）03-0015-04