影響煤焦化回收車間主要產品收率的因素分析

劉冬杰，李健，穆春豐，姚君，張德敬，臧旭（鞍鋼集團化工事業部，遼寧鞍山114021）

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影響煤焦化回收車間主要產品收率的因素分析

劉冬杰，李健，穆春豐，姚君，張德敬，臧旭
（鞍鋼集團化工事業部，遼寧鞍山114021）

摘要：針對鞍鋼集團煤化工事業部回收車間焦油、硫酸銨和輕苯三大產品的收率明顯下降情況，分析了配煤揮發分、爐頂空間溫度和結焦時間以及配煤主要煤種對三大產品收率的影響。結果表明，配煤揮發分、氣煤是煤焦化三大產品收率的主要影響因素，并建立了相應的數學預測模型，為今后生產提供參考。

關鍵詞：焦油；硫酸銨；輕苯；因素分析

劉冬杰，碩士，工程師，2005年畢業于遼寧科技大學化學工程與工藝專業。E-mail：ltzcliushuai@126.com

煤加工化學產品的生產工藝是以煤為原料，經化學加工轉換為氣體、液體和固體產物，并將氣體和液體產物進一步加工成一系列化學產品的過程。由于煤加工方法的不同，導致化學產品的種類也不同。目前，煤加工方法主要包括高溫干餾、氣化和液化［1］。鞍鋼的化工產品是煤高溫干餾后的產品。在化工產品中除了約75％的焦炭、約17％的凈煤氣，焦油、硫酸銨和輕苯三個產品約占5.5％，被稱作回收車間三大產品。

高溫干餾化學產品的產率和組成隨干餾溫度、原料煤質量、煉焦工藝的不同而波動。近年來，鞍鋼集團煤化工事業部回收車間三大產品的收率下降明顯，對三大產品下降的主要原因并沒有形成統一的認識，因此，急需進行相關分析研究，明確三大產品產率的主要影響因素，系統分析出內、外因素對三大產品收率影響，并找出影響規律，為今后生產計劃的制定提供參考。

分析鞍鋼建國以來煤化工產品的生產數據可以發現，由于1985年以后停止了瀝青焦的生產，因此在瀝青焦生產的前后焦化產品收率的波動較明顯；另外，從2012年后逐漸新建了7m焦爐。因此，為了忽略瀝青焦的生產以及焦爐大型化煉焦工藝的改變對焦化產品收率的影響，本次分析選用1985～2012年之間的生產數據進行分析。

考察了原料煤的揮發分、煉焦爐頂空間溫度、結焦時間因素對焦油、硫酸銨和輕苯三大產品收率的影響，確定了主要影響因素；分析配煤組成中各煤種對煤焦化回收車間焦油、硫酸銨和輕苯三大產品收率的影響，找出主要影響因素，在此基礎上建立了數學預測模型，為今后生產提供理論基礎。

1　回收車間主要產品收率及影響因素

1985～2012年之間，焦油、硫酸銨和輕苯三大產品的收率隨年度變化曲線見圖1所示。

圖1　各年度煤焦化回收車間主要產品收率曲線

從圖1可以看出，煤焦化回收車間三大產品收率隨年度增加總體呈下降趨勢，只不過是下降的趨勢不同，焦油先呈近似線性下降，后略有提升，而輕苯、硫酸銨先從緩慢下降變為極速下降，后呈持平的趨勢。28年的數據分析顯示，焦油、硫酸銨、輕苯三大產品收率的波動范圍分別在3.614％～2.882％、1.079％～0.823％、1.137％～0.817％之間，最大降幅分別為20.25％、23.73％、28.14％。

根據生產經驗，初步確定影響煤焦化回收車間三大產品收率的因素為配煤揮發分、爐頂空間溫度、結焦時間。在分析時間內，三者的波動情況見圖2所示。

從圖2可以看出，在所分析的28年數據中，配煤揮發分經歷了一次躍遷，2003～2004年配煤揮發分下降幅度較大，其他時間分別在27％和25％兩個平臺上波動。揮發分的最大、最小值相差2.6個百分點；由于焦爐操作的改善，標準溫度在不斷降低，因此爐頂空間溫度在持續下降，爐頂空間溫度從1985年的867℃下降到2012年的818℃，下降了49℃，變動幅度為5.99％；結焦時間保持在19.5h左右，最大和最小值相差不到2h。

圖2　各年度影響三大產品因素分析曲線

從圖1和圖2比較可以看出，圖1中煤焦化回收車間主要產品收率的變化幅度較大，均在20％以上，有的已接近30％；而圖2中的各影響因素的變化幅度相對較小，均在10％以內，由此，可以預見各影響因素對產品收率的影響較明顯。具體各因素的影響程度需進行單獨分析，同時，為了更好找到各影響因素對煤焦化產品收率的影響，需進行多因素聯合分析。

2　影響三大產品收率的因素分析

2.1影響三大產品收率的單因素分析

為了評價每個影響因素對煤焦化回收車間每個主要產品收率影響情況，需進行單因素分析。根據28年數據量對影響三大產品的3個主要影響因素分別進行單因素分析。給定的顯著性水平α＝0.05，由表查出線性相關系數臨界值|rmin|=0.413。根據圖1、圖2中的數據，分別進行配煤揮發分、爐頂空間溫度和結焦時間與焦油、硫酸銨、輕苯的相關性分析，具體結果見表1所示。

表1　回收車間三大產品收率與影響因素的相關性分析

2.1.1配煤揮發分與煤焦化回收產品收率的相關性分析

配煤揮發分與焦油、硫酸銨、輕苯三大產品收率的相關系數分別為0.786 4、0.941 5、0.921 1，其相關程度分別是顯著相關、高度相關、高度相關，說明配煤揮發分對三大產品收率有顯著影響。

分析圖1和圖2中28年的數據，配煤揮發分從1985年的27.57％降到2012年的24.88％，下降幅度為9.46％。而煤焦化回收焦油、硫酸銨、輕苯產品收率的最大降幅分別為20.25％、23.73％、28.14％。經計算配煤揮發分每下降0.1個百分點，影響焦油收率0.007 7％，輕苯收率0.002 7％，硫酸銨收率0.0034％。

2.1.2爐頂空間溫度與煤焦化回收產品收率的相關性分析

爐頂空間溫度與焦油、硫酸銨、輕苯三大產品收率的相關系數分別為0.889 6、0.826 6、0.824 3，其相關程度分別是高度相關、顯著相關、顯著相關。但焦化理論認為，爐頂空間溫度超過800℃以后，隨著溫度降低，三大產品收率應該逐漸升高，而圖上表示的三大產品收率卻隨著溫度降低而降低。仔細分析圖1和圖2可以看出，造成這一現象的原因是圖2中爐頂空間溫度是逐漸降低，而配煤揮發分幾乎是運行在兩個平臺上，出現了躍遷，而圖1中，三大產品收率也呈現出了與配煤揮發分相似的走勢，運行在兩個平臺上，出現了躍遷。因此，認為這種情況主要是由于配煤揮發分等因素對三大產品收率的影響更大，而爐頂空間溫度對三大產品收率的影響相對較小所造成的。

2.1.3結焦時間與煤焦化回收產品收率的相關性分析

結焦時間與煤焦化回收產品收率的相關系數較小，均在0.5以下，屬于低度相關。隨著結焦時間的延長，三大產品收率逐漸降低，這符合焦化理論，但從相關系數上看，結焦時間對三大產品收率影響程度不是很大。

根據以上分析可以得出，配煤揮發分是影響三大產品收率的主要影響因素，而爐頂空間溫度和結焦時間是影響三大產品收率的次要因素。

2.2影響焦油產率的多因素線性回歸分析

影響焦油產率的因素主要包括配煤揮發分、爐頂空間溫度和結焦時間，分別記為X1、X2、X3，焦油產率用Y1來表示。假設三元回歸估算表達示為：

其中，b0至b9為常數項，根據圖1和圖2所列3個影響因素和焦油產率數據，采用最小二乘法進行計算所得回歸方程為：

將焦油收率的實際值與上述回歸方程（1）的預測值相比較，如圖3所示。從圖3中可以看出，兩者的吻合度較好，回歸效果較好。

圖3　各年度焦油收率的實際值與預測值曲線

為了更精確的評價上述方程（1）的回歸效果進行相關系數及F檢驗，具體結果分見表2和表3。

三個因素對焦油產品收率的復相關系數為0.927 8，F的顯著性水平為4.98×10-6，說明所建立的回歸方程非常顯著。

表2　影響因素對焦油產率的回歸統計

表3　影響因素對焦油產率的方差分析

2.3影響硫酸銨和輕苯產率的多因素線性回歸分析

按上述方法建立配煤揮發分、爐頂空間溫度和結焦時間影響因素對硫酸銨Y2和輕苯Y3的回歸方程，具體方程見式（2）、式（3）。

回歸方程（2）和（3）的復相關系數分別為0.925 8、0.890 8，F的顯著性水平分別為2.18×10-8、6.38×10-7，說明所建立的回歸方程非常顯著。

2.4配煤組成與三大產品收率的相關性

從上述配煤揮發分、爐頂空間溫度、結焦時間與三大產品收率相關性的分析看，配煤揮發分對三大產品收率的影響較大，是主要影響因素，而配煤揮發分變化是由配煤組成變化決定的，所以應從配煤組成上進一步查找影響煤焦化產品收率的原因，分析哪些煤種對三大產品收率的影響更大。1985～2012年各煤種配比曲線如圖4所示。

圖4　各年度不同煤種配比曲線

從圖4可以看出，配煤的主要煤種為焦煤、肥煤、1/3焦和氣煤，另外部分配入了瘦煤。從整個運行趨勢看，氣煤、1/3焦煤比例在逐漸降低，其他煤種在一定區域內波動。其中配煤中氣煤從19.8％降到3.7％，下降了16.1個百分點，下降幅度為81.2％；1/3焦從26.7％降到18.1％，降低了8.6個百分點，降低幅度為32.1％。結合圖1，煤焦化三大產品收率逐年均呈下降趨勢，與氣煤、1/3焦煤的變化趨勢相近。從煤質分析來看，氣煤和1/3焦煤是煉焦配煤中變質程度較低的煤種，煤氣產出量和化產品產出量是煉焦煤中較高的，所以氣煤和1/3焦配入比的減少，導致三大產品收率的降低是符合煤化學理論的。為了進一步明確氣煤、1/3焦煤對回收車間三大產品收率的影響，進行煤種與三大產品收率的相關性分析，具體結果見表4。

從圖4和表4可以看出，雖然氣煤的配入比例低于1/3焦煤，但氣煤與三大產品收率的相關性均高于1/3焦煤，可見，在眾多煤種中，氣煤是影響三大產品收率的最主要因素，其次是1/3焦煤。

表4　回收車間三大產品與影響因素的相關性分析

為了定量預測氣煤、1/3焦煤與三大產品收率的影響，建立二元線性回歸方程。變量Y4、Y5、Y6分別代表焦油、硫酸銨和輕苯收率，變量X4和X5分別為氣煤、1/3焦煤配入比例。具體方程如下：

上述三個預測方程的復相關系數分別為0.860 4、0.870 2和0.888 1，F的顯著性水平為1.03×10-8、4.69×10-9和9.45×10-10，所建立的預測回歸方程非常顯著。

3　結論

（1）鞍鋼本部1985～2012年焦化生產數據結果顯示，煤焦化回收車間焦油、硫酸銨和輕苯三大產品收率的變化幅度較大，均在20％以上，有的甚至超過30％，而各影響因素的變化幅度相對較小，均在10％以內。

（2）配煤揮發分是影響煤焦化回收產品收率的主要因素，其次是爐頂空間溫度和結焦時間，并根據配煤揮發分、爐頂空間溫度和結焦時間3個影響因素，建立了煤焦化回收車間焦油、硫酸銨和輕苯三大產品收率的預測方程，且預測效果顯著。

（3）分析了配煤組成中各煤種對煤焦化回收車間焦油、硫酸銨和輕苯三大產品收率的影響，其中氣煤是影響三大產品收率的最主要因素，其次是1/3焦煤，并建立了數學模型，經預測后，結果顯示預測效果顯著。

參考文獻

［1］肖瑞華，白金鋒.煤化學產品工藝學［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

（編輯賀英群）

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

中圖分類號：TQ522

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）03-0015-04