1. Общая характеристика процесса
Пиролиз каменного угля — термохимическое разложение органической массы угля без доступа кислорода при температурах 400–1100. В шнековых установках процесс реализуется в герметичном реакторе с непрерывной подачей сырья посредством шнекового транспортёра, что обеспечивает:
* равномерный прогрев материала;
* минимизацию тепловых потерь;
* стабильное поддержание заданных температурных режимов;
* непрерывность технологического цикла.

В ходе пиролиза протекают две группы химических реакций:
1. Деполимеризация - органической массы угля с образованием молекул меньшей молекулярной массы.
2. Вторичные превращения продуктов (конденсация, полимеризация, ароматизация, деалкилирование).


2. Технологическая схема пиролиза в шнековой установке


1. Подготовка сырья. Каменный уголь дробится до фракции 0–25мм

2. Загрузка и транспортировка. Шнековый транспортёр непрерывно подаёт уголь в реактор, обеспечивая равномерное продвижение через зоны обработки.

3. Термическое разложение.В зоне пиролиза при контролируемой температуре происходит деструкция органической массы с образованием:
твёрдого остатка (кокса);
жидких продуктов (каменноугольной смолы);
газообразных продуктов (пиролизный газ). выработка электроэнергии.

4. Прокалка кокса. Полученный кокс подвергается дополнительной термической обработке 900–1100 для удаления остаточных летучих веществ и повышения механической прочности.

5. Охлаждение и выгрузка. Готовый кокс охлаждается в специальной зоне и выводится из установки.

Материальный баланс процесса (для каменного угля марки К, влажность $2–5%):
* кокс — 65–75\% от массы сухого угля;
* каменноугольная смола — 3–5%;

* нефтяная фракция — 5–30%;
* пиролизный газ — 10–15%;
* вода (влага, продукты реакций) — 5–10%.

3. Выделение нефтяных фракций из каменноугольной смолы

Каменноугольная смола — сложный многокомпонентный жидкий продукт, содержащий свыше 250 индивидуальных соединений. Для выделения ценных фракций применяется ректификация в колоннах при атмосферном и пониженном давлении.

Основные фракции и их состав:
1. Лёгкая фракция 80–180
* бензол;
* толуол;
* ксилолы;
* фенолы.

2. Средняя фракция 180–240:
* нафталин;
* метилнафталины;
* алкилфенолы.

3. Тяжёлая фракция 240–300:
* антрацен;
* фенантрен;
* карбазол.

4. Пек (остаток после 300 ):
* высокомолекулярные полициклические соединения;
* смолы;
* асфальтены.

Выход целевых продуктов после ректификации:

бензол — 0,5–1,0 %;
нафталин — 1,5–2,5 %;
фенолы — 0,8–1,2 %;
пек — 1,5–2,0 %.


4. Получение и характеристики кокса

Кокс — твёрдый пористый продукт с высоким содержанием углерода (>90 %). Основные показатели качества:

зольность — 8–12 %;
содержание летучих веществ — 0,8–1,5 %;
прочность на сжатие — 15–25 МПа;
удельная поверхность — 100–300 м2/г

Области применения:

чёрная металлургия (доменное производство);
цветная металлургия (восстановление руд);
электроды и углеродные материалы;
топливо для высокотемпературных процессов.


5. Брикетирование со смешением жидкого продукта пиролиза

Брикетирование — технология компактирования угольной мелочи и коксовой пыли в прочные топливные брикеты. Каменноугольная смола используется в качестве связующего вещества.

Технологическая схема:

1. Дробление и сортировка. Коксовая мелочь измельчается до фракции $0–5\ \text{мм}$ и отделяется от крупных включений.

2. Подготовка связующего. Каменноугольная смола нагревается до $80–100\ ^\circ\text{C}$ для снижения вязкости. Используется раствор с содержанием смолистых веществ $60–80\ \%$.

3. Смешение компонентов. Коксовая мелочь и смола дозируются в смеситель, где достигается однородная консистенция массы с влажностью $8–12\ \%$. Соотношение кокс : смола — $10:1$ по массе.

4. Брикетирование. Смесь подаётся в пресс-форму, где под давлением $15–30\ \text{МПа}$ формируются брикеты заданной геометрии.

5. Сушка и отверждение. Брикеты сушатся при 120–160 до остаточной влажности $5–8\ \%$, что обеспечивает их механическую прочность.

Характеристики готовых брикетов:
плотность — 1,2–1,4 г/см3;
прочность на сжатие — 8–15 МПа;
теплота сгорания — 28–32 МДж/кг;
зольность — 10–14 %.


6. Применение продуктов пиролиза

Кокс — основное топливо и восстановитель в металлургии.
Каменноугольная смола — сырьё для химической промышленности (производство ароматических углеводородов, фенолов, нафталина).
Брикеты — альтернативное топливо для котельных, промышленных печей, бытового применения.
Пиролизный газ — энергоноситель для подогрева реактора, газотурбинных установок.
Фракции смолы — компоненты для синтеза пластмасс, красителей, лекарственных средств.


Таким образом, шнековые установки обеспечивают комплексную переработку каменного угля с получением высокомаржинальных продуктов при высокой энергоэффективности процесса. Оптимизация температурных режимов и состава сырья позволяет регулировать выход целевых фракций и улучшать качество конечного продукта.