本發(fā)明涉及能源轉(zhuǎn)化裝備及固體資源熱解轉(zhuǎn)化利用，具體涉及一種連續(xù)置換式熱解設(shè)備及其熱解方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，固體廢棄物的處理問(wèn)題日益凸顯，已成為影響生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。探索高效、環(huán)保且能夠?qū)崿F(xiàn)資源化利用的固體廢棄物處理技術(shù)，成為解決當(dāng)前問(wèn)題的關(guān)鍵突破口。

2、熱解技術(shù)以其高效、環(huán)保和資源化的特點(diǎn)，在固體廢棄物處理領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。尤其是微波熱解技術(shù)，能夠通過(guò)微波能量的快速加熱和選擇性作用，使得廢棄物在短時(shí)間內(nèi)被高效分解，轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w、液體燃料/化學(xué)品和固體炭等高附加值產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。然而，傳統(tǒng)微波熱解設(shè)備在工作時(shí)不可避免地產(chǎn)生焦油，導(dǎo)致焦油無(wú)法在線原位處理，處理不當(dāng)還易引發(fā)二次污染，使產(chǎn)物附加值受限，不僅影響了生產(chǎn)效率還降低了產(chǎn)物的產(chǎn)量，此外，大多數(shù)設(shè)備需要耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行維護(hù)調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)進(jìn)一步影響了生產(chǎn)效率，因此，如何能夠?qū)崿F(xiàn)高效處理焦油并保證生產(chǎn)連續(xù)性顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)置換式熱解設(shè)備及其熱解方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明能夠通過(guò)微波熱解與動(dòng)態(tài)置換設(shè)計(jì)的協(xié)同作用，將粉碎物料的熱解與焦油裂解整合為連續(xù)化流程，實(shí)現(xiàn)高效能源轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)出液體燃料/化學(xué)品和熱解殘?zhí)康雀吒郊又诞a(chǎn)物，推動(dòng)固體資源的減量化、無(wú)害化、資源化處理。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種連續(xù)置換式熱解設(shè)備，包括進(jìn)料系統(tǒng)，進(jìn)料系統(tǒng)的一側(cè)設(shè)置有微波發(fā)生系統(tǒng)，進(jìn)料系統(tǒng)的底部設(shè)置有殘?zhí)渴占到y(tǒng)，微波發(fā)生系統(tǒng)的內(nèi)部安裝有連續(xù)置換系統(tǒng)，連續(xù)置換系統(tǒng)的內(nèi)部安裝有反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)遠(yuǎn)離進(jìn)料系統(tǒng)的一側(cè)連接有產(chǎn)物收集系統(tǒng)；

4、所述微波發(fā)生系統(tǒng)包括微波箱體，微波箱體的側(cè)部安裝有微波抑制裝置，微波箱體的頂部安裝有微波饋入器；

5、所述連續(xù)置換系統(tǒng)包括安裝在微波箱體內(nèi)部的滑輪裝置和置換套管，置換套管安裝在滑輪裝置的頂部；

6、所述反應(yīng)系統(tǒng)包括安裝在置換套管內(nèi)部的熱解反應(yīng)器、焦油凈化裂解裝置和送氣管道，送氣管道依次連接熱解反應(yīng)器和焦油凈化裂解裝置至產(chǎn)物收集系統(tǒng)；

7、當(dāng)處于一次熱解狀態(tài)時(shí)，熱解反應(yīng)器位于微波箱體的內(nèi)部；

8、當(dāng)處于二次焦油裂解狀態(tài)時(shí)，焦油凈化裂解裝置位于微波箱體的內(nèi)部，熱解反應(yīng)器的頂部連接進(jìn)料系統(tǒng)，熱解反應(yīng)器的底部連接殘?zhí)渴占到y(tǒng)；

9、進(jìn)一步地，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括皮帶進(jìn)料裝置，皮帶進(jìn)料裝置的出口端安裝有料倉(cāng)，料倉(cāng)的一側(cè)安裝有料倉(cāng)支架，料倉(cāng)的底部安裝有關(guān)風(fēng)器；

10、所述殘?zhí)渴占到y(tǒng)包括安裝在料倉(cāng)底部的集炭箱，集炭箱遠(yuǎn)離微波箱體的一側(cè)設(shè)置有風(fēng)冷系統(tǒng)；

11、當(dāng)處于二次焦油裂解狀態(tài)時(shí)，熱解反應(yīng)器的頂部與料倉(cāng)的出口端連接，熱解反應(yīng)器的底部與集炭箱的入口端連接；

12、進(jìn)一步地，所述產(chǎn)物收集系統(tǒng)包括與焦油凈化裂解裝置通過(guò)送氣管道連接的冷凝器，冷凝器的下端出口通過(guò)一次熱解油閥門(mén)和二次熱解油閥門(mén)分別連接有一次熱解油儲(chǔ)存罐和二次熱解油儲(chǔ)存罐，冷凝器的上端出口通過(guò)送氣管道連接至外部。

13、第二方面，本發(fā)明還提供了一種連續(xù)置換式熱解方法，基于上述的一種連續(xù)置換式熱解設(shè)備，包括以下步驟：

14、步驟一，將碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料加入焦油凈化裂解裝置后通過(guò)連續(xù)置換系統(tǒng)調(diào)整至二次焦油裂解狀態(tài)，然后通過(guò)送氣管道通入載氣并開(kāi)啟冷凝器；

15、步驟二，通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)將粉碎物料裝填至熱解反應(yīng)器，然后通過(guò)連續(xù)置換系統(tǒng)調(diào)整至一次熱解狀態(tài)，通過(guò)微波抑制裝置和微波饋入器進(jìn)行一次熱解，得到一級(jí)熱解油和熱解殘?zhí)?，通過(guò)產(chǎn)物收集系統(tǒng)存儲(chǔ)一級(jí)熱解油；

16、步驟三，通過(guò)連續(xù)置換系統(tǒng)將裝有碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料的焦油凈化裂解裝置調(diào)整至二次焦油裂解狀態(tài)并進(jìn)行二次焦油裂解，通過(guò)殘?zhí)渴占到y(tǒng)收集熱解殘?zhí)?，待二次焦油裂解結(jié)束得到二級(jí)熱解油，通過(guò)產(chǎn)物收集系統(tǒng)存儲(chǔ)二級(jí)熱解油；

17、步驟四，當(dāng)預(yù)先設(shè)置的生產(chǎn)需求產(chǎn)量未達(dá)標(biāo)時(shí)，再次執(zhí)行步驟二；當(dāng)預(yù)先設(shè)置的生產(chǎn)需求產(chǎn)量達(dá)標(biāo)時(shí)，執(zhí)行步驟五；

18、步驟五，關(guān)閉微波抑制裝置和微波饋入器，當(dāng)焦油凈化裂解裝置的溫度≤200?℃時(shí)，停止通入載氣，關(guān)閉產(chǎn)物收集系統(tǒng)，完成連續(xù)置換式熱解；

19、進(jìn)一步地，所述產(chǎn)物收集系統(tǒng)包括與焦油凈化裂解裝置通過(guò)送氣管道連接的冷凝器，冷凝器的下端出口通過(guò)一次熱解油閥門(mén)和二次熱解油閥門(mén)分別連接有一次熱解油儲(chǔ)存罐和二次熱解油儲(chǔ)存罐；

20、所述步驟一具體包括：

21、將碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料加入焦油凈化裂解裝置，通過(guò)滑輪裝置配合置換套管將裝有碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料的焦油凈化裂解裝置移動(dòng)至微波箱體內(nèi)，再通過(guò)送氣管道通入載氣并開(kāi)啟冷凝器；

22、進(jìn)一步地，所述粉碎物料的粒徑為0.5~15?mm；每克粉碎物料對(duì)應(yīng)的載氣流量為5~40?ml/min，每1ml/min載氣流量對(duì)應(yīng)的碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料的質(zhì)量為0.2~0.5?g；粉碎物料為農(nóng)林生物質(zhì)、煤炭、油頁(yè)巖、廢塑料中的一種或多種的混合物；碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料的質(zhì)量比為1:(0.1–0.2)；高熵氧化物包括co、cr、mn、fe、ni、pt、pd、sn中的任意5種元素；載氣為氮?dú)?、氬氣或者冷凝器的上端出口通過(guò)送氣管道排出的不可冷凝氣體；開(kāi)啟冷凝器控制溫度為0?℃~5?℃；

23、進(jìn)一步地，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括皮帶進(jìn)料裝置，皮帶進(jìn)料裝置的出口端安裝有料倉(cāng)，料倉(cāng)的底部安裝有關(guān)風(fēng)器；

24、所述步驟二具體包括：

25、通過(guò)皮帶進(jìn)料裝置將粉碎物料輸送至料倉(cāng)，通過(guò)關(guān)風(fēng)器將粉碎物料裝填至熱解反應(yīng)器，然后通過(guò)滑輪裝置配合置換套管將裝填有粉碎物料的熱解反應(yīng)器移動(dòng)至微波箱體內(nèi)，開(kāi)啟一次熱解油閥門(mén)，關(guān)閉二次熱解油閥門(mén)，通過(guò)微波抑制裝置和微波饋入器進(jìn)行一次熱解，得到一級(jí)熱解油和熱解殘?zhí)?，一?jí)熱解油通過(guò)送氣管道儲(chǔ)存至一次熱解油儲(chǔ)存罐；

26、進(jìn)一步地，一次熱解的微波頻率為2.45?ghz，微波功率為600~2000?w，裂解溫度為400?℃~700?℃，裂解時(shí)間為5~20?min；

27、進(jìn)一步地，所述殘?zhí)渴占到y(tǒng)包括安裝在料倉(cāng)底部的集炭箱，集炭箱遠(yuǎn)離微波箱體的一側(cè)設(shè)置有風(fēng)冷系統(tǒng)；

28、所述步驟三具體包括：

29、關(guān)閉一次熱解油閥門(mén)，開(kāi)啟二次熱解油閥門(mén)和風(fēng)冷系統(tǒng)，通過(guò)滑輪裝置配合置換套管將裝有碳化硅泡沫和高熵氧化物復(fù)合材料的焦油凈化裂解裝置移動(dòng)至微波箱體內(nèi)，進(jìn)行二次焦油裂解，當(dāng)熱解反應(yīng)器的溫度≤200?℃時(shí)，將熱解殘?zhí)繌臒峤夥磻?yīng)器轉(zhuǎn)移至集炭箱，當(dāng)二次焦油裂解結(jié)束后，得到二級(jí)熱解油，二級(jí)熱解油通過(guò)送氣管道儲(chǔ)存至二次熱解油儲(chǔ)存罐；

30、進(jìn)一步地，所述二次焦油裂解的微波頻率為2.45?ghz，微波功率為2500~5000?w，裂解溫度為800?℃~1500?℃，裂解時(shí)間為5~10?min。

31、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)勢(shì)或者有益效果：

32、第一方面，本發(fā)明提供了一種連續(xù)置換式熱解設(shè)備，微波發(fā)生系統(tǒng)設(shè)置了微波抑制裝置，可有效減少微波泄漏，提高微波的利用效率，使微波能更集中地作用于熱解反應(yīng)區(qū)域，增強(qiáng)熱解效果；通過(guò)連續(xù)置換系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)將熱解反應(yīng)器與焦油凈化裂解裝置整合為一個(gè)剛性整體，使反應(yīng)系統(tǒng)及物料收集系統(tǒng)能夠在設(shè)備內(nèi)水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一次熱解狀態(tài)與二次焦油裂解狀態(tài)之間的高效切換，通過(guò)雙狀態(tài)切換機(jī)制很好地實(shí)現(xiàn)了連續(xù)置換式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了物料熱解與焦油裂解的連續(xù)化置換處理；熱解反應(yīng)器與焦油凈化裂解裝置在不同階段分別承擔(dān)特定功能，不僅顯著提高了生產(chǎn)效率，縮短了單位物料的處理時(shí)間，還解決了傳統(tǒng)熱解設(shè)備中焦油沉積導(dǎo)致的管道堵塞問(wèn)題，此外，還有效避免了焦油中的酸性物質(zhì)對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，降低了因設(shè)備損壞而產(chǎn)生的維修和更換成本；焦油的裂解處理還增加了熱解產(chǎn)物的產(chǎn)量，不僅將焦油轉(zhuǎn)化為可利用的二級(jí)熱解油，提升了能源利用率，還減少了傳統(tǒng)設(shè)備因焦油沉積而導(dǎo)致的產(chǎn)物損失，進(jìn)一步優(yōu)化了熱解過(guò)程的整體經(jīng)濟(jì)效益。

33、進(jìn)一步地，采用皮帶進(jìn)料裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的連續(xù)、均勻進(jìn)料，保證熱解設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，避免了因進(jìn)料不連續(xù)導(dǎo)致的熱解過(guò)程波動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性；料倉(cāng)支架為料倉(cāng)提供了穩(wěn)定的支撐，確保料倉(cāng)在裝料和運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)或傾斜，保證了進(jìn)料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和可靠性，有利于設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；關(guān)風(fēng)器用于精確控制連續(xù)定量進(jìn)料，同時(shí)還能有效防止外界空氣進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。

34、進(jìn)一步地，通過(guò)冷凝器將焦油凈化裂解裝置產(chǎn)生的氣體進(jìn)行冷凝，實(shí)現(xiàn)了氣液的高效分離。熱解過(guò)程中產(chǎn)生的熱解油以液態(tài)形式被冷凝收集，而不凝性氣體則通過(guò)冷凝器上端出口排出，這種分離方式簡(jiǎn)單有效，能夠確保產(chǎn)物得到清晰的分類(lèi)收集；設(shè)置一次熱解油閥門(mén)和二次熱解油閥門(mén)，并分別連接一次熱解油儲(chǔ)存罐和二次熱解油儲(chǔ)存罐，可以根據(jù)熱解工藝的不同階段或產(chǎn)物性質(zhì)，精準(zhǔn)地將一次熱解油和二次熱解油分別收集儲(chǔ)存，有助于對(duì)不同品質(zhì)的熱解油進(jìn)行分類(lèi)管理和后續(xù)利用，提高了產(chǎn)物的附加值；產(chǎn)物收集系統(tǒng)通過(guò)送氣管道將各個(gè)部件緊密連接，減少了氣體泄漏的可能性，保證了系統(tǒng)的密封性；將冷凝后的不凝性氣體通過(guò)送氣管道連接至外部，便于對(duì)這些氣體進(jìn)行進(jìn)一步處理或排放。

35、第二方面，本發(fā)明還提供了一種連續(xù)置換式熱解方法，通過(guò)滑輪裝置將反應(yīng)系統(tǒng)平移至一次熱解狀態(tài)，通入載氣，開(kāi)啟微波發(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行一次熱解，使一級(jí)熱解油儲(chǔ)存至一次熱解油儲(chǔ)存罐，此階段的適中的溫度和適中的功率設(shè)置能夠高效分解固體物料生成熱解氣、焦油和熱解殘?zhí)?，同時(shí)能夠避免過(guò)度裂解或結(jié)焦，確保一級(jí)熱解油的產(chǎn)量和質(zhì)量，一次熱解結(jié)束后，設(shè)備轉(zhuǎn)換為二次焦油裂解狀態(tài)，加大微波功率，將焦油凈化裂解裝置升溫至更高的溫度，此階段的高溫高功率主要通過(guò)分析焦油的特點(diǎn)來(lái)設(shè)置；在一次熱解狀態(tài)下，熱解反應(yīng)器執(zhí)行熱解功能，將物料分解為熱解氣、焦油和熱解殘?zhí)?，焦油凈化裂解裝置則負(fù)責(zé)吸附焦油，防止其進(jìn)入后續(xù)管道系統(tǒng)；在二次焦油裂解狀態(tài)下，焦油凈化裂解裝置切換為焦油裂解功能，將吸附的焦油進(jìn)一步裂解為二級(jí)熱解油，同時(shí)熱解反應(yīng)器與進(jìn)料系統(tǒng)及殘?zhí)渴占到y(tǒng)協(xié)同工作，完成熱解殘?zhí)康霓D(zhuǎn)移和新物料的裝填，為下一次熱解循環(huán)做好準(zhǔn)備；本發(fā)明方法旨在更加充分的將吸附的焦油裂解為二級(jí)熱解油，顯著減少焦油殘留，避免其在管道和設(shè)備中沉積，同時(shí)提高熱解產(chǎn)物的整體產(chǎn)量和質(zhì)量，通過(guò)高溫裂解還能有效分解焦油中的復(fù)雜有機(jī)物，減少有害物質(zhì)排放，提升產(chǎn)物的清潔度和利用價(jià)值，通過(guò)分階段功率和溫度的設(shè)置不僅實(shí)現(xiàn)了物料的高效熱解和焦油的徹底裂解，還避免了設(shè)備堵塞和腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，降低了維護(hù)成本，同時(shí)提高了產(chǎn)物產(chǎn)量和能源利用率。