本發明涉及能源轉化裝備及固體資源熱解轉化利用，具體涉及一種連續置換式熱解設備及其熱解方法。

背景技術：

1、隨著經濟的快速發展和城市化進程的加速，固體廢棄物的處理問題日益凸顯，已成為影響生態環境和可持續發展的重要挑戰。探索高效、環保且能夠實現資源化利用的固體廢棄物處理技術，成為解決當前問題的關鍵突破口。

2、熱解技術以其高效、環保和資源化的特點，在固體廢棄物處理領域展現出顯著優勢。尤其是微波熱解技術，能夠通過微波能量的快速加熱和選擇性作用，使得廢棄物在短時間內被高效分解，轉化為可燃氣體、液體燃料/化學品和固體炭等高附加值產物，從而實現資源的高效利用。然而，傳統微波熱解設備在工作時不可避免地產生焦油，導致焦油無法在線原位處理，處理不當還易引發二次污染，使產物附加值受限，不僅影響了生產效率還降低了產物的產量，此外，大多數設備需要耗費大量時間進行維護調整，無法實現連續生產進一步影響了生產效率，因此，如何能夠實現高效處理焦油并保證生產連續性顯得尤為重要。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種連續置換式熱解設備及其熱解方法，以克服現有技術中存在的問題，本發明能夠通過微波熱解與動態置換設計的協同作用，將粉碎物料的熱解與焦油裂解整合為連續化流程，實現高效能源轉化，最終產出液體燃料/化學品和熱解殘炭等高附加值產物，推動固體資源的減量化、無害化、資源化處理。

2、為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

3、第一方面，本發明提供了一種連續置換式熱解設備，包括進料系統，進料系統的一側設置有微波發生系統，進料系統的底部設置有殘炭收集系統，微波發生系統的內部安裝有連續置換系統，連續置換系統的內部安裝有反應系統，反應系統遠離進料系統的一側連接有產物收集系統；

4、所述微波發生系統包括微波箱體，微波箱體的側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、所述連續置換系統包括安裝在微波箱體內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、所述反應系統包括安裝在置換套管內部的熱解反應器、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器和焦油凈化裂解裝置至產物收集系統；

7、當處于一次熱解狀態時，熱解反應器位于微波箱體的內部；

8、當處于二次焦油裂解狀態時，焦油凈化裂解裝置位于微波箱體的內部，熱解反應器的頂部連接進料系統，熱解反應器的底部連接殘炭收集系統；

9、進一步地，所述進料系統包括皮帶進料裝置，皮帶進料裝置的出口端安裝有料倉，料倉的一側安裝有料倉支架，料倉的底部安裝有關風器；

10、所述殘炭收集系統包括安裝在料倉底部的集炭箱，集炭箱遠離微波箱體的一側設置有風冷系統；

11、當處于二次焦油裂解狀態時，熱解反應器的頂部與料倉的出口端連接，熱解反應器的底部與集炭箱的入口端連接；

12、進一步地，所述產物收集系統包括與焦油凈化裂解裝置通過送氣管道連接的冷凝器，冷凝器的下端出口通過一次熱解油閥門和二次熱解油閥門分別連接有一次熱解油儲存罐和二次熱解油儲存罐，冷凝器的上端出口通過送氣管道連接至外部。

13、第二方面，本發明還提供了一種連續置換式熱解方法，基于上述的一種連續置換式熱解設備，包括以下步驟：

14、步驟一，將碳化硅泡沫和高熵氧化物復合材料加入焦油凈化裂解裝置后通過連續置換系統調整至二次焦油裂解狀態，然后通過送氣管道通入載氣并開啟冷凝器；

15、步驟二，通過進料系統將粉碎物料裝填至熱解反應器，然后通過連續置換系統調整至一次熱解狀態，通過微波抑制裝置和微波饋入器進行一次熱解，得到一級熱解油和熱解殘炭，通過產物收集系統存儲一級熱解油；

16、步驟三，通過連續置換系統將裝有碳化硅泡沫和高熵氧化物復合材料的焦油凈化裂解裝置調整至二次焦油裂解狀態并進行二次焦油裂解，通過殘炭收集系統收集熱解殘炭，待二次焦油裂解結束得到二級熱解油，通過產物收集系統存儲二級熱解油；

17、步驟四，當預先設置的生產需求產量未達標時，再次執行步驟二；當預先設置的生產需求產量達標時，執行步驟五；

18、步驟五，關閉微波抑制裝置和微波饋入器，當焦油凈化裂解裝置的溫度≤200?℃時，停止通入載氣，關閉產物收集系統，完成連續置換式熱解；

19、進一步地，所述產物收集系統包括與焦油凈化裂解裝置通過送氣管道連接的冷凝器，冷凝器的下端出口通過一次熱解油閥門和二次熱解油閥門分別連接有一次熱解油儲存罐和二次熱解油儲存罐；

20、所述步驟一具體包括：

21、將碳化硅泡沫和高熵氧化物復合材料加入焦油凈化裂解裝置，通過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合材料的焦油凈化裂解裝置移動至微波箱體內，再通過送氣管道通入載氣并開啟冷凝器；

22、進一步地，所述粉碎物料的粒徑為0.5~15?mm；每克粉碎物料對應的載氣流量為5~40?ml/min，每1ml/min載氣流量對應的碳化硅泡沫和高熵氧化物復合材料的質量為0.2~0.5?g；粉碎物料為農林生物質、煤炭、油頁巖、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合材料的質量比為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；載氣為氮氣、氬氣或者冷凝器的上端出口通過送氣管道排出的不可冷凝氣體；開啟冷凝器控制溫度為0?℃~5?℃；

23、進一步地，所述進料系統包括皮帶進料裝置，皮帶進料裝置的出口端安裝有料倉，料倉的底部安裝有關風器；

24、所述步驟二具體包括：

25、通過皮帶進料裝置將粉碎物料輸送至料倉，通過關風器將粉碎物料裝填至熱解反應器，然后通過滑輪裝置配合置換套管將裝填有粉碎物料的熱解反應器移動至微波箱體內，開啟一次熱解油閥門，關閉二次熱解油閥門，通過微波抑制裝置和微波饋入器進行一次熱解，得到一級熱解油和熱解殘炭，一級熱解油通過送氣管道儲存至一次熱解油儲存罐；

26、進一步地，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?℃，裂解時間為5~20?min；

27、進一步地，所述殘炭收集系統包括安裝在料倉底部的集炭箱，集炭箱遠離微波箱體的一側設置有風冷系統；

28、所述步驟三具體包括：

29、關閉一次熱解油閥門，開啟二次熱解油閥門和風冷系統，通過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合材料的焦油凈化裂解裝置移動至微波箱體內，進行二次焦油裂解，當熱解反應器的溫度≤200?℃時，將熱解殘炭從熱解反應器轉移至集炭箱，當二次焦油裂解結束后，得到二級熱解油，二級熱解油通過送氣管道儲存至二次熱解油儲存罐；

30、進一步地，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?℃，裂解時間為5~10?min。

31、上述技術方案具有如下優勢或者有益效果：

32、第一方面，本發明提供了一種連續置換式熱解設備，微波發生系統設置了微波抑制裝置，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區域，增強熱解效果；通過連續置換系統和反應系統將熱解反應器與焦油凈化裂解裝置整合為一個剛性整體，使反應系統及物料收集系統能夠在設備內水平移動，實現一次熱解狀態與二次焦油裂解狀態之間的高效切換，通過雙狀態切換機制很好地實現了連續置換式生產，實現了物料熱解與焦油裂解的連續化置換處理；熱解反應器與焦油凈化裂解裝置在不同階段分別承擔特定功能，不僅顯著提高了生產效率，縮短了單位物料的處理時間，還解決了傳統熱解設備中焦油沉積導致的管道堵塞問題，此外，還有效避免了焦油中的酸性物質對設備的腐蝕，延長了設備使用壽命，降低了因設備損壞而產生的維修和更換成本；焦油的裂解處理還增加了熱解產物的產量，不僅將焦油轉化為可利用的二級熱解油，提升了能源利用率，還減少了傳統設備因焦油沉積而導致的產物損失，進一步優化了熱解過程的整體經濟效益。

33、進一步地，采用皮帶進料裝置，能夠實現物料的連續、均勻進料，保證熱解設備持續穩定運行，避免了因進料不連續導致的熱解過程波動，提高了生產效率和產品質量的一致性；料倉支架為料倉提供了穩定的支撐，確保料倉在裝料和運行過程中不會發生晃動或傾斜，保證了進料系統的結構穩固性和可靠性，有利于設備的長期穩定運行；關風器用于精確控制連續定量進料，同時還能有效防止外界空氣進入反應系統。

34、進一步地，通過冷凝器將焦油凈化裂解裝置產生的氣體進行冷凝，實現了氣液的高效分離。熱解過程中產生的熱解油以液態形式被冷凝收集，而不凝性氣體則通過冷凝器上端出口排出，這種分離方式簡單有效，能夠確保產物得到清晰的分類收集；設置一次熱解油閥門和二次熱解油閥門，并分別連接一次熱解油儲存罐和二次熱解油儲存罐，可以根據熱解工藝的不同階段或產物性質，精準地將一次熱解油和二次熱解油分別收集儲存，有助于對不同品質的熱解油進行分類管理和后續利用，提高了產物的附加值；產物收集系統通過送氣管道將各個部件緊密連接，減少了氣體泄漏的可能性，保證了系統的密封性；將冷凝后的不凝性氣體通過送氣管道連接至外部，便于對這些氣體進行進一步處理或排放。

35、第二方面，本發明還提供了一種連續置換式熱解方法，通過滑輪裝置將反應系統平移至一次熱解狀態，通入載氣，開啟微波發生系統進行一次熱解，使一級熱解油儲存至一次熱解油儲存罐，此階段的適中的溫度和適中的功率設置能夠高效分解固體物料生成熱解氣、焦油和熱解殘炭，同時能夠避免過度裂解或結焦，確保一級熱解油的產量和質量，一次熱解結束后，設備轉換為二次焦油裂解狀態，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分析焦油的特點來設置；在一次熱解狀態下，熱解反應器執行熱解功能，將物料分解為熱解氣、焦油和熱解殘炭，焦油凈化裂解裝置則負責吸附焦油，防止其進入后續管道系統；在二次焦油裂解狀態下，焦油凈化裂解裝置切換為焦油裂解功能，將吸附的焦油進一步裂解為二級熱解油，同時熱解反應器與進料系統及殘炭收集系統協同工作，完成熱解殘炭的轉移和新物料的裝填，為下一次熱解循環做好準備；本發明方法旨在更加充分的將吸附的焦油裂解為二級熱解油，顯著減少焦油殘留，避免其在管道和設備中沉積，同時提高熱解產物的整體產量和質量，通過高溫裂解還能有效分解焦油中的復雜有機物，減少有害物質排放，提升產物的清潔度和利用價值，通過分階段功率和溫度的設置不僅實現了物料的高效熱解和焦油的徹底裂解，還避免了設備堵塞和腐蝕，延長了設備使用壽命，降低了維護成本，同時提高了產物產量和能源利用率。