一种电储热式废弃高分子材料热解油气炭联产方法及系统

本发明涉及储能与固废资源化，具体涉及一种电储热式废弃高分子材料热解油气炭联产方法及系统。

背景技术：

1、废弃高分子材料如废轮胎、废塑料、废橡胶、废树脂及废风机叶片等，产量巨大且成分复杂，其高效、清洁资源化利用是固废处理领域的重要课题。热解技术作为一种能将有机废弃物转化为热解油、热解气及热解炭的核心工艺，被广泛应用于此类废弃物的减量化与资源回收场景中，是实现循环经济的重要技术路径之一。

2、现有废弃高分子材料热解技术通常采用外部热源直接或间接加热的方式为热解反应供能，热解产生的油气经冷凝分离后，获得热解油和以不凝气为主的热解气。热解油通常作为初级产品外售或进一步加工，不凝气则部分燃烧为热解提供热量，或经简单净化后直接排放、发电。为改善能效，也有部分方案将不凝气作为载气循环回热解单元，利用其显热辅助供热。

3、然而，在采用上述常规热解工艺在处理成分复杂、含杂原子高的废弃高分子材料时，由于热解温度通常受限且油气停留时间短，冷凝分离后的不凝气中往往夹带有大量未被冷凝的重质焦油组分。这部分残余重质焦油在载气循环路径中极易发生冷凝、结焦，堵塞管道与设备，严重影响系统的长时间连续稳定运行。同时，所产热解气的氢气含量低、热值不高，资源化利用价值受限。若采用燃烧供能方式，不仅存在碳排放，且对燃料的依赖度高，难以与可再生能源电力耦合。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电储热式废弃高分子材料热解油气炭联产方法及系统，能够有效消纳电网谷电与可再生能源富余电力，并能够降低热源供给和产物处理成本与难度，提升产品产率与适配性。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种电储热式废弃高分子材料热解油气炭联产方法，包括以下步骤：

4、对经预处理的废弃高分子材料进行绝氧热解，生成固态热解炭和含重质焦油的高温油气混合物；

5、对所述高温油气混合物依次进行除尘、冷凝分离处理，析出热解油后得到热解气；

6、将所述热解气依次经高温油气混合物预热、高温富氢热解气一次加热、储热介质二次加热，完成残余焦油裂解与低碳烃水蒸气重整，生成高温富氢热解气；

7、所述高温富氢热解气一部分作为高值产品气输出，另一部分作为循环载气返回热解环节，为废弃高分子材料的绝氧热解提供全部所需热量。

8、在本发明的一些实施方式中，所述储热介质采用高温固体储热介质，当所述高温固体储热介质某些区域温度低于预设值或在电网谷电时段，利用可再生能源富余电力或者电网谷电的电能转化为热能存储在所述高温固体储热介质中。

9、在本发明的一些实施方式中，所述预处理的废弃高分子材料在绝氧条件下、300~700℃的温度条件下发生热解反应，在热解反应过程中加入氧化钙吸收剂脱氯脱硫。

10、在本发明的一些实施方式中，所述高温油气混合物冷凝后温度降低至80~150℃，使90%以上的热解油冷凝析出并完成油水分离。

11、在本发明的一些实施方式中，所述热解气被高温油气混合物预热至200~400℃，被高温富氢热解气一次加热至400~800℃，被高温固体储热介质二次加热至650~1200℃。

12、在本发明的一些实施方式中，在热解气进行二次加热时，补入水蒸气，水蒸气按与热解气水碳比2~4:1补入。

13、在本发明的一些实施方式中，所述高温富氢热解气中70%~90%作为高温循环载气，为绝氧热解反应提供全部所需热量，其余10%~30%作为高值富氢产品气输出。

14、在本发明的第二方面，提供了一种电储热式废弃高分子材料热解油气炭联产系统，包括：

15、热解单元，用于接收废弃高分子材料并进行绝氧热解，其底部设有热解炭冷却出料装置，其出气口与除尘单元的进气口相连通；

16、热解油收集单元，其油气入口与所述除尘单元的出气口连通，用于对高温油气进行冷凝分离以收集热解油；

17、电储热单元，包括气-气换热器和高温固体储热器，所述气-气换热器的低温侧入口与所述热解油收集单元的气侧出口连通，高温侧出口分设为循环载气出口和产品气出口；所述高温固体储热器内置固体储热介质并配置有接入电网谷电或绿电的电加热模块，其进气端与所述气-气换热器的低温侧出口连通，出气端与所述气-气换热器的高温侧入口连通；

18、循环风机，串接于所述热解油收集单元与电储热单元之间的热解气回路上，用于维持系统微正压循环。

19、在本发明的一些实施方式中，所述热解油收集单元包括串联设置的热解油冷凝分离器和油浴器，且两者之间设有供热解气闭式循环的旁通路；所述热解油冷凝分离器的底部沉降腔设有油水分离溢流结构，收集的热解油含水率≤500ppm。

20、在本发明的一些实施方式中，所述电储热单元中，若高温固体储热器内负载有重整催化剂，热解气升温至650~850℃即可完成催化重整，无催化剂时升温至850~1200℃完成非催化重整。

21、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

22、（1）本发明提供的方法，热解气依次通过高温油气预热、高温富氢热解气一次加热、储热介质二次加热，使循环热解气在1000~1200℃储热释热窗口下同步完成残余重质焦油的无死角裂解与低碳烃水蒸气重整，实现了能量的梯级利用，极大限度地回收了工艺余热，系统热效率高；另外，在热解气进入载气循环回路之前，将热解气始终维持在焦油露点之上的200~400℃温区，杜绝了残余油雾在回程管路中冷凝聚合的可能，使热解气在1000~1200℃高温介质床层内同步完成残余重质焦油的深度裂解与低碳烃水蒸气重整，将致堵的胶质组分转化为高值富氢合成气，解决了管道堵塞问题。

23、（2）本发明提供的方法，将电网谷电或可再生能源富余电力转化为高温热能并存储于储热介质中，以外部电能完全替代传统热解工艺中对自产不凝气或外部化石燃料的燃烧依赖，消除了因系统供热而导致的油气自耗现象，使得固态热解炭、液态热解油及气态产物得以100%保留不外燃，热解气经深度重整后品质显著提升；同时，将原本间歇性、低品位的电力固化为稳定的高品位化学能输出，实现了能量形式与品位的转换。

24、（3）本发明提供的方法，能够实现对高硫废轮胎原料的处理，通过避开催化剂而采用超高温热化学重整，从根本上解决了硫中毒难题，保证了系统的长期运行稳定性；尽管无催化剂，但极高的温度确保了焦油的完全裂解和重整反应的充分进行，所得合成气氢含量高，品质优良；此外，无需在热解段添加脱氯剂，也无需担心催化剂的保护和再生，操作维护相对简单。

25、（4）本发明提供的方法，能够实现高氯废塑料的处理，通过热解段添加cao有效解决了废塑料处理中最棘手的氯污染问题，保护了全系统特别是昂贵的催化剂，得益于催化剂的运用，重整反应温度相对于高温裂解方案大幅降低，减少了电能消耗，提高了反应的选择性和氢气产率。此外，cao同时脱氯脱硫，实现了污染物的源头协同控制，产出气体的氢浓度和品质能够有效提升。

26、（5）本发明提供的系统，通过设置电储热单元，将电网谷电或可再生能源富余电力的低品位、间歇性电能高效转化为高品位热能并存储于高温固体储热介质中，实现了低谷储电、全天用热，使热解系统能够不受电力供给波动影响而连续稳定运行，同时为电网提供了一种大容量、低成本的灵活性负荷资源，有力支撑了可再生能源消纳与工业电气化转型。

27、（6）本发明彻底摆脱了传统热解工艺对燃烧自产热解气或外部化石燃料的依赖，转而以电网谷电或可再生能源富余电力作为唯一外部能量来源，为热解反应全程供能。这一电气化路径不仅使废弃高分子材料处理过程实现就地零碳排放，避免燃烧供热所产生的二氧化碳及其他污染物排放，更能将波动性强、消纳困难的可再生能源电力，通过电储热耦合热解反应，转化为易于储存、便于输运的高品质热解气和热解油产品的稳定化学能，形成“绿电—高值碳基燃料”的近零碳转化链条。

28、（7）传统热解工艺通常需将部分热解油或不凝气燃烧以提供反应热量，这直接牺牲了目标产品收率。本发明将外部电能作为热源，完全保留热解生成的固态、液态和气态产物，不因供能而自耗，从源头上提升了产品总收率。与此同时，热解炭经冷却排出成为高品质固体炭材料，热解油经高效冷凝分离获得低含水率油品，热解气则通过电储热单元内的高温裂解和重整反应深度转化为富氢热解气，三态产物各得其所、协同提质，实现了废弃高分子材料全组分、高值化的联产目标。