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    鋰電池回收廢氣處理工藝

    一 背景技術鋰離子電池是一種綜合性能較好的可充電化學電池,具有工作電壓高、比能量高、 循環壽命長、自放電小等優點,被廣泛應用于移動通信、筆記本電腦、便攜式工具、電動汽車 等領域。由于鋰離子電池的消耗量很大,會對環境造成嚴重污染,同時廢舊鋰離子電池尤其 是電芯中含有大量鐵、鋁、銅、鋰、石墨等資源,也會造成資源的浪費。因此,有必要對廢舊鋰 離子電池進行回收。然而,我國現在廢舊鋰離子電池回收目前處于產業

    產品介紹

    一 背景技術

    鋰離子電池是一種綜合性能較好的可充電化學電池,具有工作電壓高、比能量高、 循環壽命長、自放電小等優點,被廣泛應用于移動通信、筆記本電腦、便攜式工具、電動汽車 等領域。由于鋰離子電池的消耗量很大,會對環境造成嚴重污染,同時廢舊鋰離子電池尤其 是電芯中含有大量鐵、鋁、銅、鋰、石墨等資源,也會造成資源的浪費。因此,有必要對廢舊鋰 離子電池進行回收。

    然而,我國現在廢舊鋰離子電池回收目前處于產業化前期,還沒有形成完整的資 源化、無害化的綠色環?;厥展に?。

    廢舊鋰離子電池的處理系統,以解決現有技術中 廢舊鋰離子電池資源化、無害化程度低的問題。


    二 廢舊鋰離子電池的處理系統,其包括:破碎裝置,破碎裝置設置有電芯碎料出口和揮發有機物出口,破碎裝置用于將廢舊鋰離子電池的電芯進行破碎得到電芯碎料和揮發有機物;低溫氣化裂解爐,低溫氣 化裂解爐設置有電芯碎料進口、裂解氣出口及固體剩余物出口,電芯碎料進口與電芯碎料 出口相連,低溫氣化裂解爐用于將電芯碎料進行低溫氣化裂解得到裂解氣和固體剩余物; 燃燒裝置,燃燒裝置設置有進氣口和煙氣出口,進氣口分別與裂解氣出口和揮發有機物出 口相連;煙氣凈化裝置,煙氣凈化裝置包括凈化爐、石灰乳噴射裝置和除塵器,凈化爐設置 有煙氣進口和脫酸煙氣出口,煙氣進口與煙氣出口相連;石灰乳噴射裝置用于向凈化爐中 噴射石灰乳以將煙氣中的含磷酸性氣體轉化成磷酸鈣,并將含氟酸性氣體轉化成氟化鈣; 除塵器與脫酸煙氣出口相連;細碎篩分裝置,細碎篩分裝置設置有固體剩余物進口、金屬片 出口及粉體出口,細碎篩分裝置用于對固體剩余物進行細碎篩分得到粉體和金屬片;金屬 回收裝置,與金屬片出口相連,用于回收金屬片中的鐵、鋁及銅;酸浸裝置,酸浸裝置與粉體 出口相連,用于對粉體進行酸浸得到濾液;以及正極材料前驅體制備裝置,與酸浸裝置相連,用于利用濾液制備鋰離子電池正極材料的前驅體材料。

    煙氣凈化裝置還包括活性炭噴射裝置,活性炭噴射裝置用于向凈化爐 中噴射活性炭以吸附脫除煙氣中的二噁英和異味。

    除塵器還設置有塵渣出口,處理系統還包括熔融爐,熔融爐與塵渣出口 相連,用于對塵渣出口排出的塵渣進行熔融無害化處理。

    廢舊鋰離子電池的處理系統,利用破碎裝置對電芯進行破碎時會產生一些揮發有機物,將電芯碎料 在低溫氣化裂解爐中進行低溫氣化裂解可以將其中的有機物發生裂解氣化反應,產生裂解 氣(主要是一些裂解烷烴氣體和烯烴氣體)和固體剩余物(主要為正極材料、石墨粉以及金 屬),使得廢舊鋰離子電池中的有機物直接轉化為氣態與固體物質等徹底分離,有效避免了有機電解液對正極材料等的后續污染。隨后,將揮發有機物和裂解氣在燃燒裝置進行燃燒,產生的煙氣進入煙氣凈化裝置,利用石灰乳噴射裝置向凈化爐的煙氣中噴入石灰乳進行脫酸反應,以將煙氣中的含磷酸性氣體轉化成磷酸鈣,含氟酸性氣體轉化成氟化鈣; 利用除塵器對脫酸反應后的煙氣進行除塵后排放。

     

    三 廢舊電池處理干法脫氟除塵工藝流程技術方案描述  采用鹽城市海韻環境工程技術有限公司(國家發明專利申請號201910124156.3一種窯爐煙氣脫氟脫硫除塵方法及設備)的原理其中部分干法脫氟, 石灰粉吸附工藝,利用新鮮石灰粉作為吸附劑,對煙塵進行治理凈化,從而使煙塵真正做到達標排放。

    由氣化裂解爐產生的煙塵,出口煙氣溫度320±10℃先經煙氣急冷塔,經過增濕活化噴嘴噴出的水霧,全蒸發噴淋冷卻降溫的過程,煙氣溫度冷卻到150-200℃,再進入一級半干式脫氟脫硫吸附裝置,

    一級半干式脫氟脫硫吸附裝置,內置吸附反應器與氧化鈣吸附劑進行一次物理化學吸附的過程;經過脫硫除氟反應器與加入的新鮮氧化鈣吸附劑進行脫硫、脫氟的過程;然后進入旋風分離除塵器進行氣體、固體粗分離過濾的過程,分離過濾后的氣體再由進入二級干式脫氟吸附裝置。

    煙氣二級干式脫氟吸附凈化采用工業氧化鋁作吸附劑。吸附劑工業氧化鋁,凈化效率高,一般在99.9%以上;干法凈化不存在含氟廢水,避免了二次污染;

    經過二級干式脫氟吸附裝置與加入氧化鋁吸附劑進行脫氟的過程;然后進入布袋除塵器進行氣體、固體分離過濾的過程,潔凈煙氣由引風機從煙囪排放。

    一級半干法脫氟脫硫除塵和二級干式脫氟吸附裝置原理

    3.1一級半干法脫氟脫硫除塵凈化原理

    半干法凈化煙氣就是利用固體吸附劑吸附某種氣體物質而完成凈化煙氣的目的,半干法凈化具有效率高 ,無二次污染,操作簡單,運行費用低的特點。吸附凈化法是將含HF和SOx的廢氣通過固體吸附劑的吸附裝置,使HF和SOx與吸附劑發生反應,達到除氟脫硫的目的。HF和SOx的一級吸收脫除,得到一級凈化煙氣;

    煙氣半干法脫氟脫硫除塵煙氣凈化設備,包括工藝水箱,工藝水泵,工藝水流量計,脫氟塔文丘里段結構,脫硫塔文丘里段,旋風分離器,石灰粉倉結構,

    半干法脫氟脫硫塔裝置具有一級多管文丘里管和二級單管文丘里管,兩個文丘里管將整個脫氟脫硫塔裝置分隔成了兩個循環流化床,其中二級單管文丘里管的煙氣流通截面積是一級多管文丘里管煙氣流通截面積的2~3倍。這種文丘里管的布置方式使得下層的一級多管文丘里管出口風速很高,而上層的二級單管文丘里管出口風速較低,從而使下層的循環流化床主要集中懸浮較大顆粒的CaO粉,而上層的循環流化床主要集中懸浮較小顆粒的CaO粉,一級多管文丘里管以實現脫氟為主,二級單管文丘里管以實現脫硫為主,從而實現兩級循環流化脫氟脫硫效果。

    煙氣流經一級多管文丘里管后氣流速度加速,將CaO粉沖擊上升,CaO粉與煙氣在脫氟脫硫塔中筒體內發生湍流、磨擦,使得煙氣中的HF等酸性氣體與CaO粉發生反應。其中有一部分顆粒較小,質量較輕的CaO粉與煙氣及二級增濕活化噴嘴噴出的水霧一起經過二級單管文丘里管后,進入上層的循環流化床,由于二級單管文丘里管煙氣其氣流速度較低,所以形成的二級循環流化床主要集中懸浮那些細顆粒小的CaO粉,進行二次脫硫。在脫氟脫硫塔出口煙道處安裝的氣固分離擋板,將煙氣中的一部分CaO粉阻擋再次回到循環流化床進行反應。

    安裝在脫氟脫硫塔主體塔壁上的塔上層噴嘴和塔下層噴嘴噴入適量的霧化工藝水,水分迅速被蒸發而干燥,煙氣溫度隨之降低;使得煙氣中的氟化氫迅速與石灰反應,生成氟化鈣;脫除SO2,生成CaSO4;脫除氟化氫,SO2后的煙氣 從塔主體頂部經出口煙道進入旋風分離器;在旋風分離器內,脫除煙氣內的灰塵,灰塵滑落到旋風分離器的底部,

    脫氟反應方程式:2HF+CaO=CaF2+H2O、ΣF+CaO =CaF2+ΣO,

    脫硫反應方程式:CaO+ H2O= Ca(OH)2

    Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

    CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

    Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O  

    3.2二級干式脫氟吸附裝置原理

    由于煙氣中氟化氫濃度不確定性,為確保排放標準(氟化物:5mg/m3),經過前述一級半干式脫氟脫硫裝置,煙氣中尚存的微量氟化氫采用二級干式脫氟吸附裝置,以新鮮氧化鋁為吸附劑,以煙氣中氟化物(主要是氟化氫)為吸附質,在設定的條件下(包括反應段反應時間、煙氣流速等),氧化鋁與氟化氫混合,在極短的時間內完成對氟化氫的吸附,并達到很高的吸附效率。

    氧化鋁具有很大的比表面積,且由于內部有微細孔道的緣故,孔徑平均60埃以上,一般30埃以上 為大孔,大孔對吸附分子提供通道,促使這些分子迅速達到氧化鋁內部的微孔,有利于氟化氫的吸附。

    吸附過程 氣膜吸附,微孔吸附,吸附,脫附,在擴散

    在吸附系統中,只要提供足夠的湍動,讓吸附物 與吸附劑充分接觸,促進氣流擴散,并增加傳質速 率.可得到較好的吸附效果。

    主要設備 氟化氫干法吸附反應器是一種較先進的吸附反應設備,該反應器根據氣體流動多點式錐形運動原理設計而成,將來自吸附劑的氧化鋁經流態化元件氣源管流化沸騰后,通過空心錐體多孔眼中噴射溢流而出,呈一個很均勻的圓截面,此時含氟煙氣與氧化鋁進行充分接觸,均勻混合、吸附反應,含氟煙氣吸附到氧化鋁表面上,生成氟化鋁。

    由噴射反應器將其均勻地噴射至煙氣中與煙氣產生劇烈反應將煙氣中所剩無幾的含氟物質吸附干凈。煙氣挾帶著氧化鋁進入除塵器中,經氣體分布板阻擋速度降低,大顆粒的氧化鋁落入灰斗中。細顆粒的粉塵經過濾布袋過濾附著在布袋外表面上,潔凈的煙氣經除塵器出口由排煙風機送至下一工段SCR反應器脫硝工藝。布袋上的粉塵經過一定時間積累使除塵器阻力升高,當除塵器阻力升高至一定值時,由控制系統發出指令信號對除塵器進行自動或手動反吹,將附著于除塵器布袋上的氧化鋁吹落至灰斗中,反吹的控制也可以根據使用情況設定為定時反吹。

    布袋除塵器濾袋是袋式除塵器的關鍵部件之一,其過濾與分離效率決定了裝置的除塵性能。 其中,濾布纖維又是濾袋的核心內容。目前,制作濾袋的濾布纖維,品種眾多,特點也各不相同,適用場合需具體分析?;隈R蹄焰窯爐產生的煙塵的特定應用場合,和實施本工藝所設定的煙氣溫度范圍,采用以純聚四氟乙烯(PTFE)等耐高溫材質為濾料的袋式除塵器。該濾料表層為膨體聚四氟乙烯,起過濾作用;底層濾料為聚四氟乙烯纖維做成的基布,起支撐表面薄膜的作 用,增強機械強度,能在連續使用溫度為240℃,瞬時耐溫260℃的條件下進行除塵處理,顯 示出其微孔孔徑均勻、穩定性好、運行阻力低、過濾效率好等優點。經煙道噴射法,一級半干法脫氟脫硫,二級干式脫氟吸附裝置里反應塔進行脫硫脫氟反應處理后的混合煙氣,進入袋式除塵器,并吸附在布袋濾料表 面,形成結構膜,產生二次反應,在實現第二級除塵的同時,達到最佳脫硫脫氟效果。

      主要為化學吸附,其反應方程式為:

    Al2O3+6HF=2AlF3+3H2O

    四 廢舊電池活性炭粉末噴射系統

    4.1 活性炭投加系統

    設備概況介紹

    本項目活性炭系統包含活性炭上料系統、活性炭儲存系統以及活性炭投加系統。

    粉狀活性炭通過氣力輸送方式定量的送入至干法脫酸塔內,以進一步去除煙氣中的重金屬物質及二噁英的含量。

    活性炭的投加量保證重金屬及二噁英的在煙氣處理系統出口的排放滿足排放要求。

    4.2 活性炭上料系統


    六、干法吸附脫氟工藝技術方案

    6.1干法脫氟除塵工藝:

    利用新鮮氫氧化鈣作為吸附劑(吸附凈化含氟廢氣 ,也可以采用氧化鈣等作吸附劑 ),對煙塵進行治理凈化,HF去除率可達 95 %以上。

    在一套裝置內,實現了煙氣的治理,實現了脫氟除塵一體化控制,工藝流程簡單,操作簡便,運行穩定,無需防腐處理。

    煙氣脫氟除塵凈化的系統,以“一級輸送床吸收吸附反應器+二級高湍動吸收吸附反應器+布袋除塵器”為核心,一體化實現了HF以及煙塵等的同時脫除。

    一級輸送床吸收吸附反應器和二級高湍動吸收吸附反應器可以視為一個整體,屬于反應器的前段和后段。

    其中,一級輸送床吸收吸附反應器,用于HF的一級吸收脫除一級吸附。

    在一級輸送床吸收吸附反應器前端設置有第一鈣基吸收吸附劑加入裝置,第一鈣基吸收吸附劑的比表面積為≥30m2/g,可以根據煙氣中的HF的濃度調節第一鈣基吸收吸附劑加入量。

    一級輸送床吸收吸附反應器后端出料口與二級高湍動吸收吸附反應器進料口連接,在一級輸送床吸收吸附反應器的尾端及二級高湍動吸收吸附反應器的前端,設置有第二鈣基吸收吸附劑加入裝置,所述第二鈣基吸收吸附劑的比表面積為≥25m2/g。

    二級高湍動吸收吸附反應器出料口直接連接布袋除塵器的進料口,濾袋上的粉餅層物料中還含有一定量的吸收吸附劑,可以在脫除煙氣粉塵的同時進一步吸收脫除煙氣中的HF,得到的凈煙氣通過引風機排至下一工段濕法脫氟填料塔脫氟。

    二級高湍動吸收吸附反應器設置了霧化加濕裝置,通過霧化加濕裝置霧化噴水加濕,煙氣溫度降溫至約80~110℃,創造離子型環境,使得煙氣中的 HF實現高效的二級吸收脫除。

    凈化系統還包括循環斜槽,連接布袋除塵器的出料口和二級高湍動吸收吸附反應器進料口,用于將布袋除塵器中未反應完全的吸收吸附劑回收至二級高湍動吸收吸附反應器中。

    大量未反應完的吸收吸附劑從布袋下端通過循環斜槽返回二級高湍動吸收吸附反應器重復利用。這部分循環物料與第二鈣基吸收吸附劑和煙氣攜帶的物料在二級高湍動 吸收吸附反應器內混合,形成激烈湍動的大比表面物料床層。

    布袋除塵器連接有副產物倉,少部分未反應完全的副產物外排至副產物倉儲存。

    煙氣脫硫脫氟除塵凈化的方法,包括以下步驟:

    A) 輥道窯爐出口煙氣在一級輸送床吸收吸附反應器中進行HF的一級吸收脫除得到一級凈化煙氣;

    B)一級凈化煙氣在二級高湍動吸收吸附反應器中進行HF的二級吸收脫除,得到二級凈化煙氣;

    C)二級凈化煙氣進入布袋除塵器,進一步脫除粉塵、HF,得到凈化煙氣。

    爐出口煙氣的溫度優選80℃~110℃,經煙道首先進入一級輸送床吸收吸附反應器,在一級輸送床吸收吸附反應器前端設置有第一鈣基吸收吸附劑加入裝置,第一鈣基吸收吸附劑的比表面積為≥30m2/g,根據煙氣中的HF的濃度調節第一鈣基吸收吸附劑的加入量,在一級輸送床吸收吸附反應器內,實現了HF的一級吸收脫除的一級吸附,HF的吸附效率脫除效率為95%以上以上。

    在一級輸送床吸收吸附反應器中,進行的反應如下:

    Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O(主要反應);

    一級輸送床吸收吸附反應器后端與二級高湍動吸收吸附反應器連接,在一級輸送 床吸收吸附反應器的尾端及二級高湍動吸收吸附反應器的前端,通過第二鈣基吸收吸附劑 加入裝置加入鈣基吸收劑,加入的第二鈣基吸收劑與煙氣中的摩爾比優選為1.2~ 1.5:1,此外大量的鈣基吸收劑循環物料通過后端布袋除塵器收集后經空氣斜槽回收回用, 由二級高湍動吸收吸附反應器前端進料口加入。

    在二級高湍動吸收吸附反應器內新加入的鈣基吸收劑、循環返料、煙氣攜帶的物料通過文丘里加速進入,大量鈣基吸收劑顆粒與煙氣激烈湍動混合,充分接觸,形成激烈湍動的大比表面物料床層,床內的Ca /F比高達30-60以上,極大地強化了氣固間的傳質與傳熱,

    6.2 袋式凈化過濾器性能參數:

    6.2.1袋式凈化過濾器的額定處理風量:43000m3/h。

    6.2.2濾袋材質及縫制工藝:

    濾袋材質:專用濾料 T555SA

    長期耐溫200℃ 短期:220℃ 

          縫制工藝:中縫熱焊

    3.2.3 過濾面積: 930 m2/臺

    3.2.4 每臺袋式凈化過濾器外形尺寸: 7690×7276(長×寬)

    6.3  氫氧化鈣料倉容積:

    氫氧化鈣料倉容積為15m3,并裝有物位計。

    干法系統使用的氫氧化鈣指標如下:

    粒度:-45um<12%

          +75um<53% 

          +150um<0.5%

    容重:1.0-1.1(g/cm3)  細度:>200目;鈣含量:>95%;含水量:<2%。






    標簽: 廢舊鋰離子電池 干法脫氟除塵 鋰電池回收廢氣處理 舊鋰電池尾氣干法脫氟

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