一种锂电池回收过程中废气净化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锂电池回收过程中废气净化方法及系统，锂电池回收过程中产生的废气先经除尘装置去除其中的含尘颗粒物，然后经二段循环吸收塔脱除废气中大部分的含氟组分，脱除含氟组分后的废气通过高温燃烧或中温催化燃烧去除其中的挥发性有机物，再经余热回收后进入碱吸收塔去除剩余微量的氟化氢；上述过程中产生的废液汇入中和槽内与中和碱液反应，使其中的氟、磷固化脱水后形成无害固化物氟化钙和磷酸钙。本发明专利技术可脱除废气中大部分的含氟组分，且经处理后的废气中尘、氟及挥发性有机物脱除效率达到甚至超过相关标准，同时将废气中氟和磷元素转化成无害固化物，既达到了废气净化治理的目的，同时实现了资源综合利用。

A method and system of waste gas purification in the process of lithium battery recovery

The invention relates to a waste gas purification method and system in the recovery process of lithium battery. The waste gas generated in the recovery process of lithium battery is firstly removed by the dust removal device, then most of the fluorine-containing components in the waste gas are removed by the two-stage circulating absorption tower, and the volatile organic compounds in the waste gas after the fluorine-containing components are removed are removed by high-temperature combustion or medium temperature catalytic combustion, and then After the waste heat is recovered, it enters into the alkali absorption tower to remove the remaining trace hydrogen fluoride; the waste liquid generated in the above process flows into the neutralization tank to react with the neutralization alkali liquor, so that the fluorine and phosphorus in it are dehydrated to form harmless solidified calcium fluoride and calcium phosphate. The invention can remove most of the fluorine-containing components in the waste gas, and the removal efficiency of dust, fluorine and volatile organic compounds in the treated waste gas reaches or even exceeds the relevant standards. Meanwhile, the fluorine and phosphorus elements in the waste gas are converted into harmless solidified substances, which not only achieves the goal of waste gas purification and treatment, but also realizes the comprehensive utilization of resources.

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池回收过程中废气净化方法及系统
本专利技术涉及废气净化处理
，尤其涉及一种锂电池回收过程中废气净化方法及系统。
技术介绍
近年来，我国新能源汽车产业得到蓬勃发展，动力锂电池产能随之急速增长，有报道显示2020年国内新能源汽车总产量有望到达200万辆，对应动力电池需求达到120.8GWh，动力电池需求年均复合增速约为54.9％，目前汽车动力电池主要是以锂电池为主。锂离子电池一般使用碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯及六氟磷酸锂等混合溶剂作为电解质，相较于铅酸电池、镍镉电池，在使用年限和寿命上虽然锂电池的表现非常优越，但是其寿命一般为3到5年，随着动力锂电池使用年限的增长，其更换淘汰量成倍数增长。废弃的锂电池中含有大量不可再生的金属资源，如钴、锂、镍、铜、铝等，若能有效地对废旧锂电池进行回收处理，不仅能减轻废旧锂电池造成的环境污染，同时还可创造较丰富的经济效益，从而实现锂电绿色循环经济。废旧锂电池回收过程中，废旧锂电池要经过拆解、破碎、氮气保护加热烘干、分选、电池粉制备、金属回收等工序。废旧锂电池在拆解破碎过程中产生大量粉尘，电裂解烘干过程中产生的电解液中大量有机溶剂挥发出来，如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯等，六氟磷酸锂在裂解及与水分反应后会产生大量的氟化氢、五氟化磷等含氟组分，如果废气不经过处理直接外排，不仅危害周围人员的身体健康，更会严重的污染环境。因此，在废旧锂电池回收过程中产生的废气净化，主要是对除尘、含氟有害组分及挥发性有机物进行净化，使回收过程废气排放达到相应的国家及行业标准。然而，由于废旧锂电回收过程废气有机组分复杂，含氟组分具有易腐蚀性及去除缓慢等特点，现有的废气净化装置及系统，既无法实现废气净化排放指标，同时又避免不了含氟气体对净化设备带来的腐蚀损害。专利号为CN207950933U的中国专利公开“一种锂电池回收过程中产生的有机废气处理系统”，该系统采用袋式除尘器、催化燃烧设备和碱池，其过滤工序用以去除固体微粒，催化燃烧设备用以去除碳酸酯类等挥发性有机物，但是废气中含有大量的含氟组分，不经处理直接进入催化燃烧设备中会对处理造成腐蚀，同时使催化燃烧催化剂中毒失效，进而极大缩短整套处理设备使用寿命。含氟组分中主要是以五氟化磷的形式存在，五氟化磷在碱性水溶液中会发生分解，但分解速度缓慢，效率低下，碱池无法使含氟组分的脱除效率达到标准排放。另外，在锂电回收裂解炉工序中，烘干废气中挥发性有机物浓度范围高达150g/m3，这也超出了催化燃烧设备的操作范围。专利号为CN108096977A的中国专利公开了一种“锂电池回收过程中产生的废气的处理方法及系统”，该系统采用氮气保护、吸附剂除湿，虽然可减少氟化氢的产生，但废气中部分含氟组分与水反应剧烈，在电池分类筛选破碎过程不可避免会有水分引入，卤素酸造成的设备腐蚀现象不可避免，同时该处理方法没有设置含氟组分的脱除方法，净化尾气中含氟组分超标排放无法避免。专利号为CN110124432A的中国专利公开了“一种废旧锂电池回收处理工艺中烟气净化装置”，该装置通过布袋除尘器除尘，水淋洗塔进一步脱除粉尘颗粒物质，碱液淋洗塔净化无机卤素酸，活性炭吸附装置脱除挥发性有机物，紫外光解进一步降解未脱除的挥发性有机物；该装置虽然设置了碱洗塔，可脱除含氟组分中的氟化氢，但是其它含氟组分无法达标脱除，尤其是五氟化磷。另外，废气中的挥发性有机物含量高，采用活性炭吸附装置，活性炭在短时间之内吸附饱和从而失活，会导致更换频繁，运行成本高。紫外光解装置适用于臭异味的治理，而对酯类的脱除，需较高能耗才能达到一定脱除效果，且存在二次污染的风险。专利号为CN108128953A的中国专利公开了“一种废旧锂电池回收裂解的废气及废水处理装置及方法”，该装置设置电裂解炉，锂电回收废气经废气收集管、缓冲罐、空气混合器后直接进入电裂解炉，因在锂电回收过程存在大量的含氟组分，含氟组分经电裂解炉后产生高浓度氟化氢气体，会对电裂解炉设备造成严重的腐蚀，从而缩短设备寿命；另外，该装置未经除尘设备，直接焚烧废气，大量粉尘会集聚在裂解炉内，影响处理装置的运行。通过对以上现有技术的描述和分析可知：实现锂电池回收过程中废气净化需要对粉尘、含氟组分及挥发性有机物分别进行脱除，而含氟组分的脱除是其中的关键步骤，这就要求废旧锂电池回收过程产生的废气在经过除尘后，应首先尽可能高效地脱除含氟组分，最好是完全脱除含氟组分或将废气中含氟组分浓度脱除至≤10ppm，然后再将挥发性有机物脱除至达标排放要求，通常认为：废气中氟的摩尔含量＜0.2％时，含氟混合有机废气在采用直接燃烧方式净化时，氟化物不会对设备造成严重的腐蚀。综上所述，为了克服上述现有技术中的缺陷，并使废旧锂电池回收过程中产生的废气能够达到完全的净化标准排放，迫切需要对上述现有的净化装置及方法进行改进和创新，防止含氟组分对废气处理装置本体、保温材料或蓄热体的腐蚀，或避免催化剂氟中毒失活，有效延长废气设备的使用寿命，保证废气净化处理装置系统安全、稳定及可靠运行，使废气中尘、氟及挥发性有机物脱除效率达到甚至超过相关标准。
技术实现思路
本专利技术提供了一种锂电池回收过程中废气净化方法及系统，针对锂电池回收过程中产生的废气具有高浓度尘、氟和挥发性有机物的特点，合理设置各功能性单元，可脱除废气中大部分的含氟组分，防止含氟组分对挥发性有机物处理装置本体、保温材料或蓄热体的腐蚀，避免催化剂氟中毒失活，有效延长废气净化处理设备的使用寿命，保证废气净化处理设备运行的安全性、稳定性及可靠性；经处理后的废气中尘、氟及挥发性有机物脱除效率达到甚至超过相关标准，同时将废气中氟和磷元素转化成无害固化物，既达到了废气净化治理的目的，同时实现了资源综合利用。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种锂电池回收过程中废气净化方法，锂电池回收过程中产生的废气先经除尘装置去除其中的含尘颗粒物，然后经二段循环吸收塔脱除废气中大部分的含氟组分，脱除含氟组分后的废气通过高温燃烧或中温催化燃烧去除其中的挥发性有机物，再经余热回收后进入碱吸收塔去除剩余微量的氟化氢；上述过程中产生的废液汇入中和槽内与中和碱液反应，使其中的氟、磷固化脱水后形成无害固化物氟化钙和磷酸钙。一种锂电池回收过程中废气净化方法，具体包括如下步骤：1)锂电回收过程中产生的废气经废气收集管道进入除尘单元，废气中的含尘颗粒物被滤出后通过输灰装置送至灰库暂存，经除尘后的废气含尘量＜10mg/m3；2)除尘净化后的废气送入氟脱除单元，经气液换热器与来自二段循环吸收塔的吸收液换热降温，然后进入二段循环吸收塔中；二段循环吸收塔的下段通入酸性吸收液，废气中大部分的五氟化磷和氟化氢被脱除；其中废气中的五氟化磷与酸性吸收液反应生成含氟磷络合物，反应后的混合溶液经过气液换热器加热后，含氟磷络合物分别形成氢氟酸与磷酸；二段循环吸收塔的上段通入碱性吸收液，进一步吸收来自下段逃逸的五氟化磷和氟化氢；经氟脱除单元净化后的废气中氟的摩尔含量在100p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池回收过程中废气净化方法，其特征在于，锂电池回收过程中产生的废气先经除尘装置去除其中的含尘颗粒物，然后经二段循环吸收塔脱除废气中大部分的含氟组分，脱除含氟组分后的废气通过高温燃烧或中温催化燃烧去除其中的挥发性有机物，再经余热回收后进入碱吸收塔去除剩余微量的氟化氢；上述过程中产生的废液汇入中和槽内与中和碱液反应，使其中的氟、磷固化脱水后形成无害固化物氟化钙和磷酸钙。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池回收过程中废气净化方法，其特征在于，锂电池回收过程中产生的废气先经除尘装置去除其中的含尘颗粒物，然后经二段循环吸收塔脱除废气中大部分的含氟组分，脱除含氟组分后的废气通过高温燃烧或中温催化燃烧去除其中的挥发性有机物，再经余热回收后进入碱吸收塔去除剩余微量的氟化氢；上述过程中产生的废液汇入中和槽内与中和碱液反应，使其中的氟、磷固化脱水后形成无害固化物氟化钙和磷酸钙。


2.根据权利要求1所述的一种锂电池回收过程中废气净化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)锂电回收过程中产生的废气经废气收集管道进入除尘单元，废气中的含尘颗粒物被滤出后通过输灰装置送至灰库暂存，经除尘后的废气含尘量＜10mg/m3；
2)除尘净化后的废气送入氟脱除单元，经气液换热器与来自二段循环吸收塔的吸收液换热降温，然后进入二段循环吸收塔中；二段循环吸收塔的下段通入酸性吸收液，废气中大部分的五氟化磷和氟化氢被脱除；其中废气中的五氟化磷与酸性吸收液反应生成含氟磷络合物，反应后的混合溶液经过气液换热器加热后，含氟磷络合物分别形成氢氟酸与磷酸；二段循环吸收塔的上段通入碱性吸收液，进一步吸收来自下段逃逸的五氟化磷和氟化氢；经氟脱除单元净化后的废气中氟的摩尔含量在100ppm以下；
3)经除尘、脱氟净化后的废气进入挥发性有机物脱除单元中的焚烧炉进行850℃～1000℃高温燃烧或250℃～350℃催化燃烧；废气中的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯及微量的含氟磷化合物在高温燃烧作用或催化燃烧作用被完全氧化，生成二氧化碳、水及微量的氟化氢和五氧化二磷，脱除挥发性有机物后的废气中非甲烷总烃含量小于80mg/m3，VOCs净化效率大于95％；
4)步骤3)中废气经高温燃烧后产生的高温烟气进入余热回收单元，由余热回收装置产生低中压蒸汽；经余热回收后的烟气再通过换热降温后进入碱吸收塔；或者废气经催化燃烧后产生的中温烟气经换热降温后进入碱吸收塔；
5)在碱吸收塔中，烟气与碱性吸收液逆流接触，烟气中剩余微量的氟化氢被吸收，净化后的烟气中氟化氢含量小于3mg/m3；
6)气液换热器加热分解后的溶液、二段循环吸收塔上段的排放液及碱吸收塔的排放液分别汇入中和槽中，与中和碱液反应，其中的氟与磷被固化形成沉淀物，通过压滤机脱水后，形成的氟化钙和磷酸钙为无害固化物。


3.根据权利要求2所述的一种锂电池回收过程中废气净化方法，其特征在于，所述气液换热器以除尘后的废气为热源加热酸性吸收液，酸性吸收液在气液换热器中的加热停留时间为60～600min，气液换热器中酸性吸收液的流动通道采用耐腐蚀石墨材料制成。


4.根据权利要求2所述的一种锂电池回收过程中废气净化方法，其特征在于，所述酸性吸收液为硫酸、磷酸、氢氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：田福海，常治铁，童玲，张龙涛，邓荣喜，
申请(专利权)人：鞍钢上海环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31