CN109890506A - 冲击反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于粉碎复合材料的冲击反应器(1)，其包括圆柱形壳体(2)，其中布置有具有冲击元件的转子(4)，其中该冲击反应器(1)在远离转子(4)的端面上通过盖子(7)闭合，其中抽取开口(8)与盖子(7)相关联，其中分类装置(9)与抽取开口(8)相关联。本发明还涉及一种处理电池、矿物棉和原料的方法。

Description

冲击反应器
本发明涉及一种用于粉碎复合材料的冲击反应器(impact reactor)，其包括圆柱形壳体，在该壳体中安装有设置有冲击元件的转子，其中冲击反应器通过位于远离转子的端面上的盖子进行闭合，其中盖子与一抽吸开口相关联。
冲击反应器用于粉碎由不同材料组成的物体，以允许物质分离。因此，通过旋转冲击元件的方式，通过具有较高动量传递的冲击应力来使物体粉碎并分离成单独的组分。
EP 0 859 693 B1公开了一种冲击反应器，其包括圆柱形主体，其中布置有由驱动电机驱动的转子。转子由耐磨钢制成，并且在其螺旋桨形或叶片形的端部上具有可更换的冲击元件。
可以在冲击反应器的圆周区域中布置喷射开口，该喷射开口可以利用开槽盖板或穿孔盖板覆盖，以便能够实现差异化排放所需颗粒大小的粉碎颗粒。
目前，粉碎具有粉末形式的组分的物体存在问题。在这方面，例如对于锂离子电池是存在问题的。在初始状态下，锂离子电池具有带有溶剂并被施加到涂覆有铜和铝的合成材料膜上的活性物质。在蓄电池处理期间，从活性物质中形成粉尘。这尤其适用于蓄电池在冲击反应器中粉碎之前热解的情况。使用布置在冲击反应器的圆周区域中的已知抽取开口，无法将粉尘选择性地引出冲击反应器。
本发明的目的是提供一种用于粉碎组合材料的冲击反应器，其允许将粉状组分引出所述冲击反应器。
通过权利要求1的特征来实现该目的。从属权利要求涉及有利的实施方案。
本发明的用于粉碎复合材料的冲击反应器包括圆柱形壳体，其中安装有设置有冲击元件的转子，其中冲击反应器通过位于远离转子的端面上的盖子进行闭合，其中盖子与一抽吸开口相关联，其中抽取开口与一分类装置相关联。
根据本发明，分类装置是冲击反应器的一部分并且与抽吸开口直接相关联。优选地，冲击反应器的转子布置在壳体的底部区域中。具有抽吸开口的盖子布置在远离转子的端面上，使得抽吸开口布置在距转子最大可能的距离的位置。可选地，可以将抽吸开口布置在壳体中。如果将具有粉末形式组分的复合材料送入冲击反应器中，则在转子机械加载期间在冲击反应器内产生含尘环境。粗大颗粒可以通过布置在抽吸开口中的分类装置以仅粉尘可以从抽吸开口移除的方式将被分离出来。
在分类装置之后，然后可以处理粉末或含粉尘的排气。为此，优选使用物理分离方法。例如，可以在重力分离器或离心分离器中进行这种处理。在这种情况下，尤其可以使用Z字形分离器。
分类装置可以是筛网。筛网是以特别简单的方式进行设计并且特别坚固的分类装置。通过选择孔径或网孔宽度，可以限定所允许通过的颗粒大小。
在有利的实施方案中，筛网是辊形的。辊形筛网具有较大的筛网表面，其带来较低的压力损失和较高的筛网性能。可以将筛网水平和垂直地布置在冲击反应器中。
可以将筛网布置成能够在抽吸开口中旋转。在旋转筛网的情况下，在筛网周围直接形成了离心力场。这确保了即使较大的颗粒可以穿过孔或网孔，它们也无法穿过筛网。为此，旋转筛网允许分离特别细小的颗粒。
在可选实施方案中，将分类装置设计为空气分离器(air separator)。在空气分离器的情况下，基于颗粒的惯性或各自重力与流动阻力的比率，在气流中分离颗粒。细粒或轻质的颗粒跟随气流流动，而较重的颗粒跟随质量力(mass force)。
可以将分类装置形成为偏转轮。在一个有利的实施方案中，偏转轮具有两个间隔开的转子轮盘，其间布置有转子叶片。偏转轮是特定类型的空气分离器。偏转轮以通风机的形式制成。包含被粉碎颗粒的空气流过旋转的转子。在转子和进入的颗粒之间发生动量传递。同时，颗粒被推入进入的气流中。其中由气流施加的剪切力小于由转子旋转引起的离心力的那些颗粒因为转子的动量传递而改变方向并且被引导回到冲击反应室中。为此，转向的颗粒不能通过偏转轮。相反，其中气流的剪切力大于由转子施加的离心力的那些颗粒与气流一起通过偏转轮。
在偏转轮的情况下，有利的是其具有较大的分离效果，对于小而轻的颗粒而言尤为如此。因此，可以精确地设定允许通过的颗粒的颗粒大小。此外，偏转轮特别坚固。因此，其甚至可以用于粉碎磨料颗粒。
优选地，以防止颗粒积聚在偏转轮的内部或积聚在转子叶片上的方式来设计偏转轮。
为此，可以转子叶片在外侧为圆形的方式来设计转子叶片。另外，转子叶片可以具有管，管的内侧具有布置在其上的在边缘处彼此接触的金属板条。因此，转子叶片在外侧为圆形，并且转子叶片在内侧具有三角形基本形状。
根据另一有利的实施方案，在转子的底板上布置有金字塔形的挡板(baffleplate)。因此，在抽吸开口的方向上减小了转子内部的流体横截面。通过减小横截面，该区域中的流速显著增加。从而，穿过偏转轮的颗粒被可靠地从偏转轮中引出。
可以将分类装置设计成分离具有可预选颗粒大小的颗粒。特别有利的是，可以根据待粉碎的材料和根据所需的粉碎结果来设定颗粒大小。可以在粉碎循环期间经由抽吸开口分离具有预定颗粒大小的颗粒的方式来调节分类装置。
此外，在粉碎循环期间，分类装置可以在第一部分中分离具有第一颗粒大小的颗粒，并在第二部分中分离具有第二颗粒大小的颗粒。在这种情况下，在粉碎循环期间，以分类装置分离具有不同颗粒大小的颗粒的方式来修改分类装置。
在旋转筛网或偏转轮的情况下，这种修改特别适合/简单。对于这两个实施方案，通过改变旋转速度来实现修改。如果旋转速度增加，则允许通过旋转筛网或通过偏转轮的颗粒的颗粒大小减小。也可以在粉碎循环期间并以无限可变的方式实现这种修改。
可以将清洁设备分配给分类装置。为此，分类装置可以设置有用于例如在抽吸开口侧施加反压力的装置。另外，例如可以设置喷嘴或喷枪。这些装置也可以突入到分类装置的内部并且可以例如在超过预选的压差时触发压力激增，所述压力激增实现分类装置的清洁。这可以防止分类装置堵塞。清洁介质可以是气体，例如冷却气体或热气体。清洁介质也可以是液体。
可以在冲击反应器中引入送风开口。这允许产生循环气流。因此，改善了冲击反应器的颗粒排放。此外，可以在冲击反应器上采用惰性气体，例如氮气。当在冲击反应器中处理活性或爆炸性材料时，这是特别有利的。
送风开口还允许以特别简单的方式来控制送风的温度，使得例如可以在冲击反应器中进行干燥。通过预先执行干燥送风的程序再次改善了该工艺。此外，分类装置还可以设置有干燥装置，使得可以干燥含有颗粒的排气。通过控制送风的温度，同样可以实现冷却，使得冲击反应室内的环境可以通过送风冷却。
可以在转子的区域中封闭壳体。这确保了冲击反应器具有特别长的使用寿命，这带来较低的维护费用。然而，可以提供的是，在转子的区域中，在壳体的圆周区域中设置襟翼(flap)形式的抽取开口。抽取开口允许从冲击反应器中移除粗大颗粒，特别是金属颗粒。
抽取开口可与筛网相关联。因此，可以执行物质分离。例如，可以经由筛网移除已经达到所需粉碎程度的金属颗粒，而较大的颗粒保留在冲击反应室中并进一步进行粉碎。
用于经由抽吸开口移除的排气的排气后处理的装置可与分类装置相关联。这种排气后处理在通过粉碎产生例如活性气体的有毒气体时是特别有利的。在排气后处理期间，这些有毒气体从排气中移除。例如通过燃烧室中的排气二次燃烧提供了一种简单且符合成本效益的排气后处理。此外，可以执行气体过滤或类似操作。
本发明在冲击反应器中处理蓄电池的方法允许将蓄电池送入冲击反应器并通过设置有冲击元件的转子的机械加载在冲击反应器中进行粉碎，其中经由抽吸开口从冲击反应器中移除蓄电池的粉尘部分。
可以在将蓄电池送入冲击反应器之前的第一步中打开蓄电池。
在打开之后，可以首先将蓄电池送入热解处理，在热解处理中将挥发性或可燃性组分从蓄电池中移除，并且其中随后将蓄电池送入冲击反应器。
本发明的方法使得可以处理蓄电池以供进一步使用，其中可以从冲击反应器中安全地排出粉尘性、颗粒性组分，即所谓的黑色物质或活性物质，并且对它们进行处理。考虑到黑色物质或活性物质包括有价值的基础材料，这是特别有利的。
可以非热解蓄电池在冲击反应器中进行粉碎的方式来实施该方法。在这种情况下，冲击反应室的惰性化防止蓄电池的爆炸性组分点燃。在热解蓄电池的情况下，冲击反应室不必进行惰性化处理。
经由抽吸开口排出的排气可以进行再处理。排气后处理尤其可以通过二次燃烧来实现，在二次燃烧处理中，排气中的活性气体被转化。可以在分类程序之后立即进行排气后处理。在这方面，分类装置的逐步操作是有利的，其中首先以仅从冲击反应室中抽取出气体组分并将其送入排气后处理程序的方式调节分类装置，随后以从冲击反应室中排出粉末状固体颗粒的方式调节分类装置。在这种情况下，有利的是，首先从冲击反应室中排出活性气体或有毒气体。在排出粉末状颗粒之后，仅较重或较大的固体颗粒(主要是金属)保留在冲击反应室中，并经由抽取开口排出。
本发明的方法特别适用于处理锂离子电池。但是，也可以将碱锰电池、锌碳电池等送入冲击反应器。
本发明的冲击反应器也可以有利的方式用于处理矿物棉。作为废料的矿物棉是在例如工业制造期间产生的以及在建筑中在例如改建或现代化建设期间产生的。存在将矿物棉(在这种情况下特别是岩棉、玻璃棉或陶瓷棉)引入再循环中的需求。然而，目前的问题在于矿物棉因其纤维结构和较低的密度而受到输送限制。例如，问题在于：当使用吹气方法时，输送待处理的矿物棉时会产生问题。
在本发明的方法中，将待处理的矿物棉送入冲击反应器中，并通过设置有冲击元件的转子的机械加载而在冲击反应器中进行粉碎，其中如果被粉碎的矿物棉的颗粒大小小于预定的颗粒大小，则经由抽吸开口从冲击反应器中移除粉碎的矿物棉。
因此，可以矿物棉不会聚集并因此可以更有效地送入到进一步的处理程序的方式来粉碎或相应地缩短矿物棉的纤维。而且，矿物棉显示出更好的产品性能。包含短纤维的粉碎矿物棉可以例如通过使用吹气方法来输送。
本发明的冲击反应器也适用于处理原料。在相应的本发明的方法中，将原料送入冲击反应器中并通过设置有冲击元件的转子的机械加载而在冲击反应器中进行粉碎，其中如果被粉碎的原料颗粒小于预定的颗粒大小，则粉碎的原料经由抽吸开口从冲击反应器中移除。
在这方面，例如可以在冲击反应器中粉碎诸如粘土的矿物材料，其中经由抽吸开口移除粉末状粘土颗粒。冲击反应器的结构允许预先选择粘土颗粒的颗粒大小，使得所需颗粒大小的粘土颗粒可以送入进一步的加工程序中。
本发明的冲击反应器还可以用于处理木材、熟木、木材复合材料、陶瓷、GFRP、CFRP、木材化合物和由上述材料组成的复合材料，即使它们与金属复合也适用。例如在催化剂中使用的金属-金属复合物也可以进行粉碎。同样地，可以在冲击反应器中处理诸如浮渣、污水污泥、筛屑或烟灰的二次原材料，其中经由抽吸开口实现粉尘部分的分离。特别是可以通过使用冲击反应器来从上述物质中产生颗粒燃料替代物，所述燃料替代物能够被引入到粉尘燃烧或颗粒燃烧程序。
此外，可以在本发明的冲击反应器中粉碎诸如谷物或大米的有机材料。一方面，冲击反应器适用于生产可以经由抽吸开口移除的类膳食产品。另一方面，冲击反应器也适用于粉碎诸如麦麸或外皮(husk)的有机相关材料，然后可以将这些材料更容易和更有效地送入到材料或能量回收程序。
在下文中借助于附图更详细地说明本发明的冲击反应器的一些实施方案。这些附图在每种情况下都示意性地示出：
图1是冲击反应器装置；
图2是用于热解蓄电池的装置；
图3是另一种冲击反应器装置；
图4是具有送入装置和分类装置的冲击反应器装置；
图5是具有Z字形分离器和旋风分离器的冲击反应器装置；
图6是详细说明偏转轮的不同的实施方案；
图7是详细说明集成在冲击反应器中的不同的分离器；
图8是详细说明设置在冲击反应器顶部区域的不同的筛选器；
图9是旋风分离器的不同的实施方案。
附图示出了用于粉碎复合材料的冲击反应器1或冲击反应器装置。冲击反应器1包括由金属材料制成的圆柱形壳体2。在壳体2的内部的底部区域3布置有设置有冲击元件5的转子4。转子4可操作地连接到电机6，该电机6布置在壳体2的外部。将转子4连接到电机6的轴在圆柱形壳体2的轴向方向上延伸。转子4设置有从轴径向突出的叶片。冲击元件布置在叶片的自由端。冲击元件可更换地固定在叶片上。
冲击反应器1在远离转子4的端面上通过盖子7闭合。盖子7与其中布置有分类装置9的抽吸开口8相关联。
在冲击反应器中设置送风开口。所述开口允许在冲击反应器1内建立过压。此外，可以向冲击反应器1的内部送入惰性气体。
本发明的冲击反应器1特别适用于处理蓄电池，尤其适用于处理锂离子电池。
出于处理的目的，第一步中打开这些蓄电池。这可以例如通过钉齿辊(spikedroller)等进行。在第二步中，送入蓄电池进行热解处理，在该处理中从蓄电池中移除挥发性或可燃组分。在下一步中，通过设置有冲击元件的转子4的机械加载(mechanicalloading)在冲击反应器1中将蓄电池粉碎。经由抽吸开口8从冲击反应器1中移除蓄电池的粉尘部分。例如金属颗粒材料的较大颗粒在冲击反应器的底部区域中积聚，并从冲击反应器中循环移除。
图1示出了特别适用于处理例如锂离子电池的蓄电池的冲击反应器装置。将待粉碎的材料(例如电池)从包括称重装置的料仓容器10中移除，并经由具有材料锁12的进料带11引入到冲击反应器1中。在该位置处，材料通过经由转子4引入的机械能粉碎。
在粉碎期间，蓄电池的组分彼此分开，其中由金属或合成材料构成的较大组分积聚在冲击反应器的底部区域中并可以通过布置在底部区域中的移除装置13移除。可以通过将磁性材料与非磁性材料分离的磁性排出口来进行分选。
相反，颗粒组分，尤其是包含在蓄电池中的黑色物质通过布置在盖子7的区域中的抽吸开口8而引出冲击反应器。
冲击反应器的内部空间可以是惰性化的(inertized)。此外，与周围区域相比，冲击反应器的内部空间可以具有较低的压力，因此不想要的气体组分不能从粉碎过程中逸出到周围区域中。
优选地，将热解的蓄电池送入冲击反应器1的上述装置中。图2示出了用于热解蓄电池及类似材料的装置。
将材料(特别是蓄电池)从容器14中移除，并通过材料进料送入冲击反应器1。在该位置处，以壳体部件打开并且电极层的任何绕组都打开的方式机械地加载该材料(例如蓄电池)。所供应的能量相对较低，因此材料未被粉碎，而是仅被打破，使得材料的所有组分在热解处理下以相同的方式发生反应。在该预处理之后，将材料送入热解处理。预先打破的材料防止了爆炸性气体突然逸出。可以均匀地启动热解处理，并可以连续方式进行热解处理。
图3示出了冲击反应器装置的另一个实施方案。图3所示的实施方案特别适用于粉碎包括非热解蓄电池的物体。这对于设置有固定安装或集成的蓄电池的物体特别有利。
在该实施方案的情况下，材料经由惰化锁(inertization lock)送入冲击反应器1，该惰化锁防止气体从冲击反应器1逸出到周围区域。在底部区域中设置惰化材料排出口15，外来杂质通过该惰化材料排出口15被移除。此外，在底部区域中布置磁性排出口16。
图4示出了冲击反应器装置的安装图。材料经由计量装置17送入冲击反应器1。材料经由抽吸开口8排出。在邻接的上行总管(rising main)18中，粗大颗粒被分离出，并且剩余材料被送入Z字形分离器(zigzag separator)形式的分类装置9以进行分类。旋风分离器连接到分类装置9以沉积细粒材料。随后，气流通过用于沉积非常细小的材料的细粉分离器19并经由风扇20进入周围区域。
图5详细示出了由冲击反应器1和分类装置9构成的装置，其中分类装置9包含Z字形分离器和旋风分离器。
在图6所示的实施方案中，分类装置9被形成为偏转轮。该偏转轮具有两个相互间隔开的转子轮盘，其间布置有转子叶片。转子叶片在外侧为圆形，在内侧为锥形。因此，转子叶片的横截面具有泪珠状结构。图6a示出了相对于壳体2轴向旋转的偏转轮，图6b示出了相对于壳体2径向旋转的偏转轮。图6c示出了布置在冲击反应器1中的多个偏转轮。
图7a、图7b和图7c示出了静态工作的分类装置9的不同实施方案。
图8a、图8b和图8c示出了重力分离器形式的分类装置9的不同实施方案。
图9a和图9b示出了不同的送风选择。
可选地，可以将分类装置形成为筛网。筛网可以是辊形的，其中筛网径向地突入到冲击反应器中。通过固定在冲击反应器外部的电机可以使筛网旋转。喷枪形式的清洁设备突出到辊形筛网中。喷枪可以周期性地或者根据压差在筛网内部形成过压，所述过压用于移除粘附在筛网外侧上的滤饼。此外，可以移除捕获在筛网中的颗粒，即所谓的被捕获颗粒。除了通过冲击压力进行清洁之外，还可以例如通过刷子进行机械清洁。
以使粒径为10μm至数毫米的颗粒被允许通过并因此从冲击反应器中排出的方式形成筛网。以使粒径为5μm至500μm的颗粒被允许通过并因此从冲击反应器中排出的方式形成偏转轮。

Claims (16)

1.用于粉碎复合材料的冲击反应器(1)，其包括圆柱形壳体(2)，该圆柱形壳体(2)内布置有设置有冲击元件(5)的转子(4)，其中所述冲击反应器(1)在远离所述转子(4)的端面上通过盖子(7)闭合，其中所述盖子(7)与一抽吸开口(8)相关联，其特征在于，所述抽吸开口(8)与一分类装置(9)相关联。
2.根据权利要求1所述的冲击反应器，其特征在于，所述分类装置(9)为筛网。
3.根据权利要求2所述的冲击反应器，其特征在于，所述筛网为辊形。
4.根据权利要求2或3所述的冲击反应器，其特征在于，所述筛网被布置成能够在所述抽吸开口中旋转。
5.根据权利要求1所述的冲击反应器，其特征在于，所述分类装置(9)被形成为空气分离器。
6.根据权利要求5所述的冲击反应器，其特征在于，所述分类装置(9)被形成为偏转轮。
7.根据权利要求6所述的冲击反应器，其特征在于，所述偏转轮包括两个相互间隔开的转子轮盘，两个所述转子轮盘之间布置有转子叶片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的冲击反应器，其特征在于，所述分类装置(9)被形成为用以分离出具有可预选的颗粒大小的颗粒。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的冲击反应器，其特征在于，所述分类装置(9)与一清洁设备相关联。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的冲击反应器，其特征在于，在所述冲击反应器(1)中设置送风开口。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的冲击反应器，其特征在于，所述壳体(2)在所述转子(4)的区域中封闭。
12.在根据前述权利要求中任一项所述的冲击反应器(1)中处理蓄电池的方法，其中所述蓄电池被送入所述冲击反应器(1)并通过设置有冲击元件的所述转子(4)的机械加载在所述冲击反应器(1)中进行粉碎，其中所述蓄电池的粉尘部分经由所述抽吸开口(8)从所述冲击反应器(1)中移除。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，首先通过将所述蓄电池送入热解处理，在所述热解处理中从所述蓄电池中移除挥发性或可燃性组分，随后将所述蓄电池送入所述冲击反应器(1)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，经由所述抽吸开口抽取的排气被再处理。
15.在根据权利要求1至11中任一项所述的冲击反应器(1)中处理矿物棉的方法，其中所述矿物棉被送入所述冲击反应器(1)中并通过设置有冲击元件的所述转子(4)的机械加载在所述冲击反应器(1)中进行粉碎，其中如果所述被粉碎的矿物棉的颗粒大小小于预定的颗粒大小，则经由所述抽吸开口(8)从所述冲击反应器(1)中移除所述被粉碎的矿物棉。
16.在根据权利要求1至11中任一项所述的冲击反应器(1)中处理原料的方法，其中所述原料被送入所述冲击反应器(1)并通过设置有冲击元件的所述转子(4)的机械加载在所述冲击反应器(1)中进行粉碎，其中如果所述被粉碎的原料颗粒小于预定的颗粒大小，则经由所述抽吸开口(8)从所述冲击反应器(1)中移除所述被粉碎的原料。
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