CN109971960A - 一种锂电池裂解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锂电池裂解系统，裂解炉内部设置用于放置锂电池的空腔，加热线圈通过控制系统调节裂解炉的温度；排气装置用于排出裂解炉内部的空气，以防在加热时使锂电池中分解出的成分与空气接触氧化；集料桶连通于裂解炉底部的出料管，用于收集从裂解炉中流下的金属熔液。本发明利用有机材料的不同燃点和分解点将有机物与无机物分离，在300度左右有机物成分分解为碳和小分子气体，通过排气装置及时将裂解炉内以及锂电池中分解产生的气体转移；利用金属材料的不同熔点进行分段加热，在不同的熔点使不同的金属液化，经出料管流到集料桶中，经冷却后可得到不同的金属。该系统占用体积小；没有机械破碎的过程，可解决噪音及粉尘等问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池分解提取技术领域，更进一步涉及一种锂电池裂解系统。
背景技术
对于回收的废旧锂电池，可从中提取出多种材料，例如铜和铝等；传统的提取方法是将废旧锂电池机械破碎，再吹风将气体与固体分离，能够被风吹起的有纸屑、粉尘和各种气体，通过风选分出纸屑，通过透析分出粉尘，再将各种气体通过管道排向空中。固体碎屑经过层层风选，逐步将铜屑和铝屑析出，过程中产生的粉尘和气体，再通过透析分出粉尘，将各种气体通过管道排向空中。
传统的分解提取设备体积庞大，每个工序都需要占据不同的空间，一套日处理10吨的设备，占地面积可达200平方米，高10余米；设备成本高且功耗大；破碎过程产生较大的噪音，并且提取过程中产生大量的粉尘，造成环境污染。
对于本领域的技术人员来说，如何解决锂电池分解装置占地面积大、噪音大以及污染空气等不足，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种锂电池裂解系统，在不打碎锂电池的情况下提取相应的成分，可避免噪音、粉尘等不良影响，具体方案如下：
一种锂电池裂解系统，包括：
裂解炉，内部设置用于放置锂电池的空腔，所述裂解炉的外壁上设置用于对所述裂解炉加热的加热线圈，所述加热线圈通过控制系统调节所述裂解炉的温度；
排气装置，用于排出所述裂解炉内部的空气；
集料桶，连通于所述裂解炉底部的出料管，用于收集从所述裂解炉中流下的金属熔液。
可选地，所述排气装置包括设置于所述裂解炉上的进气管和出气管，所述进气管连接高温水分子枪，用于向所述裂解炉中通入高温水蒸汽；所述出气管与外界连通。
可选地，所述裂解炉上还连通设置缓冲箱，所述缓冲箱能够改变与所述裂解炉连通部分的体积。
可选地，所述缓冲箱包括呈筒形的壳体，所述壳体的一端与所述裂解炉连通；所述壳体内部安装活塞，所述活塞的活塞头与所述壳体的内腔密封配合；所述活塞的活塞杆上套装弹簧，所述弹簧能够将所述活塞推向连通于所述裂解炉的一端。
可选地，所述缓冲箱连通于所述缓冲箱中部以上的位置；所述壳体通过呈直角弯折的缓冲管与所述裂解炉的内腔连通，所述壳体的长度方向与所述裂解炉平行。
可选地，所述裂解炉呈水平设置；所述裂解炉的一端密封设置可开闭的炉盖，所述裂解炉的另一端的设置冷却箱，所述冷却箱分别连通进水管和出水管。
可选地，所述进水管连通于所述冷却箱的底部，所述出水管连通于所述冷却箱的顶部；所述进气管连通于所述裂解炉的底部，所述出气管连通于所述裂解炉上与所述进气管相对的顶部。
可选地，所述裂解炉呈圆筒形，所述裂解炉的底部设置用于引导金属熔液流向的导流槽，所述导流槽向所述出料管向下呈渐缩设置。
可选地，所述裂解炉和所述集料桶之间设置用于控制通断的排料阀；所述排料阀的顶端通过上法兰盘连接于所述出料管，底端通过下法兰盘连接于所述集料桶。
可选地，所述排料阀还包括上连通管和下连通管，所述上连通管连接所述上法兰盘，所述下连通管连接所述下法兰盘；所述上连通管和所述下连通管之间通过滑槽连通，所述滑槽中滑动安装滑板，所述滑板上开设用于与所述上连通管和所述下连通管导通的导流孔。
本发明提供了一种锂电池裂解系统，包括裂解炉、排气装置和集料桶，裂解炉内部设置用于放置锂电池的空腔，裂解炉的外壁上设置用于对裂解炉加热的加热线圈，加热线圈通过控制系统调节裂解炉的温度，可使内部的锂电池加热到不同的温度；排气装置用于排出裂解炉内部的空气，以防在加热时使锂电池中分解出的成分与空气接触氧化；集料桶连通于裂解炉底部的出料管，用于收集从裂解炉中流下的金属熔液。本发明利用有机材料的不同燃点和分解点将有机物与无机物分离，在300度左右有机物成分分解为碳和小分子气体，通过排气装置及时将裂解炉内以及锂电池中分解产生的气体转移；利用金属材料的不同熔点进行分段加热，在不同的熔点使不同的金属液化，经出料管流到集料桶中，经冷却后可得到不同的金属。
该系统只在一个腔体中发生液化，占用体积小；没有机械破碎的过程，可解决噪音及粉尘等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为裂解炉的结构图；
图1B为裂解炉另一角度的结构图；
图1C为集料桶的结构图；
图2A为本发明锂电池裂解系统的整体结构图；
图2B为发明锂电池裂解系统的爆炸结构图；
图3A为缓冲箱的结构图；
图3B为缓冲箱的爆炸结构图；
图3C为缓冲管的结构图，
图4A为炉盖和裂解炉的装配结构图；
图4B为炉盖和裂解炉的爆炸图；
图4C为炉盖和裂解炉的正视图；
图5为排料阀与滑板相互配合的结构图。
图中包括：
裂解炉1、进气管11、出气管12、炉盖13、冷却箱14、进水管15、出水管16、导流槽17、出料管18、集料桶2、缓冲箱3、壳体31、活塞32、弹簧33、缓冲管34、排料阀4、上法兰盘41、下法兰盘42、上连通管43、下连通管44、滑槽45、滑板5、导流孔51。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种锂电池裂解系统，在不打碎锂电池的情况下提取相应的成分，可避免噪音、粉尘等不良影响。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的锂电池裂解系统进行详细的介绍说明。
本发明提供了一种锂电池裂解系统，包括裂解炉1、排气装置、集料桶2等结构，如图1A和图1B所示，分别为本发明提供的锂电池裂解系统中裂解炉两个不同角度的结构图；图1C为集料桶2的结构图；裂解炉1内部设置用于放置锂电池的空腔，完整的锂电池放入裂解炉1内；裂解炉1的外壁上设置用于对裂解炉1加热的加热线圈，加热线圈采用高温线或李兹线环绕数匝，线径和匝数按实效确定，加热线圈通过控制系统调节裂解炉1的温度，通过加热线圈对内部的锂电池进行加热。排气装置用于排出裂解炉1内部的空气，空气中含有氧气，为了防止高温下物质与氧气接触发生氧化，在加热时需要排出裂解炉1内部的空气。集料桶2连通于裂解炉1底部的出料管18，锂电池内含有金属物质，金属材料在高温下发生液化，用于收集从裂解炉1中流下的金属熔液。
锂电池放入裂解炉1后，通过加热线圈对锂电池加热，利用有机材料的不同燃点和分解点，实现对有机物和无机物的分离，无机物金属相对有机物的熔点更高，具体地，当裂解炉1内部温度达到200～300摄氏度之间，锂电池内的有机物全部分解成为小分子气体，并由排气装置排出，而无机物金属仍然呈固态；当裂解炉1内温度上升到600～700摄氏度之间，锂电池中的铝材料将全部熔化，向下滴落，从出料管18向下流出，流入到集料桶2中收集，液态铝在集料桶2中冷却后形成铝锭，为了加速冷却，可将取下的集料桶2浸于冷水中；当裂解炉1内温度上升到1100～1200摄氏度之间，锂电池中的铜料将全部熔化，向下滴落，从出料管18向下流出，流入到集料桶2中收集，液态铜在集料桶2中冷却后形成铜锭，为了加速冷却，可将取下的集料桶2浸于冷水中。裂解完成后，停止加热，至冷却后从裂解炉1中取出残留物，残留物以碳粉和钢壳为主，掺杂其他成分，如锂等。
在上述方案的基础上，本发明中排气装置包括设置于裂解炉1上的进气管11和出气管12，进气管11连接高温水分子枪，用于向裂解炉1中通入高温水蒸汽；出气管12与外界连通。本发明采用高温水分子加热和电涡流加热两种加热方式同时对裂解炉1双生加热，裂解炉1内的温度更快上升；水经高温水分子枪形成高温水蒸汽，不仅可用于加热，并且水蒸汽以气态形式进入裂解炉1内，占据原本空气所在的空间，使空气排出，杜绝锂电池与空气接触氧化材料，这种加热方式能耗小、效率高、加热速度快。另外，出气管12与外界保持连通，水蒸汽不断通入，裂解炉1内的气体不断排出，使裂解炉1内的气压与外界大气压基本相等，内部不存在压力集聚，可避免爆炸的风险。锂电池加热产生的气体部分可燃，从出气管12排出的气体先经过点燃，形成二氧化碳和水等小分子气体，燃烧后的气体由相应的装置集中收集。
更进一步，本发明在裂解炉1上还连通设置缓冲箱3，如图2A所示，为本发明锂电池裂解系统的整体结构图；图2B为发明锂电池裂解系统的爆炸结构图；缓冲箱3与裂解炉1连通，缓冲箱3能够改变与裂解炉1连通部分的体积。
具体地，本发明在此提供一种缓冲箱3的具体设置形式，如图3A所示，为缓冲箱3的结构图；图3B为缓冲箱3的爆炸结构图；缓冲箱3包括呈筒形的壳体31，壳体31的一端与裂解炉1连通；壳体31内部安装活塞32，活塞32包括活塞头和活塞杆，活塞32的活塞头与壳体31的内腔密封配合；活塞32的活塞杆上套装弹簧33，弹簧33的一端顶在活塞头上，能够将活塞32推向连通于裂解炉1的一端，图中所示弹簧33对活塞32施加向左的推力。
少数锂电池因日久使用后结构发生变化，原来的防爆结构被破坏，受热后产生的气体不能及时排出，出现膨胀甚至爆炸，导致炉内气压瞬时显著增加，而出气管12的口径较小，无法瞬间排出爆炸产生的气体，致使裂解炉1内气压增加，而缓冲箱3可解决气压增加的问题。缓冲箱3的缓冲管34口径相对较大，可流通较多的气体，当气压瞬间增加时，气体通过缓冲管34进入缓冲箱3中，如图3A所示，缓冲箱3内的活塞向右移动，内部的空间增加，使裂解炉1内的气压始终保持在一个大气压左右。不发生爆炸后，弹簧33对活塞施加向左的回复力，压缩气体，气体逐渐通过出气管12排出。
缓冲箱3连通于缓冲箱3中部以上的位置，以防固体颗粒进入缓冲箱3中；壳体31通过呈直角弯折的缓冲管34与裂解炉1的内腔连通，如图3C所示，为缓冲管34的结构图，缓冲管34的两端分别通过法兰盘进行连接；壳体31的长度方向与所述裂解炉1平行，降低整个系统的宽度，减小整体的体积。
具体地，本发明中裂解炉1呈水平设置，裂解炉1的一端密封设置可开闭的炉盖13，如图4A所示，为炉盖13和裂解炉1的装配结构图；图4B为炉盖13和裂解炉1的爆炸图，图4C为炉盖13和裂解炉1的正视图；裂解炉1的左端设置炉盖13，右设置设置冷却箱14，冷却箱14与裂解炉1的内腔相互隔离，两者之间可发生热交换，冷却箱14上分别连通进水管15和出水管16，当裂解完全后停止加热，从进水管15输入冷水到冷却箱14内，使裂解炉1快速冷却，水被加热后从出水管16中排出，热水可用于取暖等被重新利用。上述冷却箱14的设置形式仅作为一种具体方案，在起到相同作用的前提下，还可采用其他的结构，这些具体的实施方式都应包含在本发明的保护范围之内。
具体地，进水管15连通于冷却箱14的底部，出水管16连通于冷却箱14的顶部；进气管11连通于所述裂解炉1的底部，出气管12连通于裂解炉1上与进气管11相对的顶部，出气管12与进气管11分别位于最远的相对顶角处，换热过程更充分。
优选地，裂解炉1呈圆筒形，内腔表面为平滑的弧面，裂解炉1的底部设置用于引导金属熔液流向的导流槽17，导流槽17从四周向出料管18向下呈渐缩设置，也就是说导流槽17呈漏斗型，四周的横向尺寸较大，并且向下逐渐缩小，起到汇流的作用。
裂解炉1和集料桶2之间设置用于控制通断的排料阀4；排料阀4的顶端通过上法兰盘41连接于出料管18，底端通过下法兰盘42连接于集料桶2，下法兰盘42将集料桶2的上端开口封闭。
如图5所示，为排料阀4与滑板5相互配合的结构图；排料阀4还包括上连通管43和下连通管44，上连通管43连接上法兰盘41，下连通管44连接下法兰盘42；上连通管43和下连通管44之间通过滑槽45连通，滑槽45设有一条横向开通的滑道，滑槽45的滑道中中滑动安装滑板5，滑槽45的上下板面上分别开设通孔，以使上连通管43和下连通管44相互连通；滑板5上开设用于与上连通管43和下连通管44导通的导流孔51，从上连通管43流下的金属熔液通过导流孔51进入下连通管44，当导流孔51与上连通管43和下连通管44导通时可流通金属熔液，当滑动滑板5使板面对正上连通管43和下连通管44截断金属熔液流动。通过滑板5的平移运动控制通断，结构简单，不易性堵塞。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种锂电池裂解系统，其特征在于，包括：
裂解炉(1)，内部设置用于放置锂电池的空腔，所述裂解炉(1)的外壁上设置用于对所述裂解炉(1)加热的加热线圈，所述加热线圈通过控制系统调节所述裂解炉(1)的温度；
排气装置，用于排出所述裂解炉(1)内部的空气；
集料桶(2)，连通于所述裂解炉(1)底部的出料管(18)，用于收集从所述裂解炉(1)中流下的金属熔液。
2.根据权利要求1所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述排气装置包括设置于所述裂解炉(1)上的进气管(11)和出气管(12)，所述进气管(11)连接高温水分子枪，用于向所述裂解炉(1)中通入高温水蒸汽；所述出气管(12)与外界连通。
3.根据权利要求2所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述裂解炉(1)上还连通设置缓冲箱(3)，所述缓冲箱(3)能够改变与所述裂解炉(1)连通部分的体积。
4.根据权利要求3所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述缓冲箱(3)包括呈筒形的壳体(31)，所述壳体(31)的一端与所述裂解炉(1)连通；所述壳体(31)内部安装活塞(32)，所述活塞(32)的活塞头与所述壳体(31)的内腔密封配合；所述活塞(32)的活塞杆上套装弹簧(33)，所述弹簧(33)能够将所述活塞(32)推向连通于所述裂解炉(1)的一端。
5.根据权利要求4所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述缓冲箱(3)连通于所述缓冲箱(3)中部以上的位置；所述壳体(31)通过呈直角弯折的缓冲管(34)与所述裂解炉(1)的内腔连通，所述壳体(31)的长度方向与所述裂解炉(1)平行。
6.根据权利要求4所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述裂解炉(1)呈水平设置；所述裂解炉(1)的一端密封设置可开闭的炉盖(13)，所述裂解炉(1)的另一端的设置冷却箱(14)，所述冷却箱分别连通进水管(15)和出水管(16)。
7.根据权利要求6所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述进水管(15)连通于所述冷却箱(14)的底部，所述出水管(16)连通于所述冷却箱(14)的顶部；所述进气管(11)连通于所述裂解炉(1)的底部，所述出气管(12)连通于所述裂解炉(1)上与所述进气管(11)相对的顶部。
8.根据权利要求6所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述裂解炉(1)呈圆筒形，所述裂解炉(1)的底部设置用于引导金属熔液流向的导流槽(17)，所述导流槽(17)向所述出料管(18)向下呈渐缩设置。
9.根据权利要求8所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述裂解炉(1)和所述集料桶(2)之间设置用于控制通断的排料阀(4)；所述排料阀(4)的顶端通过上法兰盘(41)连接于所述出料管(18)，底端通过下法兰盘(42)连接于所述集料桶(2)。
10.根据权利要求9所述的锂电池裂解系统，其特征在于，所述排料阀(4)还包括上连通管(43)和下连通管(44)，所述上连通管(43)连接所述上法兰盘(41)，所述下连通管(44)连接所述下法兰盘(42)；所述上连通管(43)和所述下连通管(44)之间通过滑槽(45)连通，所述滑槽(45)中滑动安装滑板(5)，所述滑板(5)上开设用于与所述上连通管(43)和所述下连通管(44)导通的导流孔(51)。
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