CN115253674B - 一种废锂离子电池热解尾气处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废锂离子电池热解尾气处理方法。首先将废锂离子电池热解尾气进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;再以热解尾气中的有机成分作为燃料,利用炭辅助燃烧和脱除尾气中的氮氧化物,通过调节风量控制燃烧温度;燃烧后的高温烟气通过空气冷却或者水冷却降温后,用钠碱溶液吸收其中的酸性组分,生成含氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等的混合溶液;向混合溶液加入氧化钙,通过固液分离后得到氢氧化钠溶液,并将其回用于尾气中酸性组分的吸收;尾气最后通过炭吸附净化后,达标排放;吸附后的炭材料作为燃烧辅料,回用于热解尾气的燃烧。本发明可处理废锂离子电池热解尾气的多种污染物,流程简短、维护方便、适应性强、处理效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及废锂离子电池回收利用,特别涉及一种废锂离子电池热解尾气处理方法。
背景技术
随着锂离子电池的广泛应用,其使用量逐年成倍增加,其报废量也将呈现爆发式增长。对报废的锂电池进行清洁回收,减少回收过程中有害物质排放对环境的污染,是资源循环领域与环境保护的重要内容。当前,对于废锂离子电池的预处理,大多数工艺采用的是破碎分选的方法:将废电池破碎成碎料后,采用高温热解将其中的废电解液和粘结剂等进行分解,从而使极粉与铜/铝箔脱离,并进一步借助水力或风力分选得到各组分。但是,在热解过程中会产生大量成分复杂的热解尾气,其中含高浓度的挥发性有机组分和较多的极粉,还存在氟、磷、氮氧化物和二噁英等有害物质,易对环境造成巨大危害。因此,回收热解尾气中的极粉,并对热解尾气进行无害化处理,是行业良性发展的必然需求。
废锂离子电池热解尾气中的污染物以挥发性有机组分为主。目前,用于有机废气的方法有多种,如吸附法、冷凝法、吸收法、生物法、光催化、热力氧化法等,不同方法也都具有各自的优缺点。根据废锂离子电池热解尾气中有机物浓度高的特点,热力氧化法是较为合适的方法。但是,且由于尾气中还存在许多其他的污染物,采用单一热力氧化法处理,难以达到排放要求。为了实现各类污染物的达标排放,行业多数采用的方法是,针对每一类污染物都设置相应的处理单元,因而工艺复杂,设备投入大,成本较高。因此,开发一种经济高效和高集成度的锂电池热解尾气处理工艺,对锂资源循环和环境保护的意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废锂离子电池热解尾气处理方法,实现高效率、低能耗、低成本地将含氟、磷和氮氧化物等的高浓度有机废气无害化处理。
本发明的技术方案为:
一种废锂离子电池热解尾气处理方法,包括以下步骤:
(1)首先将废旧锂离子电池热解尾气进行高温除尘,分离和收集其中的极粉,提高极粉的回收价值;另外,极粉中的铜、铁等过渡金属具有催化生成二噁英的可能,提前分离有助于减少二噁英的产生;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,利用炭辅助燃烧和还原脱除尾气中的氮氧化物,通过调节风量控制燃烧温度,使有机组分燃烧彻底并消除二噁英;炭中含有的硫也有助于抑制二噁英的生成;
(3)燃烧后的高温烟气通过空气冷却或者水冷却降温后,用钠碱溶液吸收其中的酸性组分(含氟、磷、硫等),生成含相应钠盐的混合溶液(含氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等);
(4)然后向混合溶液中加入氧化钙,生成沉淀(氟化钙、磷酸钙和硫酸钙等)和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将氢氧化钠溶液回用于步骤(3);
(5)尾气最后通过炭吸附净化后,达标排放;吸附后的炭材料作为燃烧辅料回用于步骤(2),炭吸附的污染物也将得到进一步处理。
进一步地,步骤(1)中,所述高温除尘的温度为150-550℃,避免油性组分冷凝和堵塞过滤材料。
进一步地,步骤(2)中,所述的炭为焦炭、活性炭和木炭中的一种,炭加入量为0.02-0.2 kg/m3尾气;燃烧温度控制为600-900℃,过量空气系数为1.1-1.4。
1、进一步地,步骤(3)中,所述降温为将燃烧后的高温烟气温度快速降至100-200℃,杜绝二噁英的生成。
进一步地,步骤(3)中,所述钠碱溶液为碳酸钠或氢氧化钠溶液,保持吸收液的pH值大于8(优选8.5~10.5)。
进一步地,步骤(4)中,所述氧化钙与混合溶液中的钠盐(氟化钠、磷酸钠和硫酸钠等)的摩尔比为0.5-1.5。
本发明的有益效果在于:
(1)以炭替代传统的天然气辅助燃烧有机物,成本更低,且同时能借助炭实现氮氧化物的脱除,即同时发挥炭的还原作用和燃烧作用。
(2)采用间接钙法能高效低成本地吸收酸性气体组分,且不会造成设备堵塞的问题。
(3)用于吸附的炭材料可回用于燃烧辅料,减少了燃料的消耗,同时解决了吸附材料需要额外处置的问题。
总之,本发明可处理废锂离子电池热解尾气的多种污染物,流程简短、维护方便、适应性强、处理效率高、成本低;可实现大气污染物的超低排放,推动废锂离子电池资源循环行业的绿色发展。
附图说明
图1为本发明的工艺流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对于本发明作进一步说明,但本发明并不限于此。案例针对废锂离子电池破碎混料热解产生的尾气实施,废气流量为980 m3/h、温度为300℃。
实施例1
(1)将热解尾气首先进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,加入150 kg焦炭辅助燃烧,通过调节风量控制燃烧温度为750℃,过量空气系数为1.4;
(3)将燃烧后的高温烟气通过风冷却降温至200℃后,用氢氧化钠溶液吸收其中含氟、磷、硫等的酸性组分,保持吸收液的pH值控制在9左右,生成氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等物质的混合溶液;
(4)然后向混合溶液中加入一定量氧化钙,生成氟化钙、磷酸钙和硫酸钙等固体和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将再生的氢氧化钠溶液回用于尾气中酸性组分的吸收;氧化钙与钠盐(氟化钠、磷酸钠和硫酸钠)的摩尔比为0.8;
(5)尾气最后通过炭吸附净化后排放。
经检测,出口烟气中颗粒物浓度为2.6 mg/m3、有机物浓度为17.3 mg/m3、氮氧化物浓度为8.7 mg/m3、二氧化硫浓度为7.8 mg/m3、氟化物浓度为1.3 mg/m3、未检出二噁英,实现了多种污染物的高效处理与低浓度排放。
实施例2
(1)将热解尾气首先进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,加入150 kg焦炭辅助燃烧,通过调节风量控制燃烧温度为800℃,过量空气系数为1.3;
(3)将燃烧后的高温烟气通过风冷却降温至200℃后,用氢氧化钠溶液吸收其中含氟、磷、硫等的酸性组分,保持吸收液的pH值控制在9左右,生成氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等物质的混合溶液;
(4)然后向混合溶液中加入一定量氧化钙,生成氟化钙、磷酸钙和硫酸钙等固体和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将再生的氢氧化钠溶液回用于尾气中酸性组分的吸收;氧化钙与钠盐(氟化钠、磷酸钠和硫酸钠)的摩尔比为1.0;
(5)尾气最后通过炭吸附净化后排放。
经检测,出口烟气中颗粒物浓度为2.3 mg/m3、有机物浓度为13.6 mg/m3、氮氧化物浓度为13.1 mg/m3、二氧化硫浓度为11.2 mg/m3、氟化物浓度为0.9 mg/m3、未检出二噁英,实现了多种污染物的高效处理与低浓度排放。
实施例3
(1)将热解尾气首先进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,加入100 kg焦炭辅助燃烧,通过调节风量控制燃烧温度为800℃,过量空气系数为1.2;
(3)将燃烧后的高温烟气通过风冷却降温至200℃后,用氢氧化钠溶液吸收其中含氟、磷、硫等的酸性组分,保持吸收液的pH值控制在9左右,生成氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等物质的混合溶液;
(4)然后向混合溶液中加入一定量氧化钙,生成氟化钙、磷酸钙和硫酸钙等固体和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将再生的氢氧化钠溶液回用于尾气中酸性组分的吸收;氧化钙与钠盐(氟化钠、磷酸钠和硫酸钠)的摩尔比为1.0;
(5)尾气最后通过炭吸附净化后排放。
经检测,出口烟气中颗粒物浓度为2.5 mg/m3、有机物浓度为14.6 mg/m3、氮氧化物浓度为12.6 mg/m3、二氧化硫浓度为7.1 mg/m3、氟化物浓度为1.2 mg/m3、未检出二噁英,实现了多种污染物的高效处理与低浓度排放。
实施例4
(1)将热解尾气首先进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,加入50 kg焦炭辅助燃烧,通过调节风量控制燃烧温度为850℃,过量空气系数为1.2;
(3)将燃烧后的高温烟气通过风冷却降温至200℃后,用氢氧化钠溶液吸收其中含氟、磷、硫等的酸性组分,保持吸收液的pH值控制在9左右,生成氟化钠、磷酸钠、硫酸钠等物质的混合溶液;
(4)然后向混合溶液中加入一定量氧化钙,生成氟化钙、磷酸钙和硫酸钙等固体和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将再生的氢氧化钠溶液回用于尾气中酸性组分的吸收;氧化钙与钠盐(氟化钠、磷酸钠和硫酸钠)的摩尔比为1.0;
(5)尾气最后通过炭吸附净化后排放。
经检测,出口烟气中颗粒物浓度为1.9 mg/m3、有机物浓度为10.4 mg/m3、氮氧化物浓度为18.8 mg/m3、二氧化硫浓度为8.9 mg/m3、氟化物浓度为0.8 mg/m3、未检出二噁英,实现了多种污染物的高效处理与低浓度排放。
Claims (4)
1.一种废锂离子电池热解尾气处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)首先将废旧锂离子电池热解尾气在150-550℃条件下进行高温除尘,分离和收集其中的极粉;
(2)再以热解尾气中的有机成分作为燃料,利用炭辅助燃烧和还原脱除尾气中的氮氧化物,通过调节风量控制燃烧温度,所述的炭为焦炭、活性炭和木炭中的一种,炭加入量为0.02-0.2 kg/m3尾气,燃烧温度控制为600-900℃,过量空气系数为1.1-1.4,使有机组分燃烧彻底;
(3)燃烧后的高温烟气通过空气冷却或者水冷却降温后,用钠碱溶液吸收其中的酸性组分,生成含相应钠盐的混合溶液;
(4)然后向混合溶液中加入氧化钙,生成沉淀和氢氧化钠溶液;通过固液分离后,将氢氧化钠溶液回用于步骤(3);
(5)尾气最后通过炭吸附净化后,达标排放;吸附后的炭材料作为燃烧辅料回用于步骤(2),炭吸附的污染物也将得到进一步处理。
2.根据权利要求1所述的废锂离子电池热解尾气处理方法,其特征在于,步骤(3)中,所述降温为将燃烧后的高温烟气温度快速降至100-200℃。
3.根据权利要求1所述的废锂离子电池热解尾气处理方法,其特征在于,步骤(3)中,所述钠碱溶液为碳酸钠或氢氧化钠溶液,保持吸收液的pH值大于8。
4.根据权利要求1所述的废锂离子电池热解尾气处理方法,其特征在于,步骤(4)中,所述氧化钙与混合溶液中钠盐的摩尔比为0.5-1.5。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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