CN212673860U - 正极材料气氛炉氧气回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正极材料气氛炉氧气回收系统，包括气氛炉主体，所述气氛炉主体包括有进气装置、排气装置；所述排气装置、所述进气装置之间还依次连接有水洗脱锂装置、过滤装置、回收氧气罐、应用氧气罐；所述水洗脱锂装置包括有水洗罐、溢流罐，所述水洗罐、所述溢流罐均连接有排污泵；通过采用水洗脱锂装置、过滤装置配合去除窑炉废气中的粉尘及强腐蚀性的氢氧化锂碳酸锂，并通过回收氧气罐、应用氧气罐配合保证回收氧气符合要求。

Description

正极材料气氛炉氧气回收系统

技术领域

本实用新型涉及气氛炉技术领域，特别是一种正极材料气氛炉氧气回收系统。

背景技术

正极材料烧结使用常规辊道窑，气氛辊道窑，回转窑进行材料合成，用高温固相合成锂电池正极材料。

随着电动汽车的不断发展，在动力电池行业，三元高镍成为行业热点，高镍三元材料具有成本低、比容量高等优势，高镍材料已成为锂电材料发展的趋势，但其工艺难度大，需氧气氛围烧结，造成产品加工成本上升。动力三元材料需要在设备方面，工艺方面进行优化，以降低消耗，降低成本。

目前高镍三元锂正极材料采用氧浓度≥95％的条件下，进行高温固相法合成三元正极材料，化学反应为LiOH·H₂O+Ni(1-x-y)CoxMnyOH₂＝LiNi(1-x-y)CoxMnyO₂+2H₂O，在反应过程中只产生H₂O。正极材料的烧结往往需要通入纯氧(99.9％)，并维持气氛炉内部氧浓度95％以上，才能正常烧结正极材料。但在气氛炉内部，99％以上的氧气不参加产品反应，只提供反应的氧气氛围，及时带出反应产生的H₂O，高浓度的氧气随着排气管道排到大气中造成氧气的浪费。随着窑炉密封性的不断提高，窑炉氧浓度会进一步提升，很多正极材料气氛炉烧结过程中氧浓度达到99％以上。气氛炉排烟管道抽出的气体氧浓度可达90％以上。

现在，大多数公司的正极材料烧结尾气不经过处理直接排到空气中，既污染环境，又造成了氧气的浪费。少量公司通过窑炉尾气回收氧气，应用到低镍产品烧结中，但在应用过程中存在利用率差，氧回收浓度低等缺点，且不能应用到高端高镍产品烧结中。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种正极材料气氛炉氧气回收系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种正极材料气氛炉氧气回收系统，包括气氛炉主体，所述气氛炉主体包括有进气装置、排气装置；所述排气装置、所述进气装置之间还依次连接有水洗脱锂装置、过滤装置、回收氧气罐、应用氧气罐；所述水洗脱锂装置包括有水洗罐、溢流罐，所述水洗罐、所述溢流罐均连接有排污泵。

根据本实用新型所提供的一种正极材料气氛炉氧气回收系统，通过采用水洗脱锂装置、过滤装置配合去除窑炉废气中的粉尘及强腐蚀性的氢氧化锂碳酸锂，并通过回收氧气罐、应用氧气罐配合保证回收氧气符合要求。

作为本实用新型的一些优选实施例，所述过滤装置包括有过滤罐和分子筛纯化器，其中所述过滤罐内置有过滤器，对窑炉尾气进行除尘，以及去除废气中的二氧化碳、水分。

作为本实用新型的一些优选实施例，所述水洗罐内置有位于上侧的喷淋雾化装置和位于下侧的导流板，所述导流板组成迂回曲折的流道，提高净化效果。

作为本实用新型的一些优选实施例，所述进气装置与所述应用氧气罐之间连接有纯氧补充管，所述纯氧补充管连接有纯氧罐，便于需要时补充纯氧保证生产。

作为本实用新型的一些优选实施例，所述回收氧气罐、所述应用氧气罐均设置有放空阀，便于排出不符合要求或者多余的氧气。

本实用新型的有益效果是：通过水洗脱锂装置，过滤装置，有效的去除窑炉废气中的粉尘及强腐蚀性的氢氧化锂碳酸锂。可通过切换阀门使溢流罐内的水与水洗罐内的水循环利用，减少水分消耗。可通过切换阀门使砂浆泵输出污水至污水站进行污水处理，重新回收利用，做到废水净化处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中水洗脱锂装置部分的结构示意图。

附图标记：

气氛炉主体100、进气装置110、排气装置120；

水洗脱锂装置200、水洗罐210、喷淋雾化装置211、导流板212、溢流罐220、排污泵230；

过滤装置300、过滤罐310、过滤器311、分子筛纯化器320；

回收氧气罐400、放空阀410、应用氧气罐500、纯氧罐600。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中会涉及一些特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明创造仍可实现，即所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员可更有效的介绍他们的工作本质。

此外需要说明的是，下面描述中使用的词语“上侧”、“下侧”等指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，相关技术人员在对上述方向作简单、不需要创造性的调整不应理解为本申请保护范围以外的技术。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定实际保护范围。

而为避免混淆本发明的目的，由于熟知的制造方法、控制程序、部件尺寸、材料成分、管路布局等的技术已经很容易理解，因此它们并未被详细描述。各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互抵触、矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

图1是本实用新型一种实施方式的结构示意图，参照图1，本实用新型的一个实施例提供了一种正极材料气氛炉氧气回收系统，包括气氛炉主体100，气氛炉主体100包括有进气装置110、排气装置120。

排气装置120、进气装置110之间还依次连接有水洗脱锂装置200、过滤装置300、回收氧气罐400、应用氧气罐500。其中水洗脱锂装置200、过滤装置300配合负责去除窑炉废气中的粉尘及强腐蚀性的氢氧化锂碳酸锂。

回收氧气罐400、应用氧气罐500通过阀门及流量计控制回收氧气罐的氧气(氧浓度＞96％)打入氧气罐的流量。

在不使用氧回收系统或者气氛炉能氧浓度不合格时，气氛炉废气可不通过氧回收系统。避免不符合要求的废气进入氧回收系统。通过切换排气阀，可以在开机时，避免氧气浓度过低的窑炉尾气进入到氧气回收系统，减少氧气回收系统运转时不必要的能耗。

参照图2，水洗脱锂装置200包括有水洗罐210、溢流罐220，水洗罐210、溢流罐220均连接有排污泵230。水洗罐210、溢流罐220之间通过溢流管道及相关阀门连接。具体工作时，水洗罐210、溢流罐220之间可通过切换阀门使溢流罐220内的水与水洗罐210内的水循环利用，减少水分消耗。可通过切换阀门使排污泵230输出污水至污水站进行污水处理，重新回收利用，做到废水净化处理。

以下结合一些实施例进行说明，其中此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多个实施例的细节并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。

实施例1，过滤装置300包括有过滤罐310和分子筛纯化器320，其中过滤罐310内置有过滤器311。

过滤装置300的过滤器311，针对脱锂后的尾气含有一定粉尘。尾气通过过滤装置的过滤器311，去除尾气中残余的粉尘，净化气体，对窑炉尾气进行除尘。净化后的尾气除了氧气只含有二氧化碳、水蒸气、氧气，及非常少量的氮气，分子筛纯化器可非常有效的去除二氧化碳、水蒸气，得到氧浓度96％以上的回收氧气。

通过分子筛纯化器320去除净化后废气中的二氧化碳、水分，得到氧浓度≥96％的回收氧气。由于高镍三元材料烧结过程：LiOH·H2O+Ni(1-x-y)CoxMnyOH2＝LiNi(1-x-y)CoxMnyO2+2H2O，氧气只提供氧气氛围，不参与化学反应。在反应过程中只产生H2O。正极材料的烧结往往需要通入纯氧(99.9％)，并维持气氛炉内部氧浓度95％以上，才能正常烧结正极材料。但在气氛炉内部，99％以上的氧气不参加产品反应，只提供反应的氧气氛围，气氛炉尾气浓度90％以上，废气中只有大量水分，少量CO2，少量LiOH，Li2CO3等粉尘。因此经过分子筛纯化器后的废气氧浓度可达96％以上。有效的回收废气中的氧气，做到尾气循环利用，降低生产成本。

实施例2，水洗罐210内置有位于上侧的喷淋雾化装置211和位于下侧的导流板212，导流板212组成迂回曲折的流道。

水通过喷淋雾化装置211均匀进入水洗罐210，回收窑炉尾气为气氛炉内的高温气体，气体温度400-800度，窑炉尾气通过进气管进入水洗罐底部，尾气在导流板212的作用下沿着导流板间隙蛇形向上，进入水洗罐排气管，进而进入过滤装置300。通过打开球阀A，砂浆泵A，球阀B，溢流罐与水洗罐的水循环流动更有利于吸附进气管排出的窑炉尾气，达到窑炉尾气降温，吸附窑炉尾气中的LiOH、LiCO3等可溶性异物。通过打开球阀B、球阀C、砂浆泵B、球阀A、砂浆泵A放空水洗罐210、溢流罐220内的沉积的异物，通过砂浆泵B排污至污水站。通过水洗脱锂系统内的导流板引导窑炉尾气及水蛇形流动，可以更好降低窑炉尾气的温度，回收窑炉尾气悬浮物中强腐蚀性的LiOH、Li2CO3，降低窑炉尾气对后续设备的腐蚀。

实施例3，进气装置110与应用氧气罐500之间连接有纯氧补充管，纯氧补充管连接有纯氧罐600，通过阀门及流量计控制纯氧罐600(氧浓度＞99.9％)打入氧气罐的流量，控制氧气罐内氧气的氧浓度≥98％。

回收氧气罐400、应用氧气罐500均设置有放空阀410，可以放空氧回收罐内氧浓度不合格的回收氧气，避免造成氧气罐内的氧气不合格。一旦氧气罐的氧浓度不合格，可通过切换阀门由纯氧罐直接提供气氛炉氧气，做为氧气罐内氧气浓度不合格的备用方案。氧气罐内不合格的氧气可以进行放空。

纯氧罐600用于储存制氧机或者外购的氧浓度99.9％的纯氧，回收氧气罐400、应用氧气罐500与回收氧气罐、纯氧罐600之间设有管道连接。回收氧气罐内的回收氧气通过管道进入氧气罐，氧气管道上设有阀门，流量计，用于调节回收氧气供应量，纯氧罐600通过氧气管道进入氧气罐，氧气管道上设有阀门，流量计，用于调节纯氧的供应量。具体实施例首先关闭应用氧气罐500通往的进气装置110阀门，打开回收氧气罐400通往应用氧气罐500的控制阀、纯氧罐600通往应用氧气罐500的控制阀，氧浓度≥96％的回收氧气、氧浓度≥99.9％的纯氧同时通过管道进入氧气罐。通过控制回收氧气罐400通往应用氧气罐500的控制阀控制进入应用氧气罐500内的回收氧气流量，通过控制纯氧罐600通往应用氧气罐500的控制阀控制进入应用氧气罐500内的纯氧流量。氧气罐上设有压力表、氧浓度计，用于监控氧气罐内氧气压力及氧气浓度。应用氧气罐500内的氧浓度≥98％的氧气通过进气主管供应气氛炉氧气。应用氧气罐500内的氧浓度＜98％时，可通过关闭应用氧气罐500通往的进气装置110的阀门、纯氧罐600通往应用氧气罐500的控制阀，由纯氧罐600上直接供应气氛炉纯氧。氧气罐内的氧浓度＜98％的氧气可以通过纯氧罐600的放空阀放空。

实施例4，窑炉主体包括炉尾置换室、窑炉内部、炉头置换室，还包括有传送辊，传送辊支撑匣钵传动匣钵。假设炉尾置换室出口侧为升降门A，炉尾置换室进口侧为升降门B，炉头置换室出口侧为升降门C，炉头置换室进口侧为升降门D。匣钵运动至炉头置换室进炉时，炉尾置换室进口侧的进炉置换室升降门D在气缸的带动下打开，匣钵走到升降门C升降门D之间，升降门D在气缸的带动下下降，升降门C打开，匣钵在传送辊的支撑下继续前移，走出升降门C，升降门C下落密封，匣钵进入窑炉内部。匣钵在窑炉内部，在传动传送辊的支撑下持续迁移。匣钵运动至炉尾置换室出炉时，出炉置换室升降门B在气缸B的带动下打开，匣钵走到升降门A升降门B之间，升降门B下降，升降门A打开，匣钵在传送辊的支撑下继续前移，走出升降门A，升降门A下落密封，匣钵走出窑炉内部。以匣钵为单位的物料进炉时出炉时，经过置换室的封闭效果，减少的气氛炉内氧气浓度的降低，起到密封窑炉，提高氧气浓度的作用。

排气装置120包括排气支管和排气主管道连接，排气主管上设有若干的排气风机。排气支管上连接有排气风机、排气阀，排气主管上连接有排气阀，负责排气工作。假设排气支管分为A、B两组，排气支管A分别安装排气风机A、排气阀A，排气支管B连接排气风机B、排气阀B，排气主管连接排气阀C，通过风机抽出气氛炉内部废气，打开排气主管上排气阀A、排气阀B，关闭排气阀C，排气装置可以通过排气风机抽出窑炉内部的废气，窑炉尾气可直接排到大气中。关闭排气主管上排气阀A、排气阀B，打开排气阀C，废气就可进入氧气回收系统。

进气装置110包括进气主管、进气支管、支管流量计。气氛炉每个温区上均设有进气支管，进气支管上设有支管流量计，调节支管流量计控制氧气进气量。氧气通过进气装置进入气氛炉，通过调整进气阀，调节每个温区的氧气进气量，持续通入氧气。保证气氛炉内的氧气浓度达到95％以上，保证气氛炉内的正极材料在烧结过程中处于≥95％氧气浓度氛围中，避免原材料与二氧化碳化学反应，避免生成的材料被还原，保证正极材质量。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种正极材料气氛炉氧气回收系统，包括气氛炉主体(100)，所述气氛炉主体(100)包括有进气装置(110)、排气装置(120)，其特征在于：

所述排气装置(120)、所述进气装置(110)之间还依次连接有水洗脱锂装置(200)、过滤装置(300)、回收氧气罐(400)、应用氧气罐(500)；

所述水洗脱锂装置(200)包括有水洗罐(210)、溢流罐(220)，所述水洗罐(210)、所述溢流罐(220)均连接有排污泵(230)。

2.根据权利要求1所述的一种正极材料气氛炉氧气回收系统，其特征在于：所述过滤装置(300)包括有过滤罐(310)和分子筛纯化器(320)，其中所述过滤罐(310)内置有过滤器(311)。

3.根据权利要求1所述的一种正极材料气氛炉氧气回收系统，其特征在于：所述水洗罐(210)内置有位于上侧的喷淋雾化装置(211)和位于下侧的导流板(212)，所述导流板(212)组成迂回曲折的流道。

4.根据权利要求1所述的一种正极材料气氛炉氧气回收系统，其特征在于：所述进气装置(110)与所述应用氧气罐(500)之间连接有纯氧补充管，所述纯氧补充管连接有纯氧罐(600)。

5.根据权利要求1所述的一种正极材料气氛炉氧气回收系统，其特征在于：所述回收氧气罐(400)、所述应用氧气罐(500)均设置有放空阀(410)。

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