CZ36864U1 - Mobilní kontejnerové zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Mobilní kontejnerové zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti ekologie a recyklace, konkrétně mobilního kontejnerového zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií.

Dosavadní stav techniky

Rychlý rozvoj v používání lithiových baterií neboli lithium-iontových akumulátorů jako ideální cesty k zelené budoucnosti má negativní dopad na životní prostředí. A to zejména následkem těžby lithia a likvidace lithium-iontových baterií. Přestože poptávka pro používání lithiových baterií je čím dál větší, recyklace lithiových baterií dosahuje zatím globálně pouze 1 %. Naopak globální recyklace olověných akumulátorů, které jsou zatím nejrozšířenějším akumulátorem na světě, dosahuje globálně 99 % a představují tak cirkulární ekonomiku. Vývoj recyklace lithiových baterií je tudíž na vzestupu.

Lithiové baterie obsahují širokou škálu těkavých organických látek, které se při recyklaci použitých akumulátorů mohou uvolňovat a způsobovat kontaminaci pracovního i životního prostředí. Uložením použitých lithiových baterií na skládky se zvyšuje možnost na uvolnění organických látek do prostředí, do zemin, spodních vod. Proto se objevuje čím dál větší snaha o recyklaci lithiových baterií, která by zajistila znovupoužití některých částí lithiových baterií, případně jejich dostatečnou a bezpečnou likvidaci.

V současné době jsou známé některé způsoby recyklace lithiových baterií a zařízení k tomu využívaných. Např. dokument EP 3289627 popisuje recyklaci použitých lithiových baterií a zařízení k tomu použité. Zpracování probíhá rozdrolením baterií a sušením vzniklého materiálu tak, že se elektrolyt odpaří. Sušení probíhá pod vakuem při teplotě nejvýše 80 °C. Následně elektrolyt kondenzuje ochlazením a/nebo zvýšením tlaku a poté dochází k čištění plynu adsorpcí těkavých organických podílů filtrací aktivním uhlím. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v robustnosti celého zařízení, které je součástí provozní haly či budovy, a v poměrně nízké teplotě při procesu sušení. Vzhledem k tomu, že celá řada znečišťujících organických látek přítomných v lithiových bateriích má bod varu okolo 150 až 250 °C, při teplotách do 80 °C nedojde k přestupu z pevných frakcí rozdrolených lithiových baterií do plynné fáze. Významné množství znečišťujících organických látek tudíž zůstane v pevné frakci a odstranění organických látek z lithiových baterií není dostatečně efektivní.

Úkolem tohoto technického řešení je proto vytvoření takového mobilního kontejnerového zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií, které by eliminovalo výše uvedené nedostatky, které by umožňovalo provádět manipulaci s toxickými organickými látkami z použitých lithiových baterií mimo hlavní provozní prostory, a které by efektivně, bezpečně a rychle odstraňovalo nebezpečně organické látky z použitých lithiových baterií.

Podstata technického řešení

Vytčený úkol je vyřešen pomocí mobilního kontejnerového zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií podle tohoto technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že mobilní kontejnerové zařízení zahrnuje alespoň jeden vakuový desorbér, alespoň jednu kondenzační jednotku a alespoň jeden zásobník kondenzátu. Vakuový desorbér je opatřený vstupem dezintegrovaných lithiových baterií, výstupem vyčištěných dezintegrovaných lithiových baterií a výstupem desorbovaných plynů. Kondenzační jednotka je s vakuovým desorbérem

- 1 CZ 36864 U1 spojena přes výstup desorbovaných plynů a je opatřená výstupem kondenzátu. Zásobník kondenzátu je s kondenzační jednotkou spojen přes výstup kondenzátu a je opatřený výstupem nekondenzovatelných plynů.

Vzhledem k tomu, že bod varu organických látek obsažených v lithiových bateriích se pohybuje v úrovni 150 až 250 °C, lze k jejich odstranění s výhodou využít metodu vakuové termické desorpce s následnou kondenzací desorbovaných podílů. Vakuové termické desorpci jsou ve vakuovém desorbéru vystaveny dezintegrované lithiové baterie, čímž jsou eliminována rizika výbuchu a zahoření těkavých organických látek, a to z důvodu, že nedochází k výbušné směsi se vzduchem. Znečišťující organické látky jsou postupným ohřevem dezintegrovaných lithiových baterií a snižováním tlaku ve vakuovém desorbéru odstraňovány, resp. dochází kjejich postupnému přestupu do plynné fáze. Následně je plynná fáze obsahující znečišťující organické látky ochlazena, čímž dochází k její kondenzaci. Kondenzací uvolňovaných par organických látek dochází k jejich kvantitativnímu zachycení a jsou tak minimalizovány emise těchto látek do okolního prostředí. Vyčištěné dezintegrované lithiové baterie, tedy dezintegrované lithiové baterie vystavené termické desorpci a zbavené organických látek v mobilním kontejnerovém zařízení podle tohoto technického řešení jsou dále zpracovávány v navazujících stupních technologie recyklace použitých lithiových baterií, které nejsou součástí tohoto technického řešení.

Ve výhodném provedení zahrnuje mobilní kontejnerové zařízení dále filtr s aktivním uhlím, ve kterém dochází k zachycení nekondenzovatelných plynných podílů, a který je napojený na zásobník kondenzátu přes výstup nekondenzovatelných plynů a je opatřený výstupem vyčištěných plynů z mobilního kontejnerového zařízení. Do ovzduší se tedy dostává plyn zbavený jakýchkoli nečistot, které by byly nebezpečné či nežádoucí pro okolní prostředí. V případě potřeby je možné připojit další dočišťovací zařízení, jako je např. pračka vzduchu.

Vakuový desorbér je s výhodou vytvořen jako dvouplášťový. Ve svém vnitřním prostoru je vakuový desorbér opatřen míchadlem a meziplášťový prostor slouží k ohřevu pomocí teplonosného média proudící z jednotky ohřevu teplonosného média. Rychlost míchání dezintegrovaných lithiových baterií je 0 až 100 otáček/min, v závislosti na množství dezintegrovaných lithiových baterií ve vakuovém desorbéru a na čase potřebném pro termickou desorpci. Jednotka ohřevu teplonosného média je opatřena elektrickým topným systémem a vedením teplonosného média zaústěným do meziplášťového prostoru vakuového desorbéru. Teplonosné médium je s výhodou speciálně k tomuto účelu vyráběný olej. Mezi dva pláště vakuového desorbéru je přiváděn ohřátý olej, čímž se nepřímo vyhřívá vnitřní prostor vakuového desorbéru, kde dochází k termické desorpci organických látek z dezintegrovaných lithiových baterií. Pracovní tlak ve vakuovém desorbéru se pohybuje od - 1 do 0,5 bar, termická desorpce probíhá v inertní atmosféře.

Kondenzační jednotka je ve výhodném uspořádání řešena jako výměník tepla typu „trubka v trubce“, ve kterém se jako chladící médium používá voda. Ohřátá voda vystupující z kondenzační jednotky se ochlazuje vzdušným chladičem vody a poté je recirkulována zpět do kondenzační jednotky přes vedení chladící vody. Chladící voda proudí vnější trubkou výměníku a tím nepřímo ochlazuje desorbované plyny ve vnitřní trubce kondenzační jednotky. Provozní teplota chlazení se pohybuje v rozmezí 0 až 90 °C. V kondenzační jednotce začnou postupně desorbované plyny obsahující organické látky kondenzovat v kapalnou fázi, která je jímána do zásobníku kondenzátu. Zásobník kondenzátu je s výhodou opatřen odvodem kondenzátu z mobilního kontejnerového zařízení a výstupem nekondenzovatelných plynů do filtru s aktivním uhlím. Kondenzát organických látek je následně odstraněn jako nebezpečný odpad ve spalovně.

Mobilní kontejnerové zařízení je rozděleno na dvě části, desorpční část a technologickou část, které jsou oddělené přepážkou. Desorpční část obsahuje vakuový desorbér, kondenzační jednotku, zásobník kondenzátu a filtr s aktivním uhlím. Technologická část obsahuje jednotku ohřevu teplonosného média a vzdušný chladič vody. Přepážka je opatřena alespoň jedním prostupem, pro

- 2 CZ 36864 U1 průchod vedení, kabelů a jiných technologických součástí a také pro průchod obsluhujícího personálu.

Mobilní kontejnerové zařízení pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií podle tohoto technického řešení zajišťuje efektivní, bezpečné a rychlé odstranění znečišťujících organických látek přítomných v použitých lithiových bateriích, eliminuje rizika výbuchu a zahoření těkavých organických látek, neboť nedochází k jejich smísení se vzduchem, minimalizuje emise organických látek do okolního prostředí a umožňuje provádět manipulaci s toxickým a hořlavým materiálem mimo hlavní provozní budovy.

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 znázorňuje technologické schéma mobilního kontejnerového zařízení.

Příklad uskutečnění technického řešení

Schéma mobilního kontejnerového zařízení 10 pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií podle tohoto technického řešení je zobrazeno na obr. 1. Před mobilní kontejnerové zařízení 10 je předřazena nezobrazená drtička, do které se umístí použité lithiové baterie a pomocí mechanických drtičů dochází k prvnímu stupni drcení, tedy k narušení integrity všech článků zpracovávaných lithiových baterií. Dezintegrované lithiové baterie jsou přiváděny vstupem 2 dezintegrovaných lithiových baterií do vakuového desorbéru 1. Vakuový desorbér 1 je vytvořen jako dvouplášťový, nepřímo vyhřívaný reaktor s objemem 100 l. Mezi plášti je vytvořena dutina, ve které proudí teplonosné médium, které je v tomto případě teplonosný olej. Olej se do dutiny mezi plášti vakuového desorbéru 1 dostává vedením 12 teplonosného média, konkrétně trubkami o průměru 10 mm, které jsou spojeny s jednotkou 11 ohřevu teplonosného média, která je uspořádána vně vakuového desorbéru 1. Výhřevná teplota oleje je 400 °C. Olej, proudící mezi dvěma plášti, nepřímo ohřívá vnitřní prostor vakuového desorbéru 1 na provozní teplotu 150 až 250 °C pro přestup znečišťujících organických látek z dezintegrovaných lithiových baterií do plynné fáze. Vakuovým desorbér 1 má ve svém vnitřním prostoru uspořádané míchadlo pro urychlení přestupu organických látek do plynné fáze. Pro vytvoření inertní atmosféry ve vakuovém desorbéru 1 je na výstupu 4 desorbovaných plynů uspořádána vývěva 17.

Po ukončení vakuové desorpce ve vakuovém desorbéru 1, je pevný materiál tvořený dezintegrovanými lithiovými bateriemi zbavený znečišťujících organických látek odváděn výstupem 3 vyčištěných dezintegrovaných lithiových baterií ven z mobilního kontejnerového zařízení 10, a dále zpracováván v navazujícím stupni technologie recyklace použitých lithiových baterií. Plynná fáze, do které v průběhu termické desorpce přešly organické látky, je z vakuového desorbéru 1 odváděna výstupem 4 desorbovaných plynů do kondenzační jednotky 5. Kondenzační jednotka 5 je tvořena jako výměník tepla pro zkapalnění desorbovaných plynů. Kondenzační jednotka 5 je opatřena vzdušným chladičem 13 vody. Z chladiče 13 vody je vyvedeno vedení 16 chladící vody, které je zaústěné do kondenzační jednotky 5, kde dojde k výměně tepla mezi horkými desorbovanými parami a chladící vodou. Ohřátá voda se vrací vedením 16 chladící vody zpět do chladiče 13 vody. Chladič 13 vody je opatřen vedením 18 chladícího vzduchu přečerpávaného z okolního prostředí pro zajištění vhodné teploty chladící vody. Kondenzát vznikající v kondenzační jednotce 5 je výstupem 6 kondenzátu veden do zásobníku 7 kondenzátu. Kondenzát obsahující organické látky je následně ze zásobníku 7 kondenzátu odstraněn odvodem 15 kondenzátu a odvezen jako nebezpečný odpad do spalovny, kde je adekvátně zlikvidován.

Zásobník kondenzátu 7 je dále opatřen výstupem 8 nekondenzovatelných plynů napojeným do filtru 9 s aktivním uhlím, ve kterém dojde k jejich zachycení. Jedná se o poslední dekontaminační

- 3 CZ 36864 U1 krok odstranění škodlivých látek, dále plynná fáze opouští mobilní kontejnerové zařízení 10 výstupem 14 vyčištěných plynů do okolního prostředí.

Celé mobilní kontejnerové zařízení 10 je instalováno v 20” kontejneru s délkou 5,9 m, šířkou 5 2,4 m a výškou 2,4 m. Uvnitř mobilního kontejnerového zařízení 10 je umístěn elektrorozvaděč s ovládacím panelem, do kterého jsou napojeny všechny součásti mobilního kontejnerového zařízení 10. Mobilní kontejnerové zařízení 10 je rozděleno na dvě části pomocí přepážky, desorpční komoru a technologickou komoru. Desorpční komora obsahuje vakuový desorbér 1, kondenzační jednotku 5, zásobník 7 kondenzátu a filtr 9 s aktivním uhlím, a technologická komora obsahuje 10 jednotku 11 ohřevu teplonosného média a vzdušný chladič 13 vody. Přepážka má dveře pro přístup obsluhujícího personálu a dále prostupy pro vedení kabelů a dalších servisních součástí.

Průmyslová využitelnost

Mobilní kontejnerové zařízení podle tohoto technického řešení lze využít jako mobilní součást zpracování použitých lithiových akumulátorů, kterou lze kdykoli odmontovat a použít na jiném místě.

Claims (8)

1. Mobilní kontejnerové zařízení (10) pro odstranění organických látek při recyklaci lithiových baterií, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jeden vakuový desorbér (1) opatřený vstupem (2) dezintegrovaných lithiových baterií, výstupem (3) vyčištěných dezintegrovaných lithiových baterií a výstupem (4) desorbovaných plynů, alespoň jednu kondenzační jednotku (5) napojenou na vakuový desorbér (1) výstupem (4) desorbovaných plynů a opatřenou výstupem (6) kondenzátu, a alespoň jeden zásobník (7) kondenzátu napojený na kondenzační jednotku (5) výstupem (6) kondenzátu a opatřený výstupem (8) nekondenzovatelných plynů.

2. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje filtr (9) s aktivním uhlím napojený na zásobník kondenzátu (7) přes výstup (8) nekondenzovatelných plynů a opatřený výstupem (14) vyčištěných plynů z mobilního kontejnerového zařízení (10).

3. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vakuový desorbér (1) je vytvořen jako dvouplášťový, ve svém vnitřním prostoru je opatřen míchadlem a vně je opatřen jednotkou (11) ohřevu teplonosného média.

4. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle nároku 3, vyznačující se tím, že jednotka (11) ohřevu teplonosného média je opatřena vedením (12) teplonosného média zaústěným do dutiny mezi dvěma plášti dvouplášťového vakuového desorbéru (1).

5. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že teplonosné médium je olej.

6. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že kondenzační jednotka (5) je opatřena vzdušným chladičem (13) vody napojeným do kondenzační jednotky (5) přes vedení (16) chladící vody.

7. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že zásobník (7) kondenzátu je opatřen odvodem (15) kondenzátu z mobilního kontejnerového zařízení (10).

8. Mobilní kontejnerové zařízení (10) podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že je tvořeno desorpční částí a technologickou částí oddělenými přepážkou, kde desorpční část obsahuje vakuový desorbér (1), kondenzační jednotku (5), zásobník (7) kondenzátu a filtr (9) s aktivním uhlím, a technologická část obsahuje jednotku (11) ohřevu teplonosného média a vzdušný chladič (13) vody, přičemž přepážka je opatřena alespoň jedním prostupem.