FR3139015A1 - FACILITY FOR THE PRODUCTION OF ELECTRODES FOR BATTERIES - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une installation pour la production d’électrodes pour batteries lithium-ion comportant un poste d’enduction de matières actives sur cathodes dans un solvant constitué de NMP, et un poste d’enduction de matières actives sur anodes dans un solvant aqueux, ladite installation comportant un système (500) de condensation et de récupération de NMP au sécheur de cathodes (100) caractérisé en ce que le flux traité par ledit système (500) de condensation et de récupération de NMP est constitué par une partie comprise entre 15 et 90 % du flux issu dudit sécheur de cathodes (100). Figure de l’abrégé : figure 1The present invention relates to an installation for the production of electrodes for lithium-ion batteries comprising a station for coating active materials on cathodes in a solvent consisting of NMP, and a station for coating active materials on anodes in an aqueous solvent , said installation comprising a system (500) for condensation and recovery of NMP in the cathode dryer (100) characterized in that the flow treated by said system (500) for condensation and recovery of NMP is constituted by a part between 15 and 90% of the flow from said cathode dryer (100). Abstract Figure: Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la récupération du NMP (N-méthyl-2-pyrrolidone) et des installations pour la récupération du NMP.The present invention relates to the field of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) recovery and installations for NMP recovery.
Le NMP est un solvant polaire avec une forte sélectivité et stabilité, largement utilisé dans le domaine de l’électronique et des batteries, se présentant sous la forme d’un liquide huileux transparent incolore avec une légère odeur d’amine. Le NMP présente une faible volatilité, une bonne stabilité thermique et chimique, et peut s’évaporer avec la vapeur d’eau. Il est sensible à la lumière et présente un point d’ébullition à 202°C à la pression atmosphérique. Il est facilement soluble dans l’eau, l’éthanol, l’éther, l’acétone, l’acétate d’éthyle, le chloroforme et le benzène, et peut dissoudre la plupart des composés organiques et inorganiques, des gaz polaires, des composés polymères naturels et synthétiques. Le NMP est notamment utilisé dans des industries telles que la fabrication d'électrodes cathodiques pour les batteries au lithium, les médicaments, les pesticides, les pigments, les agents de nettoyage et les matériaux isolants.NMP is a polar solvent with strong selectivity and stability, widely used in the field of electronics and batteries, appearing as a colorless transparent oily liquid with a slight amine odor. NMP has low volatility, good thermal and chemical stability, and can evaporate with water vapor. It is sensitive to light and has a boiling point of 202°C at atmospheric pressure. It is easily soluble in water, ethanol, ether, acetone, ethyl acetate, chloroform and benzene, and can dissolve most organic and inorganic compounds, polar gases, natural and synthetic polymer compounds. NMP is notably used in industries such as the manufacture of cathode electrodes for lithium batteries, medicines, pesticides, pigments, cleaning agents and insulating materials.
Pour la production de batteries lithium-ion, des feuilles d’aluminium ou de cuivre revêtues de matières actives diluées dans le solvant organique NMP afin de lier les ions de lithium aux feuilles support. Les feuilles ainsi enduites sont ensuite placées dans un sécheur pour évaporer le NMP. Il en résulte des vapeurs polluantes formées d’un mélange d’air et de NMP. Ces vapeurs sont dangereuses pour l’environnement et la santé et en outre rapidement inflammables et de surcroît conduisent à une consommation importante de NMP s’il n’est pas récupéré et recyclé.For the production of lithium-ion batteries, aluminum or copper sheets coated with active materials diluted in the organic solvent NMP in order to bind the lithium ions to the support sheets. The coated sheets are then placed in a dryer to evaporate the NMP. The result is polluting vapors formed from a mixture of air and NMP. These vapors are dangerous for the environment and health and are also rapidly flammable and also lead to significant consumption of NMP if it is not recovered and recycled.
Il est connu de récupérer la vapeur dans une tour de récupération pour réduire les problèmes environnementaux et économiques. Les procédés consistent habituellement à ajouter de l’eau constituant un absorbant du NMP à cette vapeur. Dans le conteneur, la vapeur chaude de NMP se mélange à l’eau froide, la concentration de NMP dans l’air diminue et la concentration dans l’eau augmente. Le NMP change d’état d’agrégation et devient liquide et n’est plus hautement inflammable. L’eau devient tiède. La technologie existante de récupération et de purification des déchets liquides de NMP réalise principalement la NMP par distillation sous vide. En plus de l'objectif d'élimination de l'eau et des solides, le produit fini de NMP peut être recyclé.It is known to recover steam in a recovery tower to reduce environmental and economic problems. The processes usually consist of adding water constituting an absorbent of the NMP to this vapor. In the container, hot NMP vapor mixes with cold water, the concentration of NMP in the air decreases and the concentration in the water increases. NMP changes its aggregation state and becomes liquid and is no longer highly flammable. The water becomes lukewarm. Existing NMP liquid waste recovery and purification technology mainly realizes NMP by vacuum distillation. In addition to the goal of water and solids removal, the finished NMP product can be recycled.
Avec le développement de la technologie des batteries lithium-ion, le recyclage de ce solvant constitue un enjeu majeur pour économiser les ressources de production et protéger l’environnement.With the development of lithium-ion battery technology, the recycling of this solvent constitutes a major challenge for saving production resources and protecting the environment.
Le NMP présente des procédures de recyclage malaisées car la NMP est sujette à l'oxydation en présence d'air, produisant des substances acides, notamment sous l'action combinée de l'eau, de l'air et des hautes températures.NMP presents difficult recycling procedures because NMP is subject to oxidation in the presence of air, producing acidic substances, particularly under the combined action of water, air and high temperatures.
On connaît dans l’état de la technique le brevet chinois CN107626186B décrivant un procédé de récupération de gaz résiduaire de N-méthyl pyrrolidone dans la production d'une batterie lithium-ion par un procédé de séparation membranaire, en particulier un procédé de couplage de N-méthyl pyrrolidone par couplage d'une membrane filtrante céramique et d'une membrane de pervaporation. Ce brevet propose une solution consistant à extraire la NMP dans le liquide d'absorption à une concentration plus élevée en utilisant les gaz d'échappement NMP dans le processus de production de l'électrode de la batterie lithium-ion, puis en filtrant à travers la membrane céramique dans des conditions de basse température. Les impuretés macromoléculaires telles que poudres et particules y sont piégées, et le filtrat de la membrane céramique est envoyé vers la membrane de pervaporation pour déshydratation. Ce procédé de séparation par membrane de l’art antérieur comprend les étapes suivantes :
- Une première étape, où la pièce polaire de la batterie au lithium revêtue de la bouillie contenant le solvant NMP est séchée ;
- Une deuxième étape, où les gaz d'échappement sont envoyés à la tour d'absorption et dilué dans l'eau utilisée comme solvant pour l'absorption, de sorte que la concentration de NMP dans le liquide d'absorption au bas de la tour est augmentée à au moins 65 % en poids ; la température du liquide absorbant est de 5 à 60°C, typiquement de 20 à 50°C et la concentration de NMP dans le liquide d'absorption au fond de la colonne est de 75 % voire 80% en poids
- Une troisième étape d’envoi du liquide d'absorption du fond vers une membrane céramique poreuse pour filtration dans un mode de fonctionnement de filtration à flux croisés ; le diamètre moyen des pores de la membrane céramique poreuse est de 2 à 50 nm, plus préférentiellement de 5 à 20 nm ; et la température de fonctionnement est de 5 à 50°C, plus préférentiellement de 15 à 45°C, plus préférentiellement de 20 à 40°C ; pression de filtration 0,1 à 1 Mpa
- Une quatrième étape, d’envoi de ce filtrat vers une membrane de pervaporation pour déshydratation afin de récupérer de la NMP. Il s’agit d’une membrane de pervaporation de type perméation, plus préférablement une membrane de pervaporation inorganique, et plus préférablement une membrane de zéolithe NaA. Dans cette quatrième étape, le filtrat entre dans la membrane de pervaporation à l'état de phase liquide, et le procédé de pervaporation a une température de fonctionnement de 50 à 100°C, plus préférentiellement de 65 à 95°C, encore plus préférentiellement de 80 à 90°C ; et une membrane de pervaporation. La pression côté perméat est une pression absolue inférieure à 3000 Pa.
- A first step, where the pole piece of the lithium battery coated with the slurry containing the NMP solvent is dried;
- A second stage, where the exhaust gas is sent to the absorption tower and diluted in water used as a solvent for absorption, so that the concentration of NMP in the absorption liquid at the bottom of the tower is increased to at least 65% by weight; the temperature of the absorbent liquid is 5 to 60°C, typically 20 to 50°C and the concentration of NMP in the absorption liquid at the bottom of the column is 75% or even 80% by weight
- A third step of sending the absorption liquid from the bottom to a porous ceramic membrane for filtration in a cross-flow filtration operating mode; the average diameter of the pores of the porous ceramic membrane is 2 to 50 nm, more preferably 5 to 20 nm; and the operating temperature is 5 to 50°C, more preferably 15 to 45°C, more preferably 20 to 40°C; filtration pressure 0.1 to 1 MPa
- A fourth step, sending this filtrate to a pervaporation membrane for dehydration in order to recover NMP. It is a permeation type pervaporation membrane, more preferably an inorganic pervaporation membrane, and more preferably a NaA zeolite membrane. In this fourth step, the filtrate enters the pervaporation membrane in the liquid phase state, and the pervaporation process has an operating temperature of 50 to 100°C, more preferably 65 to 95°C, even more preferably from 80 to 90°C; and a pervaporation membrane. The permeate side pressure is an absolute pressure less than 3000 Pa.
On connaît aussi le modèle d’utilité CN215587012U proposant un autre système de condensation et de récupération de NMP d’une machine de revêtement cathodique de batterie lithium-ion. Il comprend une unité d'échange de chaleur reliée au sécheur de revêtement d’électrodes et à une unité de récupération de condensation, avec un échange de la chaleur entre l'air d'échappement déchargé du sécheur et la sortie d'air purifié de l'unité de récupération à faible condensation. Il comporte aussi une unité de récupération de condensation et une l'unité de lavage des gaz d'échappement, de sorte que l'air purifié est chauffé à la température spécifiée, puis pénètre à nouveau dans le sécheur de revêtement. Une unité de récupération par condensation refroidit l’air d'échappement prérefroidi par l'unité d'échange de chaleur, de sorte qu'une partie de la N-méthyl pyrrolidone présent dans l'air d'échappement est condensée et séparée sous forme de gouttelettes, et l'air purifié est renvoyé au sécheur de revêtement, alors que le condensat de N-méthylpyrrolidone qui se sépare est récupéré. Une unité de lavage des gaz résiduaires utilise de l’eau ou une solution aqueuse comme liquide absorbant pour laver une partie de l’air d’échappement refroidi par l’unité d’échange de chaleur, de manière à réduire la teneur en N-méthyl pyrrolidone dans l'air d'échappement à une plage spécifiée avant décharge.We also know the utility model CN215587012U offering another NMP condensation and recovery system from a lithium-ion battery cathode coating machine. It includes a heat exchange unit connected to the electrode coating dryer and a condensation recovery unit, with heat exchange between the exhaust air discharged from the dryer and the purified air outlet of the low condensation recovery unit. It also has a condensation recovery unit and an exhaust gas washing unit, so that the purified air is heated to the specified temperature and then enters the coating dryer again. A condensation recovery unit cools the exhaust air precooled by the heat exchange unit, so that part of the N-methyl pyrrolidone present in the exhaust air is condensed and separated into droplets, and the purified air is returned to the coating dryer, while the separating N-methylpyrrolidone condensate is recovered. A waste gas scrubbing unit uses water or an aqueous solution as an absorbent liquid to scrub part of the exhaust air cooled by the heat exchange unit, so as to reduce the N- content methyl pyrrolidone in the exhaust air at a specified range before discharge.
Les solutions de l’art antérieur ne sont pas totalement satisfaisantes car le cycle de récupération de NMP comporte des traitements, notamment de production d’eau glacée et de température élevée pour la production d’air chaud dans la chambre de séchage entrainant une consommation énergétique élevée. L’économie globale de l’installation, prenant en compte le surcoût occasionné de l’emploi de NMP comme solvant, plutôt que de l’eau, et les dépenses énergétiques occasionnés par le retraitement des effluents d’évaporation dans le sécheur, peuvent conduire à écarter cette technologie car le coût de préparation des électrodes n’est plus compétitif.The solutions of the prior art are not completely satisfactory because the NMP recovery cycle includes treatments, in particular the production of chilled water and high temperature for the production of hot air in the drying chamber resulting in energy consumption. high. The overall economy of the installation, taking into account the additional cost caused by the use of NMP as a solvent, rather than water, and the energy costs caused by the reprocessing of the evaporation effluents in the dryer, can lead to to discard this technology because the cost of preparing the electrodes is no longer competitive.
Elles ne garantissent pas non plus l’absence total de rejet de NMP dans l’atmosphère.They also do not guarantee the total absence of release of NMP into the atmosphere.
Afin de répondre à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale une installation pour la production d’électrodes pour batteries lithium-ion comportant un poste d’enduction de matières actives sur cathodes dans un solvant constitué de NMP, et un poste d’enduction de matières actives sur anodes dans un solvant aqueux, ladite installation comportant un système de condensation et de récupération de NMP au sécheur de cathodes caractérisé en ce que le flux traité par ledit système de condensation et de récupération de NMP est constitué par une partie comprise entre 15 et 90 % du flux issu dudit sécheur de cathodes.In order to address these drawbacks, the present invention relates in its most general sense to an installation for the production of electrodes for lithium-ion batteries comprising a station for coating active materials on cathodes in a solvent consisting of NMP, and a station for coating active materials on anodes in an aqueous solvent, said installation comprising an NMP condensation and recovery system in the cathode dryer characterized in that the flow treated by said NMP condensation and recovery system is constituted by a part between 15 and 90% of the flow coming from said cathode dryer.
Avantageusement, l’installation comporte un échangeur de chaleur air-eau assurant le réchauffage de l’air injecté dans le conduit amont débouchant dans le sécheur d’anodes.Advantageously, the installation includes an air-water heat exchanger ensuring the heating of the air injected into the upstream conduit opening into the anode dryer.
Selon une variante, ledit échangeur de chaleur air-eau est alimenté par un fluide caloporteur provenant d’un échangeur air-eau disposé sur le conduit aval du sécheur de cathodes.According to a variant, said air-water heat exchanger is supplied by a heat transfer fluid coming from an air-water exchanger placed on the downstream conduit of the cathode dryer.
Selon une variante, ledit système de condensation de NMP comporte un échangeur air-eau amont et un échangeur air-eau aval, reliés par une circulation d’un fluide caloporteur.According to one variant, said NMP condensation system comprises an upstream air-water exchanger and a downstream air-water exchanger, connected by a circulation of a heat transfer fluid.
Selon une variante, l’installation comporte un récupérateur d’énergie placé sur la boucle d’air du sécheur d’anodes.According to a variant, the installation includes an energy recovery placed on the air loop of the anode dryer.
Avantageusement, ledit récupérateur d’énergie comporte un échangeur de chaleur air-eau disposé sur le conduit aval d’aspiration d’air chaud provenant du sécheur d’anodes, ledit échangeur air-eau (étant relié par un circuit de fluide caloporteur à un second échangeur air-eau disposé sur le conduit amont d’injection d’air chaud dans le sécheur d’anodes.Advantageously, said energy recoverer comprises an air-water heat exchanger arranged on the downstream duct for suction of hot air coming from the anode dryer, said air-water exchanger (being connected by a heat transfer fluid circuit to a second air-water exchanger placed on the upstream hot air injection conduit into the anode dryer.
Selon une autre variante le solvant du poste d’enduction d’anodes contient également du NMP, et en ce que ledit sécheur d’anodes génère un second flux traité partiellement ou totalement par ledit système (500) de condensation et de récupération de NMP.
According to another variant, the solvent of the anode coating station also contains NMP, and in that said anode dryer generates a second flow treated partially or completely by said NMP condensation and recovery system (500).
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisationDetailed description of a non-limiting example of production
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
The present invention will be better understood on reading the description which follows, concerning a non-limiting example of embodiment illustrated by the appended drawings where:
L’installation décrite à titre d’exemple est illustrée par la
The installation described as an example is illustrated by the
- une ligne d’enduction de cathodes équipée d’un tunnel de séchage (100) destiné à l’évaporation du solvant utilisé lors de l’étape d’enduction des cathodes, et
- a cathode coating line equipped with a drying tunnel (100) intended for the evaporation of the solvent used during the cathode coating step, and
- une ligne d’enduction d’anodes équipée d’un tunnel de séchage (200) destiné à l’évaporation du solvant utilisé lors de l’étape d’enduction des anodes. L’étape d’enduction des cathodes, en amont de l’invention, consiste à déposer sur des collecteurs de courant, par exemple des feuilles d’aluminium, une encre composite contenant des ions lithium. Les composants sont dissous dans un solvant, la NMP (N-méthyl-2-pyrrolidone) à l’aide d’outils tels que des défloculeuses et autres homogénéisateurs et disperseurs permettant une bonne homogénéité des encres produites.- an anode coating line equipped with a drying tunnel (200) intended for the evaporation of the solvent used during the anode coating step. The cathode coating step, upstream of the invention, consists of depositing a composite ink containing lithium ions on current collectors, for example aluminum sheets. The components are dissolved in a solvent, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) using tools such as deflocculators and other homogenizers and dispersers allowing good homogeneity of the inks produced.
Cette encre est déposée sur les collecteurs de courant à l’aide d’une table à enduction en ajustant la hauteur de la règle à enduction afin d’obtenir le grammage visé (quantité de matériau par unité de surface en mg.cm-2), puis les électrodes enduites sont chauffées pour évaporer le solvant dans un sécheur (100) présentant typiquement une longueur d’environ 50 m, une section de l’ordre de 0,5m et une température de l’ordre de 80°C à 130°C, que l’électrode traverse en une minute environ.This ink is deposited on the current collectors using a coating table by adjusting the height of the coating rule in order to obtain the targeted weight (quantity of material per surface unit in mg.cm-2) , then the coated electrodes are heated to evaporate the solvent in a dryer (100) typically having a length of approximately 50 m, a section of the order of 0.5 m and a temperature of the order of 80°C to 130 °C, which the electrode passes through in approximately one minute.
Ce tunnel de séchage (100) dégage de l’air chargé de NMP, le but de l’invention étant de purifier cet air pour éviter de rejeter des effluents toxiques et pour récupérer le NMP en vue de le réutiliser pour un nouveau processus de préparation d’une encre d’induction. A cet effet, l’air chargé de NMP est extrait du tunnel de séchage (100) par un conduit aval (110), et l’air recyclé est réinjecté dans le tunnel de séchage (100) par un conduit amont (120). L’air provenant du tunnel de séchage (100) est aspiré dans le conduit aval (110) avec un débit légèrement supérieur au débit de réinjection d’air épuré par le conduit amont (120), par exemple un débit de 80000 m3par heure pour l’aspiration dans le conduit aval (110) d’air contenant environ 8240 mg/m3de NMP, à une température de l’ordre de 97°C.This drying tunnel (100) releases air loaded with NMP, the aim of the invention being to purify this air to avoid discharging toxic effluents and to recover the NMP with a view to reusing it for a new preparation process. of an induction ink. For this purpose, the air loaded with NMP is extracted from the drying tunnel (100) through a downstream conduit (110), and the recycled air is reinjected into the drying tunnel (100) through an upstream conduit (120). The air coming from the drying tunnel (100) is sucked into the downstream duct (110) with a flow rate slightly higher than the rate of reinjection of purified air through the upstream duct (120), for example a flow rate of 80,000 m 3 per hour for suction into the downstream conduit (110) of air containing approximately 8240 mg/m 3 of NMP, at a temperature of around 97°C.
L’air épuré est réinjecté par le conduit amont (120) avec un début de 78200 m3/h, à une température de 70°C et avec un taux de NMP inférieur à 5990 mg/m3.The purified air is reinjected through the upstream conduit (120) with a start of 78,200 m 3 /h, at a temperature of 70°C and with an NMP rate of less than 5,990 mg/m 3 .
Le différentiel de pression garantie une dépression à l’intérieur du sécheur de cathodes (100) évitant les rejets inopportuns d’air vicié dans l’atmosphère de la salle d’enduction.The pressure differential guarantees a depression inside the cathode dryer (100) avoiding unwanted discharges of stale air into the atmosphere of the coating room.
Un conduit aval (110) présente à titre d’exemple une gaine d’aspiration d’une section de 1800 mm assurant le recyclage des vapeurs issues du séchage des cathodes. Une vanne (130) permet de commander le débit d’aspiration.A downstream conduit (110) presents, for example, a suction sheath with a section of 1800 mm ensuring the recycling of vapors resulting from the drying of the cathodes. A valve (130) makes it possible to control the suction flow.
Le conduit aval (120) comporte un conduit d’injection d’air pur chaud d’une section de 1000 mm associés à un ventilateur (125) assurant un débit nominal de 78200 m3 /h avec une dépression de 4000 Pa.The downstream conduit (120) comprises a hot pure air injection conduit with a section of 1000 mm associated with a fan (125) ensuring a nominal flow rate of 78,200 m3/h with a depression of 4000 Pa.
Le conduit aval (120) comporte une première vanne (121) pour commander le débit d’introduction d’air frais extérieur, et une deuxième vanne (122) pour commander l’arrivée d’air chaud recyclé, ainsi qu’une troisième vanne (123) pour le rejet d’air vers l’extérieur. Ces vannes servent de sécurité par injection d’air extérieur si la concentration en NMP est trop forte, afin de limiter les risques d’explosion des vapeurs de NMP dans le sécheur
The downstream conduit (120) comprises a first valve (121) for controlling the flow rate of introduction of fresh outside air, and a second valve (122) for controlling the inlet of recycled hot air, as well as a third valve (123) for exhausting air to the outside. These valves serve as a safety device by injecting outside air if the NMP concentration is too high, in order to limit the risk of explosion of NMP vapors in the dryer.
Présentation de l’installation de recyclage du NMPOverview of the NMP recycling facility
L’air chaud chargé de NMP provenant du conduit aval (110) est divisé en deux flux par une dérivation (130) dirigeant un quart environ du flux vers un condenseur (500) et trois quarts du flux directement vers le conduit amont (120).The hot air loaded with NMP coming from the downstream duct (110) is divided into two flows by a bypass (130) directing approximately a quarter of the flow towards a condenser (500) and three quarters of the flow directly towards the upstream duct (120). .
Le condenseur de NMP est de type connu, mais à la différence des solutions de l’art antérieur, il ne traite qu’une partie du flux de sortie du tunnel de séchage (100).The NMP condenser is of a known type, but unlike the solutions of the prior art, it only processes part of the exit flow from the drying tunnel (100).
A titre d’exemple, le débit traversant le condenseur (500) est d’environ 21450 m3/h, et le débit transmis directement vers le conduit amont (120) d’environ 56700 m3/h.For example, the flow rate passing through the condenser (500) is approximately 21,450 m 3 /h, and the flow rate transmitted directly to the upstream conduit (120) is approximately 56,700 m 3 /h.
Le NMP est récupéré dans un réservoir (550) avec un débit d’environ 3kg par minutes, à une température de 3°C.The NMP is recovered in a tank (550) with a flow rate of approximately 3kg per minute, at a temperature of 3°C.
La sortie du condenseur (500) est reliée à une tour de lavage (520) par un circuit piloté comportant une vanne (530). Cette tour de lavage (520) reçoit aussi optionnellement les gaz provenant d’une hotte d’aspiration (150) placée au-dessus de la chambre d’enduction des électrodes.The outlet of the condenser (500) is connected to a washing tower (520) by a controlled circuit comprising a valve (530). This washing tower (520) also optionally receives gases coming from a suction hood (150) placed above the electrode coating chamber.
La tour de lavage (520) rejette dans l’atmosphère un air contenant moins de 1 mg/m3de NMP.
The washing tower (520) releases into the atmosphere air containing less than 1 mg/m 3 of NMP.
Présentation de l’installation de traitement de l’air du tunnel de séchage des anodesPresentation of the anode drying tunnel air treatment installation
Le traitement de l’air du tunnel de séchage des anodes (200) est plus simple car le solvant utilisé pour l’enduction des anodes est généralement de l’eau. Il comporte donc simplement un conduit d’aspiration aval (210) aspirant l’air humide à une température d’environ 97°C et une teneur en vapeur d’eau de 5,5 kg /mn avec un débit d’environ 81800 m3/h et un conduit d’injection d’air amont (220) avec un débit de 80000 m3/h et une température d’environ 70°C. Le différentiel de pression garanti une dépression à l’intérieur du sécheur d’anodes (200) évitant les rejets inopportuns d’air vicié dans l’atmosphère des salles d’enduction.Treating the air in the anode drying tunnel (200) is simpler because the solvent used for coating the anodes is generally water. It therefore simply comprises a downstream suction conduit (210) sucking in humid air at a temperature of approximately 97°C and a water vapor content of 5.5 kg/min with a flow rate of approximately 81,800 m 3 /h and an upstream air injection conduit (220) with a flow rate of 80,000 m 3 /h and a temperature of approximately 70°C. The pressure differential guarantees a depression inside the anode dryer (200) avoiding unwanted discharges of stale air into the atmosphere of the coating rooms.
Une vanne commande le rejet de l’air vers l’extérieur via un ventilateur (230). L’air frais à une température ambiante comprise entre -10°C et +30°C est aspiré par un ventilateur (243) avec un filtrage par deux filtres (241, 242). L’air est filtré également par un filtre (243) avant injection dans le sécheur via le conduit amont (220).
A valve controls the rejection of air to the outside via a fan (230). Fresh air at an ambient temperature between -10°C and +30°C is sucked in by a fan (243) with filtration by two filters (241, 242). The air is also filtered by a filter (243) before injection into the dryer via the upstream conduit (220).
Récupération d’énergie entre le sécheur d’anodes et le sécheur de cathodesEnergy recovery between the anode dryer and the cathode dryer
L’invention concerne plus particulièrement l’optimisation énergétique de l’installation de traitement des effluents de séchage des cathodes et des anodes.The invention relates more particularly to the energy optimization of the installation for treating cathode and anode drying effluents.
A cet effet, l’installation comporte un échangeur de chaleur air-eau (20) assurant le réchauffage de l’air injecté dans le conduit amont (220) débouchant dans le sécheur d’anodes (200).For this purpose, the installation includes an air-water heat exchanger (20) ensuring the heating of the air injected into the upstream conduit (220) opening into the anode dryer (200).
Cet échangeur de chaleur (20) est alimenté par un fluide caloporteur provenant d’un premier échangeur air-eau (10) disposé sur le conduit aval (110) du sécheur de cathodes (100).This heat exchanger (20) is supplied by a heat transfer fluid coming from a first air-water exchanger (10) placed on the downstream conduit (110) of the cathode dryer (100).
Enfin, un récupérateur de chaleur (1) est relié au circuit pour évacuer la chaleur du fluide caloporteur lorsque le sécheur d’anodes (200) n’est pas en fonction.Finally, a heat recovery unit (1) is connected to the circuit to evacuate the heat from the heat transfer fluid when the anode dryer (200) is not in operation.
L’échangeur de chaleur air-eau (20) assurant le réchauffage de l’air injecté dans le conduit amont (220) débouchant dans le sécheur d’anodes (200) apporte, dans un exemple particulier de réalisation, un gain énergétique d’environ 343 kW, et l’échangeur air-eau (501) disposé sur ledit système (500) de condensation et de récupération de NMP apporte un gain énergétique d’environ 184 kW.The air-water heat exchanger (20) ensuring the heating of the air injected into the upstream conduit (220) opening into the anode dryer (200) provides, in a particular embodiment, an energy gain of approximately 343 kW, and the air-water exchanger (501) arranged on said NMP condensation and recovery system (500) provides an energy gain of approximately 184 kW.
Un deuxième récupérateur d’énergie est placé sur la boucle d’air du sécheur d’anodes. Il comporte un échangeur air-eau (31) disposé sur le conduit aval (210) d’aspiration d’air chaud provenant du sécheur d’anodes (200). Cet échangeur air-eau (31) est relié par un circuit de fluide caloporteur à un second échangeur air-eau (32) disposé sur le conduit amont (220) disposé sur le conduit amont (220) de réinjection d’air chaud provenant du sécheur d’anodes (200).A second energy harvester is placed on the air loop of the anode dryer. It comprises an air-water exchanger (31) arranged on the downstream conduit (210) for suction of hot air coming from the anode dryer (200). This air-water exchanger (31) is connected by a heat transfer fluid circuit to a second air-water exchanger (32) arranged on the upstream conduit (220) disposed on the upstream conduit (220) for reinjection of hot air coming from the anode dryer (200).
Deux vannes d’isolement (225, 226) permettent d’isoler l’installation de l’extérieur en cas d’arrêt du fonctionnement.Two isolation valves (225, 226) make it possible to isolate the installation from the outside in the event of operation stopping.
La
Typiquement le fluide entre dans la cellule (520 à 523) à une température de - 2 °C et ressort à une température de + 3 °C. L’air chargé de NMP se refroidit au passage de chaque cellule de condensation (520 à 523) et sa température décroit par exemple respectivement à 30°C, 20 °C, 12°C puis 3°C au passage des cellules de condensation (520 à 523) successives. Le NMP condensé est récupéré dans chaque cellule de condensation (520 à 523) et transféré dans un réservoir (550).Typically the fluid enters the cell (520 to 523) at a temperature of -2°C and leaves at a temperature of +3°C. The air loaded with NMP cools as it passes each condensation cell (520 to 523) and its temperature decreases, for example, respectively to 30°C, 20°C, 12°C then 3°C as it passes the condensation cells ( 520 to 523) successive. The condensed NMP is collected in each condensation cell (520 to 523) and transferred to a tank (550).
Un système de récupération thermique est composé d’un échangeur air-eau (502) situé à la sortie du condenseur, traversé par l’air purifié à une température d’environ 3°C et ressortant à une température d’environ 35 °C à 55 °C. Le fluide calorifique refroidi circule dans un circuit de transfert (560) grâce à une pompe (565) pour refroidir un échangeur de chaleur amont (501) placé entre l’alimentation d’air contenu du NMP (520) et la première cellule (520), et assure un refroidissement primaire de l’air pour l’amener à une température d’environ 50 °C.A thermal recovery system is composed of an air-water exchanger (502) located at the outlet of the condenser, through which purified air passes at a temperature of approximately 3°C and emerges at a temperature of approximately 35°C. at 55°C. The cooled heat fluid circulates in a transfer circuit (560) thanks to a pump (565) to cool an upstream heat exchanger (501) placed between the air supply contained in the NMP (520) and the first cell (520 ), and provides primary cooling of the air to bring it to a temperature of approximately 50°C.
Optionnellement, l’enduction des anodes utilise aussi un solvant contenant du NMP. Dans ce cas, le circuit de recyclage de l’air issu du tunnel de séchage (200) des anodes comprend les mêmes équipements que le circuit de de recyclage de l’air issu du tunnel de séchage (100) des cathodes, et notamment un condenseur (500) avec un circuit de récupération de chaleur comme décrit ci-dessus.Optionally, the coating of the anodes also uses a solvent containing NMP. In this case, the circuit for recycling the air coming from the drying tunnel (200) of the anodes comprises the same equipment as the circuit for recycling the air coming from the drying tunnel (100) of the cathodes, and in particular a condenser (500) with a heat recovery circuit as described above.
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