一种废旧锂电池回收处理的无氧裂解系统的制作方法

本发明涉及废料回收领域，具体涉及一种废旧锂电池回收处理的无氧裂解系统。

背景技术：

根据中国汽车技术研究中心预测，预计到2020年，我国新能源汽车动力电池累计报废量将达到32.2万吨的规模。废旧锂离子动力电池中含有大量的有价金属及有机物，若不加以回收利用会造成严重的环境污染以及资源浪费。以三元材料锂离子动力电池为例，其中镍、钴、锰、锂、铜、铝的平均含量分别为22.1％、9.3％、10.5％、3.9％、13.3％、12.7％等，其中很多金属的含量远远高于矿石中的金属含量。锂离子电池原料矿产资源日益减少，特别是我国钴、锂资源相对匮乏，严重制约了锂离子电池产业的良性发展。因此，如何避免废旧锂离子动力电池对环境的污染，同时实现有价金属资源的综合循环回收成为当前的焦点。

目前，国内外大型企业的回收主要是面向普通小型锂离子电池，主要采用火法冶金处理技术(以美国的inmetco公司、日本住友和索尼公司为代表)、湿法冶金处理技术(以法国recupyl公司和中国的格林美公司为代表)以及火法-湿法冶金联合处理技术(以比利时的umicore公司、中国的邦普公司和德国的accurec公司为代表)。

但以上的处理方法存在人工分选难度大、回收产品纯度和回收率低等问题。为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于废旧锂离子电池回收处置的无氧裂解系统，该系统对废旧锂离子电池的种类和形态没有过高要求。与火法处理相比，不需要加入过多的空气进行焚烧处理形成大量的烟气，避免产生氮氧化物、硫化物、二噁英、重金属等有毒有害物质；与湿法处理相比，不产生有毒有害液体废物，不造成环境的二次污染物；同时，该处理系统对废旧锂离子电池的回收处理具有产品高回收率、高纯度的技术优势。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种废旧锂电池回收处理的无氧裂解系统，采用无氧裂解的方式对锂离子电池进行分解处理，其工艺简单，可有效地回收正负极材料的有价金属，避免氧气与正极片中的铝箔受热发生铝热反应而损坏设备，且不产生大气污染物。

本发明采用以下的技术方案实现：

一种废旧锂电池回收处理的无氧裂解系统，包括：预处理系统、裂解炉系统、裂解气净化系统、热风炉系统、烟气处理及排放系统、固体处理与分选系统；所述预处理系统接入所述裂解炉系统，所述烟气处理及排放系统接入所述裂解炉系统，所述固体处理与分选系统接入所述裂解炉系统，所述裂解炉系统、所述裂解气净化系统、所述热风炉系统三者串联连接；所述预处理系统包括用于破碎锂电池的破碎机；所述裂解炉系统包括用于无氧裂解处理的裂解炉，所述裂解炉包括容纳锂电池的炉本体以及容纳加热烟气的外夹套，所述外夹套设置在所述炉本体外，所述外夹套内的加热烟气对所述炉本体内的锂电池进行加热并使其发生无氧裂解；所述裂解气净化系统包括依次连接的高温除尘器、高温过滤器、喷淋塔、气水分离器、缓冲罐以及第一引风机；所述裂解炉与所述高温除尘器连通；所述裂解气净化系统将所述锂电池无氧裂解后所产生的裂解气进行净化处理；所述热风炉系统包括热风炉及助燃风机，所述热风炉接入能源外部能源；所述助燃风机接入外部空气，所述助燃风机与所述热风炉连通；所述第一引风机与所述热风炉连通；所述热风炉与所述裂解炉连通；所述热风炉系统为所述裂解炉系统提供无氧裂解所需的高温烟气；所述固体处理与分选系统包括依次连接的水冷套料仓、料封泵、第一旋风除尘器、气流磨、第二旋风除尘器以及振动筛，还包括设置在料封泵一侧的罗茨风机；所述水冷套料仓与所述裂解炉连通；所述烟气处理及排放系统包括烟气处理器以及第二引风机，所述第二引风机分别与所述烟气处理器和外部烟囱连通；所述烟气处理器和所述裂解炉连通。

进一步地，所述预处理系统还包括第一收料斗、挡板输送机、第三旋风除尘器、第二收料斗以及定量给料机；所述挡板输送机与所述破碎机的进料端连通，所述破碎机的出料端与所述第三旋风除尘器连通，所述定量给料机与所述裂解炉的进料端连通；所述第一收料斗、所述挡板输送机、所述破碎机、所述第三旋风除尘器、所述第二收料斗以及所述定量给料机依次连接。

进一步地，所述预处理系统还包括第三引风机和第一布袋除尘器；所述第一布袋除尘器通过吸风罩连通至所述第一收料斗和所述第二收料斗的上方；所述第三引风机的一侧与所述第一布袋除尘器连通，另一侧与外部大气连通。

进一步地，所述裂解炉系统还包括两个双层翻板阀，所述双层翻板阀分别设置在所述裂解炉的固体物料输入端和固体物料输出端。

进一步地，所述固体处理与分选系统还包括第四引风机和第二布袋除尘器；所述第二布袋除尘器通过吸风罩连通至所述振动筛的上方，所述第二布袋除尘器还连通至所述第一旋风除尘器和所述第二旋风除尘器；所述第四引风机的一端与所述第二布袋除尘器连通，另一端与外部大气连通。

进一步地，在所述裂解气净化系统内，所述高温过滤器的数量为2个。

进一步地，所述预处理系统还包括用于将锂电池运输到所述第一收料斗内的电动葫芦。

进一步地，所述热风炉内还设置有紧急排放阀。

进一步地，所述裂解炉还设置有防爆阀防爆片、气体在线监测装置以及报警器。

进一步地，所述破碎机内填充有惰性气体以及设置有喷水装置。

相比于现有技术，本发明能达到的有益效果为：本发明采用隔氧式外加热对废旧锂离子电池进行加热，实现对预处理后的废旧锂离子电池的无氧裂解处理，本发明采用循环式加热方式，使得系统更加节能、环保，同时系统能连续运行，工作效率高。相比于焚烧处理，系统无重金属飞灰及二噁英产生，烟气排放更环保，最终的有价金属锂钴镍等资源回收更为彻底，经济效益更高，实现废旧锂离子电池的减量化、无害化及资源化处理。

附图说明

图1为本发明的系统架构示意图；

图2是本发明的工艺流程示意图；

图3为预处理系统的示意图；

图4为裂解炉系统的示意图；

图5为裂解气净化系统的示意图；

图6为热风炉系统的示意图；

图7为固体处理与分选系统的示意图；

图8为烟气处理及排放系统的示意图。

图中：10、预处理系统；101、电动葫芦；102、第一收料斗；103、挡板输送机；104、破碎机；105、第三旋风除尘器；106、第二收料斗；107、定量给料机；108、第一布袋除尘器；109、第三引风机；20、裂解炉系统；201、第一双层翻板阀；202、裂解炉；203、第二双层翻板阀；30、裂解气净化系统；301、高温除尘器；302、高温过滤器；303、喷淋塔；304、气水分离器；305、缓冲罐；306、第一引风机；40、热风炉系统；401、热风炉；402、助燃风机；50、固体处理与分选系统；501、水冷套料仓；502、罗茨风机；503、料封泵；504、第一旋风除尘器；505、第二旋风除尘器；506、第二布袋除尘器；507、第四引风机；508、气流磨；509、振动筛；60、烟气处理及排放系统；601、烟气处理器；602、第二引风机；603、烟囱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明公开了一种废旧锂电池回收处理的无氧裂解系统，包括：预处理系统10、裂解炉系统20、裂解气净化系统30、热风炉系统40、固体处理与分选系统50、烟气处理及排放系统60。

参阅图1，预处理系统10接入所述裂解炉系统20，烟气处理及排放系统60接入裂解炉系统20，固体处理与分选系统50接入裂解炉系统20，裂解炉系统20、裂解气净化系统30、热风炉系统40三者串联连接。

更具体地说，裂解炉202共有五个端口，分别为固体物料输入端、固体物料输出端、裂解气输出端、烟气输入端和烟气输出端。预处理系统10接入裂解炉系统20的固体物料输入端，裂解炉系统20的裂解气输出端接入裂解气净化系统30，裂解气净化系统30的气体输出端接入热风炉系统40，热风炉系统40接入裂解炉系统20的烟气输入端，经充分换热后的烟气经裂解炉202的烟气输出端接入烟气处理及排放系统60；裂解炉系统20固体物料输出端接入固体处理与分选系统50，最终实现废旧锂离子电池的回收与处置。

参阅图2，下面对各子系统作详细说明。

预处理系统10包括：电动葫芦101；依次连接的第一收料斗102、挡板输送机103、破碎机104、第三旋风除尘器105、第二收料斗106、定量给料机107；以及第三引风机109、第一布袋除尘器108。参阅图3。

第一收料斗102下接挡板输送机103，挡板输送机103下方设置破碎机104，破碎机104的出料口连通第三旋风除尘器105，第三旋风除尘器105下方设置第二收料斗106，第二收料斗106下方设置定量给料机107，定量给料机107的出料端与裂解炉系统20连接。同时，第一布袋除尘器108通过吸风罩连通至第一收料斗102和第二收料斗106的上方；第三引风机109的一侧与第一布袋除尘器108连通，另一侧与外部大气连通。

电动葫芦101将废旧锂电池送至第一收料斗102内，经第一收料斗102落入挡板输送机103，挡板输送机103将物料送至破碎机104内，破碎机104将物料破碎成一定的粒度，破碎机104内填充有惰性气体并设置有喷水装置，使得物料在破碎过程中与空气进行隔绝，从而起到更好的防火防爆作用，破碎机104的出料口处设置的第三旋风除尘器105作为输送设备，第三旋风除尘器105将物料送至第二收料斗106内，经第二收料斗106后进入定量给料机107，定量给料机107按照既定速度将预处理完成后的物料定量均匀地送入裂解炉系统20内。同时，第一布袋除尘器108对第一收料斗102、第二收料斗106进行粉尘收集和末端处理。

裂解炉系统20包括：裂解炉202和2个双层翻板阀，双层翻板阀分别设于裂解炉202的固体物料输入端和固体物料输出端。裂解炉202用于使锂电池进行无氧裂解，双层翻板阀用于对物料携带氧进行有效控制，降低进入炉内的氧气量及概率。参阅图4。

其中，裂解炉202具有外夹套结构，具体地说，裂解炉202包括用于容纳锂电池的炉本体和容纳加热烟气的外夹套，炉本体内用于容纳待处理的物料，外夹套用于容纳与物料间接换热的烟气。

破碎后的锂电池经第一双层翻板阀201进入裂解炉202的炉本体内，加热炉系统为裂解炉系统20输入用于加热裂解的烟气，中高温的烟气进入到外夹套内，外夹套与炉本体间不连通，因此烟气与物料实现间接换热，物料发生加热裂解，产生裂解气和裂解后的物料。裂解后，炉本体内的裂解气经裂解气输出端进入到裂解气净化系统30内，外夹套内的烟气则经烟气输出端进入到烟气处理及排放系统60内，而裂解后的物料在通过第二双层翻板阀203后，经固体物料输出端进入到固体处理与分选系统50内。

另外，在裂解炉202内设置有防爆阀防爆片、气体在线监测装置以及报警器，实时监测裂解炉202内的气体状况并进行报警，防止发生爆炸事故；通过控制进入裂解炉202的烟气量来控制炉内温度。

裂解气净化系统30包括：依次连接的高温除尘器301、高温过滤器302、喷淋塔303、气水分离器304、缓冲罐305以及第一引风机306。其中，高温过滤器302设置一用一备，其数量为2个。参阅图5。

裂解炉202的裂解气出气端与高温除尘器301连通，裂解炉202内所产生的裂解气首先进入到高温除尘器301内进行除尘，然后进入到高温过滤器302内进行除酸除重金属等处理，经高温过滤器302处理后的裂解气再进入到喷淋塔303内进一步脱酸处理，处理完成后进入到气水分离器304内，将气体内的水分分离出来，然后储存在缓冲罐305内，等待第一引风机306将净化后的裂解气送入热风炉401中进行利用。

热风炉系统40包括热风炉401和助燃风机402。热风炉401共有四个接口，具体地：热风炉401接入外部的能源，可以为天然气、柴油、或其他能源；助燃风机402接入外部的空气，助燃风机402和热风炉401连通，以将空气引入热风炉401内；热风炉401通过第一引风机306和裂解气净化系统30连通；热风炉401与裂解炉202也连通。参阅图6。

净化后的裂解气通过第一引风机306送入到热风炉401内，热风炉401内同时通入外部能源，裂解气和能源充分混合后，在热风炉401内进行燃烧，其中助燃风机402为燃烧提供充足的空气。燃烧产生的中高温烟气进入到裂解炉202的外夹套内，为裂解炉系统20提供充足的中高温烟气，用于物料实现裂解反应。可知，本发明所产生的裂解气得到了循环利用，降低了整个系统的能耗率。

另外，在热风炉401内还设置有紧急排放阀，当出现系统故障需紧急停电时，自动开启紧急排放阀，保护系统设备安全。

烟气处理及排放系统60包括：烟气处理器601和第二引风机602，烟气处理器601和裂解炉202连通，第二引风机602的一端与烟气处理器601连通，另一端与外部的烟囱603连通。参阅图8。

裂解炉202内的中高温烟气会进入到烟气处理及排放系统60内，首先进入到烟气处理器601内，烟气处理器601具有烟气换热及净化的功能，处理完的烟气经第二引风机602送到外部的烟囱603进行达标排放。

固体处理与分选系统50包括依次连接的水冷套料仓501、料封泵503、第一旋风除尘器504、气流磨508、第二旋风除尘器505、振动筛509；还包括设置在料封泵503一侧的罗茨风机502；以及第四引风机507以及第二布袋除尘器506。参阅图7。

同时，第二布袋除尘器506通过吸风罩连通至振动筛509的上方，同时还连通至第一旋风除尘器504和第二旋风除尘器505；第四引风机507的一端与第二布袋除尘器506连通，另一端与外部大气连通。

裂解炉202内产生的固体产物进入到固体处理与分选系统50内，首先进入到水冷套料仓501，水冷套料仓501与外部的水冷却塔连接以通入冷却水，冷却后的固体物料进入到下方的料封泵503内，罗茨风机502的补充动力将物料送入第一旋风除尘器504内，第一旋风除尘器504作为输送设备将物料送至气流磨508，气流磨508与外部的空压机站连接以通入压缩空气，气流磨508后接有第二旋风除尘器505，第二旋风除尘器505作为输送设备将物料送入振动筛509，至此完成固定物料的分选和处理，实现有价金属的回收利用。同时，第二布袋除尘器506对振动筛509、第一旋风除尘器504、第二旋风除尘器505进行粉尘收集和末端处理，并经第四引风机507排出到外部大气。

综上所述，本发明具备的有益效果至少包括：

1.温控措施

利用系统自产生的裂解气，和外部能源混合燃烧后加热物料，实现裂解处理，通过间接加热的方式，控制炉内温度，杜绝火焰直接在裂解炉内出现，可避免物料的局部受热产生的炉内铝热反应，有利于控制炉内温度。

2.隔氧措施

①进入裂解炉内的热载体为含氧低于1％的中高温烟气，而非空气直接进入炉内；②入料出料均采用双层翻板阀形式对物料携带氧进行有效控制，降低进入炉内的氧气量及概率。

3.工艺安全措施

①采用烟气外加热的裂解技术，防止物料局部受热导致发生铝热反应；②采用隔氧措施，防止大量空气进入，有效控制炉内温度；③水冷套料仓采用间接水冷方式，杜绝水与炉渣直接接触，防止水与电池中的锂单质反应，同时也起到均质作用；④热风炉设置紧急排放阀；⑤裂解炉设置安全措施，如防爆阀防爆片，气体在线监测装置及报警器等。

本发明采用控氧处理后的中高温烟气间接逆流换热的方式对预处理后的锂离子电池进行加热，装置可以进行物料的无氧裂解处理。本系统采用循环式加热方式，使得装置连续运行，效率高，更加节能、环保。相比于焚烧处理，无重金属飞灰、二噁英产生，烟气排放更环保，且有利于回收锂离子电池的锂、钴、锰等有价金属，实现废物的减量化、无害化、资源化处理。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。