本發(fā)明涉及三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化，具體涉及三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備及三元前驅(qū)體噴霧熱解合成方法。
背景技術(shù)：
1、鋰離子二次電池正極材料用三元前驅(qū)體是制備高性能鋰離子二次電池的關(guān)鍵材料。目前，三元前驅(qū)體的生產(chǎn)已進(jìn)入白熱化競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，采用共沉淀法是三元前驅(qū)體主要合成工藝。為了在合成方法上進(jìn)行創(chuàng)新，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，多個(gè)三元前驅(qū)體生產(chǎn)廠家開(kāi)始探索將合成工藝轉(zhuǎn)向噴霧熱解技術(shù)。噴霧熱解技術(shù)是一種已有技術(shù)，通常用于大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)渡金屬氧化物材料。噴霧熱解技術(shù)在合成三元前驅(qū)體方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如復(fù)合材料原子級(jí)均勻混合，有效的孔隙率控制以應(yīng)對(duì)充放電過(guò)程中活性物質(zhì)的大體積變化，均勻的顆粒尺寸，更高的產(chǎn)率，良好的重現(xiàn)性，以及純度高等。在噴霧熱解過(guò)程中，噴霧熱解爐會(huì)產(chǎn)生含有三元前驅(qū)體粉末以及酸性氣體的噴霧熱解煙氣（三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣）。根據(jù)原料鹽類體系的不同，酸性氣體在hcl與硫氧化物之間切換。當(dāng)鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為氯化物時(shí)，酸性氣體為hcl；當(dāng)鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為硫酸鹽時(shí)，酸性氣體為硫氧化物。
2、在實(shí)際生產(chǎn)中，廠家往往會(huì)根據(jù)具體要求在氯化物體系原料和硫酸鹽體系原料之間進(jìn)行切換。相應(yīng)的，在三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化方面，不僅需要噴霧熱解煙氣分離凈化設(shè)備同時(shí)適應(yīng)hcl和硫氧化物兩種不同性質(zhì)的酸性氣體環(huán)境，還要在切換過(guò)程中保持穩(wěn)定的處理效果和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，目前普遍采用水洗的方式作為噴霧熱解煙氣的主要處理手段，從而使噴霧熱解煙氣中的三元前驅(qū)體粉末全部進(jìn)入溶液相，后續(xù)再將三元前驅(qū)體提取出來(lái)。例如，公開(kāi)號(hào)為cn109647310a的專利文件中，噴霧熱解爐之后依次設(shè)置旋風(fēng)分離器、尾氣吸收塔、尾氣洗滌塔和排煙風(fēng)機(jī)（從該專利文件的圖2分析，尾氣吸收塔應(yīng)為噴淋洗滌塔，尾氣洗滌塔應(yīng)為填料洗滌塔）。
3、上述現(xiàn)有噴霧熱解煙氣處理技術(shù)主要存在以下問(wèn)題：旋風(fēng)分離器對(duì)于細(xì)小顆粒物的除塵效率不高（噴霧熱解爐出口含塵濃度為5g/nm3-15g/nm3，旋風(fēng)分離器出口含塵濃度一般為1g/nm3-3g/nm3），大量的三元前驅(qū)體粉末不得不通過(guò)水洗回收，這些三元前驅(qū)體粉末在降溫過(guò)程中容易發(fā)生團(tuán)聚和結(jié)塊現(xiàn)象，同時(shí)溫度驟降還會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)不完整、顆粒形貌不規(guī)整、球形度下降等問(wèn)題，影響三元前驅(qū)體粉末的質(zhì)量和電化學(xué)性能，而后續(xù)的分散處理工藝復(fù)雜且效果有限。另外，水洗得到的溶液相成分復(fù)雜，后續(xù)需要通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥等多個(gè)工藝步驟才能重新獲得固體產(chǎn)品，不僅流程冗長(zhǎng)、能耗高，而且回收的三元前驅(qū)體粉末的品質(zhì)往往無(wú)法達(dá)到噴霧熱解爐本身產(chǎn)出的三元前驅(qū)體粉末的品質(zhì)，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供以下三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備及三元前驅(qū)體噴霧熱解合成方法，解決提升從噴霧熱解煙氣中回收的三元前驅(qū)體粉末質(zhì)量的技術(shù)問(wèn)題。
2、第一個(gè)方面，提供了一種三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備，用于對(duì)噴霧熱解爐排出的噴霧熱解煙氣進(jìn)行分離凈化處理，所述噴霧熱解爐通過(guò)噴霧熱解工藝制備鋰離子二次電池正極材料用三元前驅(qū)體粉末，并產(chǎn)生含有三元前驅(qū)體粉末以及酸性氣體的噴霧熱解煙氣；包括：第一煙氣氣固分離裝置，所述第一煙氣氣固分離裝置采用機(jī)械除塵器對(duì)所述噴霧熱解煙氣進(jìn)行機(jī)械除塵處理，分別得到第一氣固分離粉塵和第一氣固分離煙氣；第二煙氣氣固分離裝置，所述第二煙氣氣固分離裝置采用煙氣過(guò)濾除塵器對(duì)所述第一氣固分離煙氣進(jìn)行煙氣過(guò)濾除塵處理，分別得到第二氣固分離粉塵和第二氣固分離煙氣，其中，所述煙氣過(guò)濾除塵器的過(guò)濾溫度為400℃-600℃且采用耐高溫及耐腐蝕過(guò)濾材料，所述煙氣過(guò)濾除塵器的除塵效率設(shè)定為使所述第二氣固分離煙氣中的含塵量≤50mg/nm3；第三煙氣氣固分離裝置，所述第三煙氣氣固分離裝置采用濕式除塵器對(duì)所述第二氣固分離煙氣進(jìn)行濕式除塵處理，分別得到第三氣固分離漿液和第三氣固分離尾氣，其中，所述濕式除塵器具有進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)該濕式除塵器的進(jìn)氣通道的開(kāi)度，所述進(jìn)氣通道用于將所述第二氣固分離煙氣導(dǎo)入該濕式除塵器的濕式除塵區(qū)；第一液固分離裝置，所述第一液固分離裝置采用錯(cuò)流過(guò)濾器對(duì)所述第三氣固分離漿液進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾處理，分別得到第一液固分離清液和第一液固分離濃縮液；第二液固分離裝置，所述第二液固分離裝置采用壓濾機(jī)對(duì)所述第一液固分離濃縮液進(jìn)行壓濾處理，分別得到第二液固分離清液和第二液固分離濾餅；風(fēng)機(jī)裝置，所述風(fēng)機(jī)裝置設(shè)置在所述煙氣過(guò)濾除塵器與所述濕式除塵器之間或第三氣固分離尾氣排放通道上，用于為該三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備提供氣流動(dòng)力，所述風(fēng)機(jī)裝置采用變頻風(fēng)機(jī)；煙氣過(guò)濾除塵狀況監(jiān)測(cè)裝置，所述煙氣過(guò)濾除塵狀況監(jiān)測(cè)裝置用于對(duì)所述煙氣過(guò)濾除塵器的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)所述第二氣固分離煙氣中的含塵量進(jìn)行分析，并生成分析結(jié)果；其中，所述第一液固分離清液通過(guò)第一管路返回所述濕式除塵器進(jìn)行循環(huán)利用，所述第二液固分離清液通過(guò)第二管路返回所述第三氣固分離漿液中，所述第一氣固分離粉塵、所述第二氣固分離粉塵和所述第二液固分離濾餅作為產(chǎn)品回收，所述第三氣固分離尾氣直接或通過(guò)后續(xù)處理后排放；在其運(yùn)行時(shí)，當(dāng)所述分析結(jié)果表示所述第二氣固分離煙氣中的含塵量達(dá)到預(yù)設(shè)較低狀況時(shí)，所述進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述進(jìn)氣通道的開(kāi)度控制為較大開(kāi)度值且所述變頻風(fēng)機(jī)以較低頻率運(yùn)行；當(dāng)所述分析結(jié)果表示所述第二氣固分離煙氣中的含塵量達(dá)到預(yù)設(shè)較高狀況時(shí)，所述進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述進(jìn)氣通道的開(kāi)度控制為較小開(kāi)度值且所述變頻風(fēng)機(jī)以較高頻率運(yùn)行。
3、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：所述濕式除塵器為沖擊式濕式除塵器，該沖擊式濕式除塵器的殼體中通過(guò)隔板組件分隔形成s形通道，該s形通道底部的橫向通道構(gòu)成所述進(jìn)氣通道，工作時(shí)該橫向通道位于設(shè)計(jì)液位之下；其中，構(gòu)成所述橫向通道的上隔板以及下隔板中的至少一者，采用可活動(dòng)安裝方式安裝在所述殼體中并與進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置連接，從而形成所述進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
4、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：所述上隔板以及所述下隔板中的至少一者，通過(guò)與所述橫向通道的導(dǎo)流方向相垂直的水平旋轉(zhuǎn)軸，可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在所述殼體中；所述進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)所述水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
5、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：酸性氣體在hcl與硫氧化物之間切換。
6、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗M(jìn)一步的：所述機(jī)械除塵器具體采用旋風(fēng)除塵器。
7、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗核鲞^(guò)濾材料包含由哈氏合金、鎳銅合金或鈦合金制成的金屬濾膜。
8、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：所述錯(cuò)流過(guò)濾器采用陶瓷濾芯。
9、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：所述錯(cuò)流過(guò)濾器采用碳化硅陶瓷濾芯。
10、第二個(gè)方面，提供了一種三元前驅(qū)體噴霧熱解合成方法，包括：混合溶液制備步驟：將鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按摩爾比配制成混合溶液，其中鎳、鈷、錳的摩爾比為x:y:z，且x+y+z=1，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.3；噴霧熱解步驟：將所述混合溶液通過(guò)霧化器霧化后送入噴霧熱解爐中，在溫度600℃-1000℃條件下進(jìn)行噴霧熱解反應(yīng)，得到三元前驅(qū)體粉末和含有酸性氣體的噴霧熱解煙氣；煙氣分離凈化步驟：采用上述第一個(gè)方面的三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備對(duì)所述噴霧熱解煙氣進(jìn)行分離凈化處理，回收第一氣固分離粉塵、第二氣固分離粉塵和第二液固分離濾餅；產(chǎn)品收集步驟：將噴霧熱解步驟得到的三元前驅(qū)體粉末與煙氣分離凈化步驟回收的第一氣固分離粉塵、第二氣固分離粉塵和第二液固分離濾餅進(jìn)行收集，得到三元前驅(qū)體產(chǎn)品。
11、作為對(duì)上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成方法的優(yōu)化和/或?qū)嵗?，進(jìn)一步的：所述鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為氯化物或硫酸鹽，當(dāng)所述鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為氯化物時(shí)酸性氣體為hcl，當(dāng)所述鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為硫酸鹽時(shí)酸性氣體為硫氧化物。
12、本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
13、（1）本發(fā)明通過(guò)設(shè)置第二煙氣氣固分離裝置，采用煙氣過(guò)濾除塵器在400℃-600℃高溫條件下對(duì)第一氣固分離煙氣進(jìn)行煙氣過(guò)濾除塵處理，能夠在三元前驅(qū)體粉末降溫之前進(jìn)行有效分離回收，避免了現(xiàn)有技術(shù)中三元前驅(qū)體粉末在降溫過(guò)程中出現(xiàn)的團(tuán)聚、結(jié)塊、晶體結(jié)構(gòu)不完整、顆粒形貌不規(guī)整、球形度下降等問(wèn)題，顯著提升了從噴霧熱解煙氣中回收的三元前驅(qū)體粉末質(zhì)量，保持了良好的顆粒特性和電化學(xué)性能。
14、（2）本發(fā)明采用第一煙氣氣固分離裝置（機(jī)械除塵器）、第二煙氣氣固分離裝置（煙氣過(guò)濾除塵器）和第三煙氣氣固分離裝置（濕式除塵器）的三級(jí)氣固分離處理，以及第一液固分離裝置（錯(cuò)流過(guò)濾器）和第二液固分離裝置（壓濾機(jī)）的兩級(jí)液固分離處理，形成了完整的多級(jí)分離體系，最大化地回收了第一氣固分離粉塵、第二氣固分離粉塵和第二液固分離濾餅，顯著提高了三元前驅(qū)體粉末的整體回收效率。
15、（3）本發(fā)明的煙氣分離凈化設(shè)備能夠適應(yīng)酸性氣體在hcl與硫氧化物之間的切換，通過(guò)采用耐高溫及耐腐蝕過(guò)濾材料（例如由哈氏合金、鎳銅合金或鈦合金制成的金屬濾膜），確保設(shè)備在不同酸性氣體環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的處理效果和產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了實(shí)際生產(chǎn)中氯化物體系原料和硫酸鹽體系原料切換需求。
16、（4）相比現(xiàn)有技術(shù)完全依賴水洗回收的復(fù)雜工藝流程，本發(fā)明通過(guò)高溫階段的直接氣固分離，可大幅簡(jiǎn)化后續(xù)復(fù)雜的化學(xué)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥等多個(gè)工藝步驟，大幅簡(jiǎn)化了工藝流程，降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時(shí)通過(guò)第一液固分離清液和第二液固分離清液的循環(huán)利用，進(jìn)一步提高了資源利用效率。
17、（5）本發(fā)明通過(guò)煙氣過(guò)濾除塵狀況監(jiān)測(cè)裝置對(duì)煙氣過(guò)濾除塵器的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠?qū)Φ诙夤谭蛛x煙氣中的含塵量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并結(jié)合進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和變頻風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了第二煙氣氣固分離裝置與第三煙氣氣固分離裝置的協(xié)同工作。由于煙氣過(guò)濾除塵器雖然除塵效率高但運(yùn)行穩(wěn)定性存在波動(dòng)（主要是因?yàn)闊煔膺^(guò)濾除塵器工作溫度高，且酸性氣體腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)致過(guò)濾材料容易損壞），本發(fā)明通過(guò)濕式除塵器與其協(xié)同工作來(lái)保障整體除塵效果的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)诙夤谭蛛x煙氣中的含塵量較低時(shí)，表明煙氣過(guò)濾除塵器運(yùn)行良好，此時(shí)進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣通道的開(kāi)度控制為較大開(kāi)度值且變頻風(fēng)機(jī)以較低頻率運(yùn)行，濕式除塵器以低負(fù)荷模式運(yùn)行，降低能耗；當(dāng)含塵量較高時(shí)，表明煙氣過(guò)濾除塵器除塵效果出現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)進(jìn)氣通道開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣通道的開(kāi)度控制為較小開(kāi)度值且變頻風(fēng)機(jī)以較高頻率運(yùn)行，濕式除塵器以高效除塵模式運(yùn)行，通過(guò)強(qiáng)化濕式除塵處理來(lái)補(bǔ)償煙氣過(guò)濾除塵器效果的不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)了高效除塵與節(jié)能運(yùn)行的平衡，確保了整個(gè)三元前驅(qū)體噴霧熱解合成煙氣分離凈化設(shè)備除塵效果的穩(wěn)定性。
18、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提供的附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)實(shí)踐了解到。