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)入白熱化競爭狀態(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)品競爭力，多個三元前驅(qū)體生產(chǎn)廠家開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，如復(fù)合材料原子級均勻混合，有效的孔隙率控制以應(yīng)對充放電過程中活性物質(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。在噴霧熱解過程中，噴霧熱解爐會產(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，酸性氣體為hcl；當(dāng)鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為硫酸鹽時，酸性氣體為硫氧化物。

2、在實際生產(chǎn)中，廠家往往會根據(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。例如，公開號為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)主要存在以下問題：旋風(fēng)分離器對于細(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)體粉末不得不通過水洗回收，這些三元前驅(qū)體粉末在降溫過程中容易發(fā)生團(tuán)聚和結(jié)塊現(xiàn)象，同時溫度驟降還會導(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)需要通過復(fù)雜的化學(xué)沉淀、過濾、洗滌、干燥等多個工藝步驟才能重新獲得固體產(chǎn)品，不僅流程冗長、能耗高，而且回收的三元前驅(qū)體粉末的品質(zhì)往往無法達(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)問題。

2、第一個方面，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濾除塵器對所述第一氣固分離煙氣進(jìn)行煙氣過濾除塵處理，分別得到第二氣固分離粉塵和第二氣固分離煙氣，其中，所述煙氣過濾除塵器的過濾溫度為400℃-600℃且采用耐高溫及耐腐蝕過濾材料，所述煙氣過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)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)氣通道開度調(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流過濾器對所述第三氣固分離漿液進(jìn)行錯流過濾處理，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)備提供氣流動力，所述風(fēng)機(jī)裝置采用變頻風(fēng)機(jī)；煙氣過濾除塵狀況監(jiān)測裝置，所述煙氣過濾除塵狀況監(jiān)測裝置用于對所述煙氣過濾除塵器的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，從而對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后續(xù)處理后排放；在其運(yùn)行時，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，所述進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述進(jìn)氣通道的開度控制為較大開度值且所述變頻風(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，所述進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述進(jìn)氣通道的開度控制為較小開度值且所述變頻風(fēng)機(jī)以較高頻率運(yùn)行。

3、作為對上述三元前驅(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，工作時該橫向通道位于設(shè)計液位之下；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，采用可活動安裝方式安裝在所述殼體中并與進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置連接，從而形成所述進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

4、作為對上述三元前驅(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)動的安裝在所述殼體中；所述進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置用于驅(qū)動所述水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

5、作為對上述三元前驅(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：酸性氣體在hcl與硫氧化物之間切換。

6、作為對上述三元前驅(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：所述機(jī)械除塵器具體采用旋風(fēng)除塵器。

7、作為對上述三元前驅(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^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：所述錯流過濾器采用陶瓷濾芯。

9、作為對上述三元前驅(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：所述錯流過濾器采用碳化硅陶瓷濾芯。

10、第二個方面，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、作為對上述三元前驅(qū)體噴霧熱解合成方法的優(yōu)化和/或?qū)嵗M(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、錳鹽均為氯化物時酸性氣體為hcl，當(dāng)所述鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽均為硫酸鹽時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)明通過設(shè)置第二煙氣氣固分離裝置，采用煙氣過濾除塵器在400℃-600℃高溫條件下對第一氣固分離煙氣進(jìn)行煙氣過濾除塵處理，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（煙氣過濾除塵器）和第三煙氣氣固分離裝置（濕式除塵器）的三級氣固分離處理，以及第一液固分離裝置（錯流過濾器）和第二液固分離裝置（壓濾機(jī)）的兩級液固分離處理，形成了完整的多級分離體系，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，通過采用耐高溫及耐腐蝕過濾材料（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)明通過高溫階段的直接氣固分離，可大幅簡化后續(xù)復(fù)雜的化學(xué)沉淀、過濾、洗滌、干燥等多個工藝步驟，大幅簡化了工藝流程，降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時通過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)明通過煙氣過濾除塵狀況監(jiān)測裝置對煙氣過濾除塵器的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，能夠?qū)Φ诙夤谭蛛x煙氣中的含塵量進(jìn)行實時分析，并結(jié)合進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和變頻風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制，實現(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。由于煙氣過濾除塵器雖然除塵效率高但運(yùn)行穩(wěn)定性存在波動（主要是因為煙氣過濾除塵器工作溫度高，且酸性氣體腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)致過濾材料容易損壞），本發(fā)明通過濕式除塵器與其協(xié)同工作來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，表明煙氣過濾除塵器運(yùn)行良好，此時進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣通道的開度控制為較大開度值且變頻風(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，表明煙氣過濾除塵器除塵效果出現(xiàn)波動，此時進(jìn)氣通道開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣通道的開度控制為較小開度值且變頻風(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，通過強(qiáng)化濕式除塵處理來補(bǔ)償煙氣過濾除塵器效果的不穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了高效除塵與節(jié)能運(yùn)行的平衡，確保了整個三元前驅(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)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。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，或通過實踐了解到。