Выбрать страницу

Многокомпонентная очистка дымовых газов для производства карбоната литиевых батарей нового поколения.

Пример из практики · Контроль промышленных выбросов

Как ведущий производитель карбоната лития добился одновременного соблюдения сверхнизких норм выбросов SO₂, NOx, твердых частиц, теллура, фторида и кислотного тумана при объеме отходящих газов туннельной печи 100 000 Нм³/ч — благодаря внедрению новаторской пятиступенчатой ​​интегрированной системы очистки, сочетающей очистку в заправочной башне, окислительную денитрификацию COA, десульфуризацию дымовых газов из известняка и гипса, влажное электростатическое осаждение и магнитную очистку шлейфа.

Карбонат, отходящий от литиевой батареи
COA Окислительная денитрификация
Мокрый электростатический осадитель
Извлечение теллура и фторида
Снижение количества белых облаков

84%
Удаление SO₂
Известняково-гипсовые дымоукладочные работы
60%
Удаление оксидов азота
COA Окислительная денитрификация
99.5%
Удаление теллура
Восстановление заправочной башни
100,000
Нм³/ч
Стандартный объем дымовых газов

01 — Информация об отрасли

Карбонат лития как важнейший материал для батарей и ужесточение норм по контролю выбросов.

Карбонат лития является важнейшим сырьевым материалом в производстве катодных материалов для литий-ионных батарей, стеклокерамики и специальных химикатов. Взрывной рост мирового рынка электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии привел к быстрому расширению мощностей по производству карбоната лития: объем производства вырос с 4,1 т/год в 2014 году до 39,5 млн тонн в 2022 году — среднегодовой темп роста составил 281 тыс. тонн на 300 000 тонн — и, по прогнозам, достигнет 110 млн тонн в год с дальнейшим ростом до 51,79 млн тонн при годовом приросте в 31,11 тыс. тонн на 300 000 тонн. Производство карбоната лития имеет центральное значение для цепочки поставок электромобилей, при этом национальная политика во многих юрисдикциях определяет новые источники энергии, новые материалы и электромобили в качестве стратегических приоритетов пятилетнего плана развития.

В данном тематическом исследовании рассматривается компания, специализирующаяся на разработке, производстве и продажах литиевых материалов для новых источников энергии, а также на рубидий-цезиевых технологиях. Это крупное интегрированное предприятие, построенное на основе богатых местных ресурсов лития и рубидий-слюды, разработало передовую технологию извлечения лития из слюды, которая решает традиционные проблемы высокого энергопотребления и низкой степени извлечения, характерные для отрасли. Предприятие поддерживается материнской компанией, обладающей передовыми технологическими ресурсами, и участвует в цепочке создания стоимости литиевых материалов и аккумуляторных систем в качестве вертикально интегрированного поставщика.

В процессе производства карбоната лития аккумуляторного качества используются туннельные печи для высокотемпературного спекания карбонатных прекурсоров. Эти туннельные печи, работающие на природном газе, генерируют 100 000 Нм³/ч дымовых газов при температуре 220 °C, содержащих сложную смесь SO₂, NOx, мелкодисперсных частиц, соединений теллура, соединений фтора и оксидов азота, образующихся как в результате высокотемпературного сгорания, так и в результате испарения следовых примесей из карбонатного сырья. В связи с ужесточением экологических норм, особенно после принятия закона 2024 года, ситуация изменилась. Правила управления разрешениями на сброс загрязняющих веществ В связи с политикой контроля выбросов, соответствующей требованиям ЕС, требование к отходящим газам туннельной печи для обжига карбоната лития для достижения сверхнизких норм выбросов стало неизбежным.

Система магнитной очистки дымовых газов в закрытом режиме ожидания, демонстрирующая белый дымовой шлейф, видимый из дымовой трубы туннельной печи для обжига карбонатов с литий-ионными батареями до активации интегрированной системы очистки дымовых газов.

«Отходящие газы из туннельной печи для обжига карбонатов литиевых батарей представляют собой уникальную проблему контроля за несколькими загрязняющими веществами: одновременное присутствие SO₂, NOx, соединений теллура, фторида и мелкодисперсных частиц в сочетании с белым шлейфом от высоковлажных выхлопных газов после скруббера требует применения пяти различных технологий очистки, работающих в скоординированной последовательности. Ни одна отдельная технология не может справиться со всеми этими категориями загрязняющих веществ».

— Инженерно-технический обзор проекта по очистке дымовых газов в литий-ионной энергетике.


02 — Профиль загрязнения

Отходящие газы туннельной печи: семь категорий одновременных загрязняющих веществ, включая извлечение теллура и фторида.

Туннельная печь для производства карбонатов на основе литий-ионных батарей работает на природном газе с расходом приблизительно 1000 м³/ч. Печь производит 100 000 Нм³/ч (180 000 Нм³/ч при технологических условиях) отходящих газов при температуре 220 °C. Отходящие газы одновременно содержат следующие регулируемые категории загрязняющих веществ:

  • SO₂ при начальной концентрации 100–500 мг/Нм³ (Диапазон отражает изменчивость карбонатного сырья от партии к партии). Целевой выход: ≤80 мг/Нм³ при использовании системы очистки дымовых газов на основе известняка и гипса с эффективностью удаления 84%. Широкий диапазон входного давления означает, что система очистки дымовых газов должна быть рассчитана на максимальный сценарий 500 мг/Нм³.
  • NOx при 30–50 мг/Нм³В отличие от оксидов азота в промышленных котлах или плавильных печах, где их концентрация значительно выше, в туннельных печах концентрация оксидов азота относительно умеренная, но все же должна соответствовать пределу ≤80 мг/Нм³. Денитрификация методом COA (окисление диоксидом хлора или каталитическая окислительная абсорбция) обеспечивает эффективность удаления 60% в этом диапазоне концентраций.
  • Содержание твердых частиц (ТЧ) составляет 30–50 мг/Нм³.Целевой выходной поток: ≤20 мг/Нм³. Мелкодисперсные частицы карбонатов и оксидов, образующиеся в процессе спекания. Мокрый электростатический осадитель обеспечивает удаление пыли с эффективностью 60% наряду с другими эффектами полировки, достигаемыми на этапах очистки. Фактическая эффективность удаления пыли по всей системе: приблизительно 69%.
  • Соединения теллура (Te) при концентрации 0,5–10 мг/Нм³Целевой показатель на выходе: ≤0,05 мг/Нм³. Теллур — стратегически важный редкий элемент, присутствующий в виде следовых примесей в некоторых сырьевых материалах на основе карбоната лития, который испаряется во время высокотемпературного спекания и должен быть как уловлен для извлечения, так и контролироваться до чрезвычайно низкого предела выбросов. В скрубберной стадии наполняющей башни (упаковочной башни) достигается эффективность удаления теллура 99,51 ТТ3Т, что позволяет извлекать теллур для повторного использования.
  • Фторид (HF) в концентрации 0,16–20 мг/Нм³Целевое значение на выходе: ≤6 мг/Нм³. Широкий диапазон входного значения отражает изменчивость содержания фторидов в исходном сырье. В процессе десульфуризации дымовых газов при очистке известняком образуется нерастворимый фторид кальция, который способствует удалению фторидов наряду со стадиями очистки от кислых газов.
  • Кислотный туман (дым) при концентрации 23–30 мг/Нм³Целевой выходной поток: ≤15 мг/Нм³. Мелкодисперсные капли кислотного аэрозоля из стадий очистки должны улавливаться перед окончательным сбросом. Мокрый электростатический осадитель обеспечивает удаление кислотного тумана наряду с полировкой мелкодисперсных частиц. Эффективность удаления кислотного тумана: 70%.
  • Белый видимый шлейфВыхлопные газы после скруббера насыщены водяным паром и остаточным аэрозолем при температуре приблизительно 40°C. Комбинация магнитного электростатического осадителя (MPA) обеспечивает окончательную очистку для достижения невидимого выброса при любых условиях окружающей среды.
Параметр Начальная концентрация Торговая точка (дизайн) Ограничение ЕС на самодельные взрывные устройства / NER
оксиды азота 30–50 мг/Нм³ ≤80 мг/Нм³ В соответствии с директивой 2010/75/EU: 100 мг/Нм³ (горение)
SO₂ 100–500 мг/Нм³ ≤80 мг/Нм³ Постановление Нидерландов о деятельности NER
Твердые частицы (PM) 30–50 мг/Нм³ ≤20 мг/Нм³ Постановление Нидерландов о мерах реагирования NER ≤5 мг/Нм³
Теллур (Te) 0,5–10 мг/Нм³ ≤0,05 мг/Нм³ СВУ БАТ тяжелые металлы
Фторид (HF) 0,16–20 мг/Нм³ ≤6 мг/Нм³ IED 2010/75/EU HF BAT
Кислотный туман (туман) 23–30 мг/Нм³ ≤15 мг/Нм³ СВУ Бэтмен
Видимое белое облако Подарок Нет (невидимый) Белое облако перьев не видно
Номинальный (стандартный) объем дымовых газов 100 000 Нм³/ч
Объем технологических дымовых газов 180 000 Нм³/ч (при данных условиях)
Температура дымовых газов (на выходе из печи) 220°C

03 — Раствор для лечения

Пятиступенчатая интегрированная система очистки с рекуперацией теллура и удалением белых выбросов

Интегрированная система очистки была разработана для обработки всех семи категорий загрязняющих веществ в скоординированной пятиступенчатой ​​последовательности. Вместо обработки каждого загрязняющего вещества изолированно, система использует преимущества перекрестного улавливания на каждом этапе и координирует химический состав реагентов таким образом, чтобы побочные продукты реакции одного этапа поддерживали эффективность следующего этапа.

Этап 1: Предварительное охлаждение на входе в вентилятор принудительной тяги

На входе в вытяжной вентилятор добавляется охлаждающая вода для снижения температуры дымовых газов с 220 °C до приблизительно 120 °C, что предотвращает превышение номинальной температуры антикоррозионных материалов во всем последующем оборудовании обработки и защищает внутренние детали мокрого скруббера от термических повреждений.

Этап 2: Первый этап – наполнительная башня (упаковочная башня – удаление теллура и фторида)

Газ с температурой приблизительно 120 °C поступает в первую ступень заправочной колонны, где контактирует с рециркулирующей промывочной жидкостью. В этой колонне соединения теллура и фторид в газе реагируют с водой, образуя растворимые соединения, которые абсорбируются промывочной жидкостью. По мере постепенного повышения уровня циркулирующей жидкости в заправочной колонне часть теллурсодержащих и фторидсодержащих сточных вод перекачивается насосами в резервуар для регулирования сгущения/обессоливания. Эти первичные теллурсодержащие сточные воды в сочетании с добавленным фторидом кальция подвергаются реакции: добавление фторида кальция вызывает осаждение фторида кальция, а жидкость далее обрабатывается напорной фильтрацией для достижения разделения твердой и жидкой фаз, удаления водорастворимого фторида и рециркуляции воды. Ключевым моментом на этом этапе является контроль pH в рециркулирующей жидкости заправочной колонны (колонны для удаления теллура), одновременная регулировка работы циркуляционных насосов в зависимости от температуры дымовых газов и содержания соединений теллура, а также регулирование количества добавляемого теллура и промотора. В заправочной башне достигается эффективность удаления теллура на уровне 99,51 ТТ3Т и фторида на уровне 701 ТТ3Т.

Этап 3: Система денитрификации COA

Газ после скруббера возвращается в систему денитрификации COA (окисление диоксидом хлора / каталитическая окислительная абсорбция). На этом этапе дымовые газы все еще содержат окисляемые NOx. Механизм денитрификации COA окисляет NO (плохо растворимый в воде) до NO₂ (хорошо растворимый в воде) с использованием окислителя диоксида хлора, что позволяет впоследствии осуществлять влажную абсорбцию для достижения значительного удаления NOx, недостижимого при использовании только обычной водной или щелочной абсорбции. Система COA достигает эффективности денитрификации 60%, снижая содержание NOx с 30–50 мг/Нм³ на входе до ≤80 мг/Нм³ на выходе. После денитрификации COA газ поступает на стадию FGD для удаления диоксида серы.

Этап 4: Башня для очистки дымовых газов от известняка и гипса (диаметр 4,6 м, производительность 202 000 Нм³/ч)

Газ после обработки COA поступает в известково-гипсовую башню FGD для удаления SO₂. Башня FGD достигает эффективности десульфуризации 841 TP3T, снижая содержание SO₂ со 100–500 мг/Нм³ до ≤80 мг/Нм³. Ключевые параметры: внутренний диаметр башни φ4,6 м; соотношение жидкости к газу 15,5; количество распыляемых слоев 3; расход одного насоса 600 м³/ч; время отстаивания суспензии 5 ч; расход известняка 65 кг/ч (максимальное использование); производство гипса 131 кг/ч (максимальное производство); влажность гипса ≤151 TP3T; первый этап: туманоуловитель с двухслойной сеткой; второй этап: туманоуловитель с однослойной сеткой + 1 трубчатый туманоуловитель. Промежуточный объем хранилища известняка составляет 10 м³, автономность — 7 дней. Гипсовый побочный продукт реакции десульфуризации дымовых газов обезвоживается и может быть повторно использован в качестве строительного материала.

Этап 5: Мокрый электростатический осадитель (WESP) + Магнитное удаление шлейфа

Газ, образующийся после десульфуризации дымовых газов и несущий остаточные мелкодисперсные частицы, капли кислотного тумана и насыщенный водяной пар, поступает в мокрый электростатический осадитель (модель BLSD360-64, башенно-внешняя конфигурация, нижний вход/верхний выход). В ЭСО используется высоковольтное поле (генератор BLEMG-2K, средняя мощность 80 кВт, эффективность очистки ≥95%) для ионизации остаточных мелкодисперсных аэрозольных частиц и кислотного тумана, перемещая их к собирающему электроду. Концентрация смешанных загрязняющих веществ на входе: 100 мг/м³; на выходе: 5 мг/м³. Габариты оборудования: 6200×7200 мм в плане; высота 17900 мм; сопротивление системы 350 Па; расчетное давление ±5000 Па; рабочая температура <40°C. Функция магнитного подавления выбросов генератора BLEMG-2K обеспечивает окончательное удаление белого дыма после глубокой очистки газового потока электростатическим фильтром, гарантируя невидимый выброс из дымовой трубы.

Туннель
Печь
220°C
Предварительное охлаждение
→120°C
Фанат ЦАХАЛ
Заправочная башня ⭐
Удаление Te + F⁻
99.5% / 70%
Сертификат подлинности ⭐
Денитрификация
60% NOx
ФГД ⭐
Известняк
84% SO₂
WESP+MPA ⭐
Вечерний туман/Пламя
≥95%
Чистый
Куча

⭐ В рамках этого проекта используется новое или модернизированное оборудование

Технологическая схема процесса очистки дымовых газов от нескольких загрязняющих веществ для туннельной печи для обжига карбонатов литиевых батарей, показывающая этапы предварительного охлаждения, заправочной башни, удаления теллура, денитрификации COA, известняково-гипсовой смеси, десульфуризации дымовых газов и мокрого электростатического осадителя с этапами снижения выбросов магнитного шлейфа.

Проектные чертежи фасада интегрированной многокомпонентной системы очистки дымовых газов для производства карбоната литиевых батарей для возобновляемой энергетики, туннельной печи, отходящих газов, с изображением заправочной башни, скруббера FGD и мокрого электростатического осадителя.


04 — Основные преимущества

Почему эта пятиступенчатая архитектура является правильным решением для отходящих газов карбонатных печей туннельного типа


  • Извлечение теллура с эффективностью 99,51 Тт³/т — это доходный актив, а не просто обязательство по соблюдению нормативных требований: Теллур — стратегически важный и коммерчески ценный редкий элемент. При эффективности удаления 99,51 TP3T из исходной концентрации 0,5–10 мг/Нм³, на стадии заправочной башни происходит регенерация обогащенного теллуром промывочного раствора, который после осаждения фторида кальция и фильтрации под давлением может быть переработан для повторного использования теллура в производстве аккумуляторных материалов. Обязательство по одновременному улавливанию теллура до концентрации ≤0,05 мг/Нм³ создает возможность извлечения ресурсов, частично компенсирующую эксплуатационные расходы системы очистки.

  • Метод денитрификации COA позволяет удалять оксиды азота, чего не может сделать обычная влажная очистка: Стандартная щелочная мокрая очистка поглощает NO₂, но не может поглощать NO, что составляет 90–951 тыс. тонн NOx в туннельных печах. Система COA окисляет NO до NO₂ с использованием диоксида хлора перед стадией мокрой абсорбции, обеспечивая эффективность удаления NOx в 601 тыс. тонн, недостижимую при использовании только стандартной мокрой очистки. Такой подход исключает необходимость в отдельном каталитическом слое SCR, который потребовал бы высокотемпературной подготовки газа и значительно увеличил бы капитальные затраты и перепад давления при относительно умеренных концентрациях NOx в данном применении.

  • Комплексная реакция-коагуляция-седиментация для теллуровых сточных вод — нулевой сброс опасных веществ в жидкую форму: Очистной раствор из заправочной башни, содержащий теллур и фториды, проходит комплексную комбинированную цепочку реакция-коагуляция-седиментация: добавление фторида кальция для осаждения фторидов, коагуляция, фильтрация под давлением для разделения твердой и жидкой фаз, а фильтрат возвращается в систему. Это исключает непрерывный сброс загрязненных теллуром сточных вод, обеспечивает рециркуляцию воды и гарантирует извлечение теллура в виде твердого продукта, а не его сброс в систему очистки сточных вод.

  • Преимущества известняково-гипсовых установок десульфуризации дымовых газов для применения в производстве карбоната лития: Процесс переработки известняка в гипс был выбран благодаря семи его преимуществам: (1) низкое энергопотребление; (2) возможность утилизации побочного продукта — гипса — без вторичного загрязнения; (3) малая площадь, рациональная конструкция потока; (4) оптимизация с помощью компьютерного моделирования для низкого сопротивления и энергоэффективности; (5) низкая скорость газа для равномерного поглощения; (6) известняковое сырье является доступным, широко распространенным и недорогим; (7) в конструкции башни используется противоточное распыление и туманоуловитель для уменьшения отложений на стенках башни. Химический состав известняка и гипса также совместим с содержанием фторида в карбонатном сырье, улавливая фторид в виде нерастворимого фторида кальция в контуре шлама установки десульфуризации дымовых газов, а не выбрасывая его в гипсовые сточные воды.

  • Влажный электростатический осадитель обеспечивает глубокую полировку и одновременное удаление кислотного тумана: Установка BLSD360-64 WESP (модель BLEMG-2K) объединяет электростатический захват частиц и магнитную очистку дымового шлейфа в одном устройстве. Высоковольтное поле ионизирует остаточные мелкодисперсные частицы (включая мелкие кристаллиты сульфата кальция из стадии десульфуризации дымовых газов, проходящие через туманоуловитель) и захватывает их на собирающем электроде, одновременно улавливая остаточные капли кислотного тумана и водяной аэрозоль, которые образуют видимый белый дымовой шлейф. Комбинированная эффективность очистки ≥95% обеспечивает концентрацию смешанных загрязняющих веществ на выходе 5 мг/м³ и устраняет видимый белый дымовой шлейф за один этап.

  • Автоматический перезапуск одним нажатием кнопки и управление с обратной связью в реальном времени снижают нагрузку на оператора и риск ошибок при реагировании. Каждая башня и пруд в системе оснащены уровнемерами жидкости, которые обеспечивают обратную связь в режиме реального времени с системой управления, автоматически блокируя входные клапаны и насосы для воды. Информация о приготовлении раствора мочевины и термическом разложении мочевины, передаваемая в систему управления, обеспечивает функцию автоматического перезапуска одним нажатием кнопки, снижая риск ошибок оператора во время перезапусков системы, которые являются наиболее рискованными периодами превышения допустимых норм в системах с высокой переменной нагрузкой.

05 — Результаты оперативной деятельности

Подтвержденные данные о соответствии: все семь параметров ниже предельных значений, установленных ЕС IED / Нидерландами NER.

≤80 мг
Выход SO₂ (предел 80)
удаление 84%
≤80 мг
Выход оксидов азота (предел 80)
60% COA удаление
≤20 мг
Вечерняя розетка (ограничение 20)
69% пылеудаление
≤0,05 мг
Выходное отверстие (предел 0,05)
99.5% извлечение теллура
≤6 мг
Высокочастотный выход (предел 6)
70% удаление фторида
1047 кВт
фактическая мощность
(макс.: 1186 кВт)

Максимальная установленная мощность оборудования для всей системы составляет 1186,67 кВт; фактическая рабочая мощность — 1047,52 кВт. При круглосуточной непрерывной работе и расходе электроэнергии 0,36 юаней/кВт·ч суточная стоимость электроэнергии составляет 9050,57 юаней; при 8000 часах работы в год годовая стоимость электроэнергии составляет приблизительно 301 683,76 юаней в эквиваленте десяти тысяч юаней. Годовая стоимость воды: приблизительно 8 юаней в эквиваленте десяти тысяч юаней (4,66 т/ч при 2 юанях/т). Годовая стоимость известняка: приблизительно 15,36 юаней в эквиваленте десяти тысяч юаней (64 кг/ч при 300 юанях/т).

Примеры применения многокомпонентной системы очистки дымовых газов на предприятии по производству карбоната литиевых батарей для новых источников энергии, демонстрирующие завершенную установку с заправочной башней, системой денитрификации COA, скруббером FGD и мокрым электростатическим осадителем, обеспечивающими чистый и невидимый выброс из дымовой трубы.


06 — Меры предосторожности при внедрении

Важные инженерные и операционные уроки по обработке отходящих газов в печи для обжига карбоната лития.

  • ⚠️
    Основная причина нестабильности сброса системы – колебания температуры дымовых газов и содержания SO₂. Необходимо обеспечить тесную оперативную связь между бригадой, обслуживающей печь, и диспетчерской: Основной операционный риск, согласно документации, связан с колебаниями температуры дымовых газов и концентрации SO₂. Концентрация SO₂ на входе может варьироваться от 100 до 500 мг/Нм³ в зависимости от партии карбонатного сырья. Необходимо разработать и внедрить официальный протокол предварительного уведомления о планируемых изменениях в производстве, влияющих на состав или объем газа. Предварительное уведомление как минимум за 15 минут до изменения любых параметров работы печи позволяет системе управления системой очистки дымовых газов (FGD) заранее подготовить дозирование реагентов до того, как изменение концентрации достигнет абсорбера.
  • ⚠️
    Контроль pH в заправочной башне (башне для удаления теллура) является наиболее чувствительным к условиям эксплуатации параметром: Ключ к эффективной очистке от теллура — это контроль pH в циркулирующей жидкости заправочной башни, а также одновременная регулировка работы циркуляционного насоса в зависимости от температуры дымовых газов и содержания соединений теллура. Если pH выходит за пределы оптимального диапазона абсорбции, эффективность очистки от теллура быстро снижается, что приводит к превышению допустимых норм и потере эффективности извлечения. Необходимо внедрить непрерывный мониторинг pH с установкой пороговых значений срабатывания сигнализации на нижнем и верхнем пределах целевого диапазона pH, а также автоматическую блокировку добавления свежей воды при повышении pH выше целевого значения.
  • ⚠️
    Система мониторинга температуры на входе в заправочную башню (первичный скруббер) и башню очистки дымовых газов должна передавать данные в систему управления для защиты оборудования, расположенного ниже по потоку: Система контроля температуры на входах в первую и вторую ступени колонны должна быть подключена к системе управления с возможностью автоматической обратной связи. Измеренная температура газа корректирует рабочие параметры оборудования и заданные значения процесса в режиме реального времени, защищая антикоррозионные материалы от превышения их номинальной температуры и обеспечивая работу процесса десульфуризации дымовых газов в оптимальном температурном диапазоне для растворения известняка и окисления сульфита кальция.
  • ⚠️
    Утечки в трубопроводах в процессе производства представляют собой вторичный эксплуатационный риск — коррозионная газовая среда ускоряет износ соединений и уплотнений: Среда, состоящая из кислых газов и соединений теллура, создает агрессивную коррозионную среду для всех контактирующих с жидкостью трубопроводов. Необходимо проводить еженедельные визуальные осмотры всех соединений труб и клапанов, уделяя особое внимание фланцевым соединениям, сильфонам компенсаторов и механическим уплотнениям насосов. Следует поддерживать запас запасных частей для всех критически важных участков трубопроводов. Аварийная замена участка трубы должна быть выполнима в течение 4 часов, чтобы предотвратить затягивание простоя производства за пределы запланированного окна технического обслуживания.
  • ⚠️
    Сточные воды из заправочной башни, содержащие теллур, должны обрабатываться как опасные отходы до тех пор, пока концентрация теллура в сточных водах не будет подтверждена как ниже порогового значения: Теллур классифицируется как опасное вещество в соответствии с регламентом ЕС REACH при концентрациях, превышающих экологические пороговые значения. Сточные воды от реакции в заправочной башне содержат растворенные соединения теллура и твердые частицы фторида кальция, которые должны быть охарактеризованы лабораторным анализом до подтверждения возможности сброса или повторного использования. Твердый продукт после фильтрации под давлением (осадок теллурида/фторида кальция) также должен быть классифицирован перед утилизацией или повторным использованием.
  • ⚠️
    Высоковольтная (80 кВ) система WESP требует строгих протоколов электробезопасности и контроля доступа персонала: Мокрый электростатический осадитель работает при высоком напряжении приблизительно 80 кВ. Доступ всего персонала в зону мокрого электростатического осадителя должен регулироваться официальной процедурой блокировки/маркировки (LOTO) с физической блокировкой высоковольтного источника питания ключом перед любым входом. Ежегодная проверка электробезопасности сертифицированной организацией по электротехническим испытаниям требуется в соответствии с голландскими правилами электромонтажа (NEN 3140). Система SCADA генератора BLEMG-2K должна включать проверенную блокировку безопасности персонала, которая предотвращает подачу высокого напряжения при открытой двери доступа.

07 — Основные выводы из инженерной практики

Четыре урока, извлеченные из этого проекта по очистке дымовых газов от карбонатов литиевых батарей.

  • 1
    Требования к соблюдению нормативных требований и возможности по утилизации ресурсов не являются взаимоисключающими — они могут быть разработаны таким образом, чтобы усиливать друг друга. Требование к улавливанию теллура (выходной объем ≤0,05 мг/Нм³) одновременно обеспечивает извлечение 99,51 тыс. тонн теллура из отходящих газов. Извлеченный теллур имеет прямую ценность для повторного использования в производстве аккумуляторных материалов. Проекты, которые рассматривают требования к соблюдению нормативных требований исключительно как обязательства по затратам, упускают экономическую возможность извлечения коммерчески ценных соединений, которые в любом случае должны улавливаться в соответствии с нормативными требованиями. Теллур, фторид, гипс и тепловая утилизация — все это примеры из данного проекта, где требования к соблюдению нормативных требований и возможность извлечения ресурсов совпадают.
  • 2
    Окислительная денитрификация COA является подходящей технологией для умеренных концентраций NOx (30–50 мг/Нм³) в системах мокрой очистки, где SCR была бы излишне сложной. Когда концентрация NOx на входе ниже 100 мг/Нм³ и система очистки уже включает стадии мокрой очистки, денитрификация COA (удаление 60%, не требуется каталитический слой, работает при рабочих температурах скруббера) является более экономически и эксплуатационно целесообразной, чем SCR (которая требует регулирования температуры 350–400°C, закупки и замены катализатора, а также системы впрыска аммиака или мочевины). Решение о выборе технологии должно приниматься исходя из конкретного уровня концентрации NOx и контекста системы очистки, а не из знакомства составителя спецификации с какой-либо конкретной технологией.
  • 3
    Широкий диапазон концентраций загрязняющих веществ на входе требует расчета параметров системы с учетом наихудшего сценария, а не средних значений. Диапазон входной концентрации SO₂ от 100 до 500 мг/Нм³ представляет собой пятикратное отклонение между минимальным и максимальным значениями. Система, рассчитанная на средние значения (например, 300 мг/Нм³) с эффективностью удаления 84%, достигнет 48 мг/Нм³ на выходе в средних условиях, но 80 мг/Нм³ на выходе — точно на пределе — во время пиковых значений 500 мг/Нм³, при этом любое эксплуатационное отклонение приведет к превышению допустимого уровня. Правильной основой проектирования всегда является максимальная входная концентрация; запас допустимого уровня в периоды средних концентраций представляет собой заложенный буфер против эксплуатационных колебаний.
  • 4
    Использование существующей технологической инфраструктуры вместо проектирования системы очистки с нуля позволяет снизить капитальные затраты и избежать перебоев в процессе установки. Данный проект был построен на основе существующей технологической базы и технологической инфраструктуры предприятия, оптимизируя точки интеграции между новыми этапами очистки и существующим оборудованием, а не заменяя функциональную инфраструктуру. Ключевым инженерным аспектом является правильная оценка того, какой вклад может внести существующая инфраструктура (расходы, температуры, давления, химический состав) и проектирование только тех дополнительных возможностей очистки, которые существующая система не может обеспечить. Такой подход обычно снижает капитальные затраты проекта на 20–351 тонну по сравнению с проектированием совершенно новой системы очистки.

08 — Часто задаваемые вопросы

Обработка отходящих газов в туннельной печи для обжига карбонатов литиевых батарей: ответы на десять вопросов.

Вопросы от специалистов по получению экологических разрешений, инженеров по производству аккумуляторных материалов и групп по устойчивому развитию предприятий по производству карбоната лития и активных катодных материалов, планирующих модернизацию систем очистки дымовых газов в соответствии с требованиями Директивы ЕС о экологическом регулировании / Постановления Нидерландов о деятельности.

В1. Почему в данном случае для удаления оксидов азота используется денитрификация COA вместо SCR?
Для эффективной каталитической реакции методом SCR требуется температура газа 350–400 °C. Отходящие газы туннельной печи для производства карбоната лития предварительно охлаждаются примерно до 120 °C перед этапами обработки. Повторный нагрев газа до рабочей температуры SCR приведет к значительным энергетическим затратам и увеличению капитальных вложений в теплообменник. Денитрификация COA работает при температуре окружающей среды (30–70 °C), не требует каталитического слоя и обеспечивает удаление 60% NOx при входной концентрации 30–50 мг/Нм³, что достаточно для соблюдения предельного значения на выходе ≤80 мг/Нм³. При более высоких концентрациях NOx (выше 200 мг/Нм³) метод SCR обеспечит лучшую эффективность удаления и может быть предпочтительнее, несмотря на затраты на регулирование температуры; при 30–50 мг/Нм³ метод COA является более экономически эффективным и оперативным вариантом.
Вопрос 2. Что происходит с теллуром, извлеченным из промывочного раствора заправочной башни?
Содержащий теллур промывочный раствор из заправочной башни переносится в резервуар для сгущения/обессоливания, где добавляется фторид кальция. Добавление фторида кальция вызывает осаждение фторида кальция (захват фторида из раствора), а также способствует коагуляции соединений теллура. Полученная суспензия подвергается фильтрации под давлением для разделения твердой и жидкой фаз, образуя твердый осадок, содержащий концентрированные соединения теллура и твердые частицы фторида кальция. Этот осадок является товарным сырьем для операций по извлечению и переработке теллура. Осветленный фильтрат возвращается в заправочную башню в качестве дополнительного промывочного раствора, обеспечивая внутреннюю рециркуляцию воды. Перед подтверждением любого способа сброса или повторного использования необходимо измерить концентрацию теллура в фильтрате и подтвердить, что она ниже применимого экологического порога в соответствии с регламентом ЕС REACH.
В3. Каковы рамки соответствия требованиям ЕС IED и голландских правил в отношении отходящих газов печей для обжига карбоната лития?
Предприятия по производству карбоната лития в Нидерландах подпадают под действие Директивы ЕС о промышленных выбросах (IED 2010/75/EU) как предприятия неорганической химической отрасли. Применимые выводы о наилучших доступных технологиях устанавливают предельные значения выбросов для SO₂, NOx, пыли, HF и тяжелых металлов, включая теллур. Экологические разрешения в Нидерландах выдаются в соответствии с Указом о деятельности (Activiteitenbesluit milieubeheer) и Законом об охране окружающей среды (Omgevingswet), при этом предельные значения для каждого объекта устанавливаются провинциальной службой охраны окружающей среды (Omgevingsdienst). Теллур и фторид подлежат особым условиям разрешений как опасные вещества в соответствии с Регламентом ЕС REACH (EC) 1907/2006. Требования к системам непрерывного мониторинга выбросов (CEMS) в рамках разрешений на производство неорганической химической продукции в Нидерландах включают непрерывный мониторинг SO₂, NOx, PM, HF и O₂, с периодическим отбором проб на тяжелые металлы и другие параметры, специфичные для отрасли. Все системы непрерывного мониторинга состояния оборудования (CEMS) должны быть сертифицированы в соответствии со стандартами EN 14181 QAL1/QAL2/AST и подключены к системе отчетности компетентного органа.
Вопрос 4. Как система очистки дымовых газов на основе известняка и гипса справляется с диапазоном концентрации SO₂ на входе от 100 до 500 мг/Нм³?
Система очистки дымовых газов (FGD) рассчитана на максимальную входную концентрацию SO₂ (500 мг/Нм³) с целевой эффективностью удаления 84%, обеспечивая выходную концентрацию ≤80 мг/Нм³ в наихудшем случае. При более низкой фактической входной концентрации SO₂ (100 мг/Нм³) система обеспечивает выходную концентрацию ≤16 мг/Нм³ — больший запас соответствия требованиям. Онлайн-анализаторы SO₂ на входе и выходе системы FGD непрерывно контролируют концентрацию, позволяя динамически регулировать скорость дозирования известняковой суспензии в зависимости от изменения входной концентрации. Емкость хранилища известняка обеспечивает 7-дневную автономность, гарантируя, что временные перебои в подаче не повлияют на соответствие требованиям. При максимальной нагрузке SO₂ потребление известняка составляет 65 кг/ч, а производство гипса — 131 кг/ч; эти показатели масштабируются пропорционально фактической входной концентрации SO₂.
Вопрос 5. Какие ежегодные эксплуатационные расходы следует заложить в бюджет для этой интегрированной системы очистки?
Основные категории годовых эксплуатационных расходов: (1) Электроэнергия: фактическая потребляемая мощность 1047,52 кВт при 8000 часах работы в год и эквиваленте 0,36 юаней/кВт·ч, что составляет приблизительно 301,7 1000 юаней; (2) Вода: потребление 4,66 т/ч, что составляет приблизительно 8 1000 юаней; (3) Известняк: 64 кг/ч при 300 юанях/т, что составляет приблизительно 15,36 1000 юаней; (4) Реагент COA (диоксид хлора или эквивалент): рассчитывается исходя из удельной скорости потребления реагента COA и текущей рыночной цены; (5) Запасные части: набивка башни (каждые 3 года), проверка форсунок туманоуловителя FGD (ежегодно), очистка электродов сбора WESP (каждые 6 месяцев), механические уплотнения насоса (ежегодно). Продажа теллура частично компенсирует эти расходы, а продажа побочного продукта — гипса — обеспечивает дополнительную компенсацию.
В6. Можно ли применить ту же системную архитектуру к другим процессам производства материалов для литий-ионных батарей (катод из LFP, катод из NMC и т. д.)?
Да, с учетом специфических технологических модификаций. Производство катодов из литий-железофосфата (LFP) приводит к образованию отходящих газов со значительным содержанием соединений фосфора (из фосфатного сырья), что требует модификации химического состава первой ступени скруббера для улавливания соединений фосфата до стадии десульфуризации дымовых газов (FGD). Производство катодов из никель-марганцево-кобальтового сплава (NMC) приводит к образованию отходящих газов с высоким содержанием никеля и кобальта, что требует оптимизации химического состава мокрого скруббера для улавливания и извлечения тяжелых металлов. Общая пятиступенчатая архитектура — предварительное охлаждение, скруббирование первой ступени в башне для извлечения определенных металлов, окислительная денитрификация, десульфуризация дымовых газов из известняка и гипса, водорастворимый пылеуловитель с удалением шлейфа — применима и к печам с другими катодными материалами, но химический состав первой ступени скруббера должен быть адаптирован к специфическому профилю микроэлементов каждого типа катодного материала.
В7. Каким образом осуществляется утилизация гипсового побочного продукта стадии десульфуризации дымовых газов в соответствии с экологическими нормами ЕС?
Гипс, образующийся в результате десульфуризации дымовых газов (дигидрат сульфата кальция) при максимальной производительности до 131 кг/ч, обезвоживается до содержания влаги ниже 151 TP3T перед транспортировкой. Классификация гипса, образующегося в результате десульфуризации дымовых газов в промышленных процессах, отличных от производства электроэнергии, как побочного продукта или отходов зависит от того, соответствует ли гипс критериям Регламента ЕС о побочных продуктах и ​​применимым стандартам качества. Если можно продемонстрировать соответствие гипса требованиям чистоты EN 13279-1 (гипсовые связующие) и отсутствие в его концентрациях регулируемых загрязняющих веществ (включая фторид, переносимый из сырья карбоната лития) выше пороговых значений, он может быть классифицирован как побочный продукт и продан сектору строительных материалов. Если содержание фторида или других загрязняющих веществ превышает пороговое значение, гипс должен утилизироваться как промышленные отходы лицензированным подрядчиком.
В8. Какие требования электробезопасности применяются к мокрому электростатическому осадителю согласно голландским нормам?
Электростанция WESP работает при напряжении около 80 кВ, что классифицирует ее как высоковольтную электроустановку в соответствии с голландскими стандартами NEN 3140 (правила работы на электроустановках или вблизи них, низкое напряжение) и NEN 3840 (высокое напряжение). Весь персонал, имеющий доступ в зону WESP, должен иметь соответствующую сертификацию NEN 3140/3840 и должен соблюдать документированную процедуру блокировки/маркировки (LOTO) перед любым входом. Высоковольтный источник питания должен быть оборудован физической блокировкой ключом, предотвращающей включение питания при открытой двери доступа. Требуется ежегодная проверка сертифицированной организацией по электротехническим испытаниям, а любые работы по техническому обслуживанию высоковольтных компонентов должны выполняться сертифицированным высоковольтным электриком или под его непосредственным руководством.
В9. Как система справляется с видимым белым шлейфом насыщенных отходящих газов после десульфуризации дымовых газов?
Выхлопные газы после очистки дымовых газов (FGD) выходят из скруббера FGD при температуре приблизительно 40°C, насыщенные водяным паром и содержащие остаточные мелкодисперсные аэрозольные капли и кислотный туман. Без дополнительной обработки этот газ при большинстве условий окружающей среды образовывал бы стойкий видимый белый шлейф на дымовой трубе. Влажный электростатический осадитель (WESP) со встроенным магнитным генератором BLEMG-2K обеспечивает два механизма удаления белого шлейфа: (1) электростатическое осаждение мелкодисперсных аэрозольных частиц и капель кислотного тумана, которые служат ядрами конденсации для образования видимого белого шлейфа; и (2) функция магнитного подавления шлейфа, которая улавливает насыщенные молекулы водяного пара и остаточный субмикронный аэрозоль за счет градиента магнитного поля. Эта комбинация обеспечивает невидимый выброс из дымовой трубы при всех нормальных условиях эксплуатации, при этом концентрация смешанных загрязняющих веществ на выходе из WESP составляет 5 мг/м³.
В10. Есть ли на других предприятиях по производству материалов для литиевых батарей демонстрационные образцы, которые можно посетить?
Да. Интегрированная технология очистки дымовых газов, внедренная на этом предприятии по производству карбоната литиевых батарей, применялась на аналогичных предприятиях по производству новых энергетических материалов. Для квалифицированных потенциальных клиентов может быть организовано посещение объекта, включая доступ к проверенным данным о соответствии требованиям CEMS, документации по извлечению теллура и данным об опыте эксплуатации. Пожалуйста, используйте ссылку для связи ниже, чтобы запросить справочную документацию или организовать посещение аналогичной установки по очистке отходящих газов в печи для обжига литиевых батарей.

Готовы решить проблему выбросов при обжиге аккумуляторных материалов?

Ознакомьтесь с полным спектром решений по контролю промышленных выбросов.

От многокомпонентной очистки дымовых газов для туннельных печей для обжига карбонатов литиевых батарей до Регенеративные системы термического окисления для снижения содержания летучих органических соединений в фармацевтической и химической промышленности.Наша инженерная команда разрабатывает решения, соответствующие требованиям ЕС по контролю выбросов от возобновляемых источников энергии, для самых требовательных задач в этой области.

Данное исследование основано на реальном внедрении интегрированной технологии очистки дымовых газов от нескольких загрязняющих веществ на предприятии по производству карбоната литиевых батарей для электроэнергетики. Технические параметры взяты из проверенных инженерных документов и данных мониторинга соответствия. Результаты отдельных проектов могут варьироваться в зависимости от состава сырья, условий эксплуатации туннельной печи и применимой регулирующей юрисдикции. Нормативные ссылки отражают Директиву ЕС о промышленных выбросах 2010/75/ЕС и положения Постановления о деятельности в Нидерландах (Activiteitenbesluit milieubeheer), действующие в Нидерландах.