淺談鋰電池行業(yè)VOCs 廢氣治理方法的選擇

VOCs在線訊:鋰電池是由鋰金屬或者鋰合金為正/負(fù)電極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。由于其體積小、重量輕、能量密度高、使用壽命長等特點被廣泛的應(yīng)用于手機(jī)、電腦等便攜式通訊設(shè)備，此外隨著鋰電技術(shù)的發(fā)展也開始廣泛應(yīng)用于汽車、電動車、衛(wèi)星、航天飛機(jī)中。隨著鋰電池的需求量越來越大，中國的鋰電池制造企業(yè)也是越建越多，截至目前中國已經(jīng)是世界上最大的鋰電池生產(chǎn)基地和出口國，中國生產(chǎn)制造的鋰電池份額已經(jīng)占到全球的70 %以上。鋰電池在生產(chǎn)制造過程中不可避免的會產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣等，之前對鋰電池行業(yè)可能產(chǎn)生廢氣的環(huán)節(jié)認(rèn)識不夠清楚和相關(guān)政策法規(guī)等要求不甚嚴(yán)格導(dǎo)致鋰電池行業(yè)的廢氣處理特別是VOCs治理存在一系列問題，由于我國鋰電池行業(yè)現(xiàn)有和在建的工廠眾多其VOCs廢氣治理問題不容忽視。下面筆者結(jié)合自身的經(jīng)驗介紹一下相關(guān)的鋰電行業(yè)VOCs廢氣治理的方法和案例。

1 鋰電池廢氣的特點和相關(guān)治理要求

鋰電池的生產(chǎn)過程主要包括：一、極板工程——攪拌制漿涂布烘烤、輥壓分切、激光模切分條；二、組裝工程——卷繞、JR預(yù)熱短路測試、配對、焊接、真空干燥；三、化成工程——注液、高溫靜置、化成、焊接、電芯充放電、老化測試、覆膜。其中極板工程中攪拌制漿和涂布過程中會產(chǎn)生大量的NMP廢氣，該部分廢氣的濃度相對高、風(fēng)量大、溶劑組分單一回收再利用價值較高，通常是采用轉(zhuǎn)輪回收+深度處理或者吸收塔回收+精餾+深度處理的處理工藝，這一部分的廢氣治理技術(shù)比較成熟。其中的難點在于組裝過程和化成過程中注液和真空干燥產(chǎn)生的VOCs廢氣，該部分的廢氣風(fēng)量相對小、濃度波動大而且含有焦油，這一部分廢氣之前不是未被識別就是采用活性炭或者堿洗等簡易的處理工藝，不僅維護(hù)操作繁瑣而且容易排放超標(biāo)。

烘干和注液廢氣的來源主要就是電解液，電解液是由電解質(zhì)鹽和稀釋劑組成，為無色液體，其中主要組分為六氟磷酸鋰(10 %~30 %)、碳酸乙烯酯(0 %~30 %)、碳酸二甲酯(0 %~30 %)、乙基碳酸甲酯(0 %~30 %)，其中六氟磷酸鋰容易發(fā)生水解產(chǎn)生氫氟酸，此外由于前端生產(chǎn)工藝中使用了NMP后端廢氣中也含有少量的NMP。烘干和注液廢氣的主要成分見下表：

根據(jù)寧德某鋰電池工廠的實測數(shù)據(jù)，烘干和注液廢氣的排放濃度在100~500 mg/m3，且隨著不同生產(chǎn)過程波動早晚濃度低中午偏高。

目前鋰電池行業(yè)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484-2013)中的相關(guān)規(guī)定， 其中NMHC排放濃度≤50mg/m3，顆粒物排放濃度≤30 mg/m3。

2 鋰電烘干、注液廢氣治理工藝的選擇

由于廢氣的濃度是波動的最高值有500 mg/m3以上，單一的水洗或者活性炭處理工藝很難滿足排放要求，因此采用組合型式的處理工藝是優(yōu)先選擇。針對該部分廢氣的特點，推薦采用如下幾種工藝：預(yù)處理+活性炭吸脫附+催化燃燒、預(yù)處理+活性炭吸脫附+冷凝回收、預(yù)處理+轉(zhuǎn)輪吸脫附+催化燃燒等(這里的預(yù)處理主要為堿洗、水洗、除油等)，之所以不采用活性炭+RTO或者轉(zhuǎn)輪+RTO主要是投資成本相對更大、占地大、RTO安全風(fēng)險相對較高等。下表是幾種處理工藝的對比(都以10000 m3/h的處理設(shè)備作為對比)：

從上表可知，采用轉(zhuǎn)輪+催化燃燒的處理方式投資和運行費用相對來說都比較高、此外由于廢氣中含有酸性及高沸點氣體可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪的使用壽命降低，但是具有去除效率高、排口穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、占地小、操作維護(hù)簡單等優(yōu)點，對活性炭+催化燃燒工藝來說投資費用及運行費用相對較低，但是也存在蜂窩活性炭需要定期更換、排口濃度不穩(wěn)定、設(shè)備配電功率大等缺點；對活性炭+冷凝回收工藝來說投入相對較高但運行費用低、設(shè)備配電功率小，但是也存在著排口排放濃度不穩(wěn)定、活性炭需要定期更換、冷凝下來的有機(jī)物只能作為廢液等缺點而且需要額外供應(yīng)蒸汽和冷卻水。

從上圖可以明顯的看出在廢氣初始的處理過程中，活性炭的處理效果是相當(dāng)不錯的，但是隨著時間的推移大約6 h以后活性炭逐漸吸附飽和后排口的濃度逐漸的升高、很快就超過排放要求，這時就需要及時的切換活性炭箱將吸附飽和的炭箱進(jìn)行脫附，用脫附干凈的炭箱來進(jìn)行吸附；反觀轉(zhuǎn)輪+CO的處理工藝轉(zhuǎn)輪出口廢氣濃度一直比較的平穩(wěn)，都在一個合理的范圍內(nèi)波動，排口廢氣排放一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3 相關(guān)案例介紹

下面介紹一個相關(guān)的案例，江蘇某鋰電廢氣的處理項目，該項目的廢氣風(fēng)量在6000 m3/h，濃度在350 mg/m3，采用活性炭+CO的處理工藝，主要配置如表3：

廢氣處理系統(tǒng)的運行過程如下：首先廢氣通過靜電除油去除廢氣中的焦油等物質(zhì)，然后經(jīng)過堿洗來去除廢氣中的氟化氫以及其它的酸性組分，經(jīng)過堿洗除霧之后(雖然設(shè)置了兩級除霧系統(tǒng)但是廢氣的濕度還是比較大專門增加了一套除濕的設(shè)備)，經(jīng)過進(jìn)一步除濕后進(jìn)入活性炭箱進(jìn)行吸附后排放，吸附飽和的炭箱通過閥門切換進(jìn)入到脫附系統(tǒng)，通過熱風(fēng)不斷的將活性炭中有機(jī)廢氣脫附出來并送入催化燃燒系統(tǒng)中進(jìn)行焚燒處理，脫附完成后進(jìn)行冷卻吹掃，吹掃完成后進(jìn)入到備用狀態(tài)，通過吸附、脫附閥門的開關(guān)可使得活性炭箱在吸附、脫附等狀態(tài)不斷切換，此外可根據(jù)排口濃度檢測的檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動切換活性炭箱的吸脫附。該項目出口NMHC的排放濃度穩(wěn)定在在50 mg/m3以下。

4 結(jié)論

上面三種處理工藝各有其優(yōu)缺點需要業(yè)主和設(shè)計人員根據(jù)不同的項目類型和工況進(jìn)行合理的選擇，不能只考慮投資、更要考慮運行成本、維護(hù)操作難易程度以及是否能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等維度。

原標(biāo)題:淺談鋰電池行業(yè)VOCs 廢氣治理方法的選擇