1.本發(fā)明屬于鋰電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)及碳化工藝。

背景技術(shù)：

2.隨著新能源汽車的興起，動(dòng)力電池負(fù)極材料需求量日益增加，而人造石墨在負(fù)極材料中占比近85％。人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)一般包含四大工序，包括破碎、造粒、石墨化和篩分，四大工序又細(xì)分成十幾道工序，流程基本一致。四大工序中，石墨化的生產(chǎn)成本占負(fù)極材料成本超過(guò)50％，如何降低石墨化成本成為各個(gè)企業(yè)最關(guān)注的問(wèn)題。人造石墨負(fù)極材料原料一般使用石油系或者煤系針狀焦，不同原料的針狀焦原料含有10％甚至更多15％的揮發(fā)分。所以，在石墨化之前的工序中需要對(duì)原料進(jìn)行加熱碳化去除揮發(fā)分，以提高負(fù)極材料的碳純度，增加石墨化工序的裝料量。

3.傳統(tǒng)的負(fù)極材料碳化工藝設(shè)備使用的是輥道窯，其具體過(guò)程首先將需要碳化的負(fù)極材料原料裝入小方匣缽，再將小方匣缽放置在進(jìn)窯輥道上，輥道以每小時(shí)幾厘米的行進(jìn)速度帶動(dòng)小方匣缽慢速行進(jìn)，小方匣缽內(nèi)負(fù)極材料在輥道窯爐內(nèi)完成高溫碳化，最后經(jīng)過(guò)冷卻段后輸出，把小方匣缽內(nèi)的負(fù)極材料吸出進(jìn)行裝包。輥道窯加熱方式為燃?xì)饣蛘唠娂訜?，同時(shí)在窯爐內(nèi)需要通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，避免空氣中氧氣進(jìn)人小方匣缽內(nèi)氧化負(fù)極材料。這種傳統(tǒng)的工藝需要使用專用的輥道爐，此窯爐造價(jià)高，小方匣缽易高溫?fù)p壞且裝填負(fù)極材料產(chǎn)量受限。此外，經(jīng)過(guò)反應(yīng)釜包覆后的人造石墨負(fù)極材料揮發(fā)分一般超過(guò)8％，若使用傳統(tǒng)的輥道窯進(jìn)行碳化，不僅存在碳化過(guò)程中揮發(fā)分難以處理的問(wèn)題，還會(huì)存在“跑料”(所謂跑料就是負(fù)極材料粉體隨著碳化煙氣溜走)現(xiàn)象，影響產(chǎn)量并增加生產(chǎn)成本。

4.經(jīng)檢索，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?02011553982.9，申請(qǐng)日為2020年12月24日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種鋰電池負(fù)極材料的預(yù)碳化方法。該申請(qǐng)案通過(guò)將平均粒徑為10.1～28.6um的負(fù)極原料生焦在回轉(zhuǎn)窯中加熱至900～1200℃進(jìn)行預(yù)碳化處理，預(yù)碳化處理的時(shí)間為45～120分鐘。上述申請(qǐng)案中提出了采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行負(fù)極材料預(yù)碳化，但該申請(qǐng)案中的所用的回轉(zhuǎn)窯為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，原料平均粒徑為微米級(jí)，窯內(nèi)粉料極易揚(yáng)塵，如不采取除塵措施將會(huì)降低產(chǎn)品的收率，且粉料與揮發(fā)分氣體接觸后容易堵塞設(shè)備和管路。同時(shí)，負(fù)極材料在高溫預(yù)碳化過(guò)程產(chǎn)生的焦油揮發(fā)分氣體難以得到處理和回收，系統(tǒng)的能量利用效率低，能耗高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.1.要解決的問(wèn)題

6.針對(duì)現(xiàn)有負(fù)極材料碳化工藝存在裝填料操作繁瑣、裝料量少、效率低，且碳化過(guò)程中負(fù)極材料易發(fā)生“跑料”造成損失，碳化系統(tǒng)能量利用效率低，能耗高的不足，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)及碳化工藝。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠有效克服上述問(wèn)題，解決了傳統(tǒng)負(fù)極材料輥道窯碳化過(guò)程中揮發(fā)分難以處理的問(wèn)題，進(jìn)一步提高負(fù)極材料碳化

產(chǎn)能，且資源利用率高，能耗低。

7.2.技術(shù)方案

8.為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

9.其一，本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，包括進(jìn)料緩沖倉(cāng)、碳化裝置、冷卻窯和配套的控制閥門和管道等。作為本發(fā)明的優(yōu)化，所述碳化裝置包括加熱源和外熱式回轉(zhuǎn)窯，加熱源與外熱式回轉(zhuǎn)窯相連，用于為外熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行供熱。具體的，本發(fā)明的外熱式回轉(zhuǎn)窯的進(jìn)料口通過(guò)進(jìn)料設(shè)備與進(jìn)料緩沖倉(cāng)相連，外熱式回轉(zhuǎn)窯的出料口通過(guò)出料設(shè)備與冷卻窯相連，冷卻窯通過(guò)出料旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)行出料。所述外熱式回轉(zhuǎn)窯包括中心筒體和外筒體，中心筒體采用耐高溫不銹鋼材質(zhì)制成，筒體內(nèi)部用于裝填待碳化的負(fù)極材料，外筒體采用耐火材料砌筑而成。中心筒體直徑小于外筒體直徑，中心筒體和外筒體的間隙為高溫?zé)煔馔ǖ?，且中心筒體可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于外筒體內(nèi)。中心筒體進(jìn)料端嵌套一個(gè)圓形大齒圈，大齒圈和外部小齒圈相連接，小齒圈依次連接減速機(jī)、軸承和電機(jī)，通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)帶動(dòng)中心筒體以每分鐘幾轉(zhuǎn)的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝時(shí)，將外熱式回轉(zhuǎn)窯的進(jìn)料口高于出料口，安裝后外熱式回轉(zhuǎn)窯與水平面形成的夾角為1～3

°

，保證中心筒體在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中物料由進(jìn)料端向出料端按照一定速度移動(dòng)。

10.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述加熱源采用熱風(fēng)爐和高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)，外熱式回轉(zhuǎn)窯的煙氣進(jìn)口設(shè)于其出料口端，并通過(guò)管道與熱風(fēng)爐的煙氣出口相連；外熱式回轉(zhuǎn)窯的煙氣出口設(shè)于其進(jìn)料口端，通過(guò)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)與熱風(fēng)爐進(jìn)氣口相連，且外熱式回轉(zhuǎn)窯的揮發(fā)分出口還通過(guò)除塵設(shè)備與熱風(fēng)爐燃料進(jìn)氣口相連。通過(guò)將外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)極材料在高溫加熱碳化過(guò)程中不斷產(chǎn)生并揮發(fā)出的熱解氣進(jìn)行收集，經(jīng)過(guò)除塵后輸送至熱風(fēng)爐中作為燃料燃燒，一方面有效解決了傳統(tǒng)負(fù)極材料輥道窯碳化過(guò)程中揮發(fā)分難以處理的問(wèn)題；另一方面，減少了碳化過(guò)程外部燃料的消耗，提高了系統(tǒng)的能量利用效率。此外，設(shè)置的高溫除塵器能夠有效過(guò)濾和收集揮發(fā)分氣體夾帶的細(xì)粉，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的產(chǎn)品收率。

11.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述除塵設(shè)備主要包括高溫除塵器和熱解氣風(fēng)機(jī)，外熱式回轉(zhuǎn)窯的揮發(fā)分出料口與高溫除塵器入口相連，高溫除塵器出口通過(guò)熱解氣風(fēng)機(jī)與熱風(fēng)爐的進(jìn)料口相連。由于原料細(xì)粉粒徑為微米級(jí)，在外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)極易產(chǎn)生劇烈揚(yáng)塵，在揮發(fā)分氣體送入熱風(fēng)爐管線上設(shè)置了高溫除塵器將氣體夾帶的細(xì)粉過(guò)濾收集后再排入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，提高了產(chǎn)品的收率；同時(shí)，管線上設(shè)置了揮發(fā)分風(fēng)機(jī)可以有效穩(wěn)定外熱式回轉(zhuǎn)窯中心筒體內(nèi)的壓力，便于將揮發(fā)分氣體及時(shí)排出，以免造成氣體超壓泄露。

12.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)料設(shè)備采用螺旋進(jìn)料機(jī)，螺旋進(jìn)料機(jī)進(jìn)料口通過(guò)管道與進(jìn)料緩沖倉(cāng)相連，該管道上設(shè)有進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥；螺旋進(jìn)料機(jī)出料口與外熱式回轉(zhuǎn)窯的進(jìn)料口相連。所述出料設(shè)備采用水冷螺旋出料機(jī)，外熱式回轉(zhuǎn)窯的出料口與水冷螺旋出料機(jī)的進(jìn)料口相連，且水冷螺旋出料機(jī)的出料口與冷卻窯的進(jìn)料口相連。高溫除塵器用于對(duì)外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)碳化后的負(fù)極材料進(jìn)行除塵，然后由水冷螺旋出料機(jī)進(jìn)行出料，出料過(guò)程中使用循環(huán)水進(jìn)行初步冷卻，出料后進(jìn)入冷卻窯中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。

13.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述熱風(fēng)爐的進(jìn)氣口通過(guò)管道與燃料供應(yīng)裝置相連，且熱風(fēng)爐還與外部空氣相連；高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)還通過(guò)管道與余熱鍋爐相連，余熱鍋爐與煙囪相連。熱風(fēng)爐與燃料供應(yīng)裝置相連的管道上還設(shè)有控制閥門，熱風(fēng)爐進(jìn)氣口處及余熱鍋爐進(jìn)氣口均設(shè)有控制閥門。

14.其二，本發(fā)明的一種負(fù)極材料碳化工藝，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，具體包括如下步驟：

15.步驟一、進(jìn)料緩沖倉(cāng)內(nèi)的原料(即待碳化處理的負(fù)極材料)通過(guò)下部旋轉(zhuǎn)進(jìn)料閥控制物料進(jìn)入螺旋進(jìn)料機(jī)，螺旋進(jìn)料機(jī)通過(guò)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)將物料送入外熱式回轉(zhuǎn)窯中心筒內(nèi)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥和螺旋進(jìn)料機(jī)的頻率調(diào)節(jié)物料輸送量。需說(shuō)明的是，進(jìn)料前通過(guò)啟動(dòng)熱解氣風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行維持外熱式回轉(zhuǎn)窯處于-5pa的微負(fù)壓下，原料生焦(即負(fù)極材料)加入外熱式回轉(zhuǎn)窯后往出料端運(yùn)動(dòng)，隨著碳化反應(yīng)溫度逐漸升高，揮發(fā)分氣體越來(lái)越多，逐漸增加揮發(fā)分風(fēng)機(jī)的頻率維持窯內(nèi)微負(fù)壓，最終經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

16.步驟二、外熱式回轉(zhuǎn)窯的中心筒體進(jìn)料端嵌套一個(gè)圓形大齒圈，大齒圈和外部小齒圈相連接，小齒圈依次連接減速機(jī)、軸承和電機(jī)，通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)帶動(dòng)中心筒體以每分鐘幾轉(zhuǎn)的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)速在0.1-2rrp/min可調(diào)節(jié))。步驟一中送入中心筒內(nèi)的負(fù)極材料隨著筒體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并由進(jìn)料高端向出料低端按照一定速度移動(dòng)。通過(guò)控制外熱式回轉(zhuǎn)窯的電機(jī)頻率控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，調(diào)整負(fù)極材料在窯內(nèi)的加熱時(shí)間。負(fù)極材料在碳化過(guò)程中，由于原料生焦細(xì)粉粒徑為微米級(jí)，在外熱式回轉(zhuǎn)窯的中心筒體內(nèi)隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)極易產(chǎn)生劇烈揚(yáng)塵，在揮發(fā)分氣體送入熱風(fēng)爐管線上設(shè)置了高溫除塵器將氣體夾帶的細(xì)粉過(guò)濾收集后再排出，同時(shí)管線上設(shè)置了熱解氣風(fēng)機(jī)穩(wěn)定外熱式回轉(zhuǎn)窯中心筒體內(nèi)的壓力，將揮發(fā)分氣體及時(shí)排出，以免造成氣體超壓泄露。

17.步驟三、經(jīng)過(guò)步驟二加熱碳化的負(fù)極材料由外熱式回轉(zhuǎn)窯后端固定罩出料口通過(guò)重力自然落入水冷螺旋出料機(jī)進(jìn)料口，水冷螺旋出料機(jī)的外殼和主軸通入循環(huán)水對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行初步冷卻降溫。

18.步驟四、經(jīng)過(guò)步驟三初步冷卻的負(fù)極材料通過(guò)水冷螺旋出料機(jī)送入冷卻窯內(nèi)，冷卻窯筒體外壁采用水冷夾套，內(nèi)部沿著內(nèi)壁布置一圈換熱管。水冷壁夾套和換熱管內(nèi)通過(guò)循環(huán)水對(duì)物料進(jìn)行進(jìn)一步冷卻降溫后，最后過(guò)出料旋轉(zhuǎn)閥將物料送出。通過(guò)控制冷卻窯的電機(jī)頻率控制冷卻窯的轉(zhuǎn)速，調(diào)整負(fù)極材料在窯內(nèi)的冷卻時(shí)間。

19.需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的外熱式回轉(zhuǎn)窯在對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行高溫碳化處理時(shí)，其熱能由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)爐初次點(diǎn)火使用燃料如天然氣，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料和助燃空氣量控制熱風(fēng)爐出口煙氣溫度950℃。熱煙氣通過(guò)外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱中心筒體物料，待物料達(dá)到一定的溫度開(kāi)始熱解析出揮發(fā)分。因?yàn)橥鉄崾交剞D(zhuǎn)窯的長(zhǎng)度及煙氣在窯內(nèi)停留時(shí)間的限制，950℃的熱煙氣加熱物料后溫度仍有650℃，通過(guò)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)將此熱煙氣引出后一部分再次利用。

20.經(jīng)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)引出的650℃熱煙氣，一部分通過(guò)余熱鍋爐進(jìn)口前的調(diào)節(jié)閥門送往余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽后降溫至160℃排入煙囪，另一部分通過(guò)熱風(fēng)爐上的兩個(gè)調(diào)節(jié)閥門返回?zé)犸L(fēng)爐循環(huán)利用。天然氣在空氣中極限燃燒溫度超過(guò)1500℃，為了保護(hù)熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒器處耐火材料不受高溫?fù)p壞，燃燒器處調(diào)節(jié)閥門是用650℃循環(huán)熱煙氣將天然氣和揮發(fā)分燃燒后超過(guò)1500℃的煙氣降溫至1300℃以下；熱風(fēng)爐出口端的調(diào)節(jié)閥門是用650℃循環(huán)熱煙氣和前端已降溫至1300℃以下的熱煙氣混合成950℃熱煙氣，即最終調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐去外熱式回轉(zhuǎn)窯煙氣溫度為950℃。

21.3.有益效果

22.相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

23.本發(fā)明的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)及碳化工藝：

24.其一，采用外熱式回轉(zhuǎn)窯對(duì)鋰電池負(fù)極材料進(jìn)行碳化處理，與采用傳統(tǒng)的輥道窯碳化處理負(fù)極材料工藝相比，傳統(tǒng)的碳化系統(tǒng)及工藝，需要使用大量的裝填充器皿，物料裝填進(jìn)入器皿和從器皿內(nèi)取出的過(guò)程復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且器皿在高溫反復(fù)使用過(guò)程易損壞，造成碳化成本高，而本發(fā)明的技術(shù)方案，充分利用了外熱式回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)備處理能力大，便于增加產(chǎn)能；且負(fù)極材料不需要通過(guò)加熱器皿進(jìn)行裝填和取出，直接在外熱式回轉(zhuǎn)窯中心筒體內(nèi)加熱，進(jìn)出料過(guò)程操作方便，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)環(huán)境均得到了極大改善。

25.其二，通過(guò)對(duì)整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(設(shè)備結(jié)構(gòu)及多個(gè)設(shè)備連接關(guān)系)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在利用外熱式回轉(zhuǎn)窯對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行碳化加熱時(shí)，加熱熱源一部分來(lái)自負(fù)極材料在碳化過(guò)程中自身所產(chǎn)生的揮發(fā)分氣體(也即熱解氣)，并根據(jù)需求補(bǔ)充其他能源如天然氣。熱風(fēng)爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱負(fù)極材料后仍然具有650℃的較高溫度，降溫后的650℃的熱煙氣一部分進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽利用，另一部分熱煙氣返回?zé)犸L(fēng)爐循環(huán)利用，熱煙氣產(chǎn)蒸汽及循環(huán)利用充分利用了系統(tǒng)的熱量。此外，650℃的高溫循環(huán)煙氣加入由燃料燃燒產(chǎn)生的更高溫度煙氣內(nèi)可以控制系統(tǒng)煙氣的溫度，而不需要通過(guò)加入過(guò)量空氣來(lái)控制系統(tǒng)煙氣的溫度，不僅提高了系統(tǒng)的熱利用效率，而且降低了煙氣中氧氣含量，減緩?fù)鉄崾交剞D(zhuǎn)窯金屬內(nèi)筒體在高溫下的氧化腐蝕。

26.其三，通過(guò)在外熱式回轉(zhuǎn)窯熱解氣出口處設(shè)置高溫除塵器及熱解氣風(fēng)機(jī)，不僅能夠有效對(duì)從窯內(nèi)出來(lái)的揮發(fā)分夾帶的原料細(xì)粉進(jìn)行過(guò)濾，提高了系統(tǒng)的產(chǎn)品收率，降低生產(chǎn)成本，從而避免發(fā)生“跑料”，減少損失；而且還能夠維持系統(tǒng)的壓力平衡，有利于生產(chǎn)安全、持續(xù)生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

27.圖1為本發(fā)明的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

28.圖中：

29.1、煙囪；2、余熱鍋爐；3、高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)；4、進(jìn)料緩沖倉(cāng)；5、進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥；6、螺旋進(jìn)料機(jī)；7、外熱式回轉(zhuǎn)窯；8、高溫除塵器；9、熱解氣風(fēng)機(jī)；10、冷卻窯；11、出料旋轉(zhuǎn)閥；12、水冷螺旋出料機(jī)；13、熱風(fēng)爐；14、燃料；15、空氣。

具體實(shí)施方式

30.下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。

31.實(shí)施例1

32.如圖1所示，本實(shí)施例的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，包括進(jìn)料緩沖倉(cāng)4、螺旋進(jìn)料機(jī)6、外熱式回轉(zhuǎn)窯7、水冷螺旋出料機(jī)12、冷卻窯10、高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)3、熱風(fēng)爐13、高溫除塵器8、熱解氣風(fēng)機(jī)9、余熱鍋爐2、煙囪及配套調(diào)節(jié)閥門、管道。

33.采用本實(shí)施例的系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)極材料的碳化，原料在外熱式回轉(zhuǎn)窯7內(nèi)加熱時(shí)，熱源主要供應(yīng)流程分為三大部分，(1)在熱風(fēng)爐13內(nèi)燃燒外部加入的如天然氣等燃料進(jìn)行燃燒生成的高溫?zé)煔庥糜谔蓟希?2)加熱后溫度稍降低的循環(huán)煙氣在熱風(fēng)爐13進(jìn)一步提溫后用于碳化原料；(3)負(fù)極材料在碳化過(guò)程自身產(chǎn)生并揮發(fā)出的熱解氣進(jìn)行燃燒生成的高

溫?zé)煔庥糜谔蓟稀８邷責(zé)煔獾臏囟瓤刂?，主要是通過(guò)助燃空氣量以及返回?zé)犸L(fēng)爐13內(nèi)溫度稍低的循環(huán)煙氣量進(jìn)行調(diào)控。

34.具體的，本發(fā)明的碳化工藝主要包括以下步驟：

35.(1)熱風(fēng)爐13初次點(diǎn)火使用天然氣，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料量和助燃空氣量(熱風(fēng)爐13通過(guò)管道連接到空氣15)控制熱風(fēng)爐13出口煙氣量及其溫度。在初步升溫階段，熱風(fēng)爐13內(nèi)產(chǎn)生的熱煙氣首先將外熱式回轉(zhuǎn)窯7外筒體耐火材料及內(nèi)中心筒體金屬材料加熱，待外熱式回轉(zhuǎn)窯7內(nèi)溫度達(dá)到要求溫度后向中心筒體內(nèi)加入負(fù)極材料。

36.更具體的，在上述階段，熱風(fēng)爐13的煙氣出口連接外熱式回轉(zhuǎn)窯7外筒體的煙氣進(jìn)口，高溫?zé)煔庥蔁犸L(fēng)爐13進(jìn)入外熱式回轉(zhuǎn)窯7的外筒體，煙氣在外筒體內(nèi)由進(jìn)口流向出口與內(nèi)筒體負(fù)極材料逆流間接換熱。外筒體煙氣出口連接高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)3的進(jìn)口，高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)3的出口一支路連接余熱鍋爐2的進(jìn)口，另一支路連接熱風(fēng)爐13，煙氣從外熱式回轉(zhuǎn)窯7外筒體出口流向余熱鍋爐2和熱風(fēng)爐13。高溫?zé)煔饧訜崽蓟曦?fù)極材料后繼續(xù)利用其余熱來(lái)生產(chǎn)蒸汽和送入熱風(fēng)爐13中進(jìn)行循環(huán)利用，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的能量利用效率。

37.(2)將負(fù)極材料送入進(jìn)料緩沖倉(cāng)4內(nèi)，進(jìn)料緩沖倉(cāng)4內(nèi)的原料通過(guò)其底部進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥5和管道重力流動(dòng)進(jìn)入螺旋進(jìn)料機(jī)6；螺旋進(jìn)料機(jī)6內(nèi)原料通過(guò)螺旋輸送方式推入外熱式回轉(zhuǎn)窯7內(nèi)筒體(即中心筒體)。由于外熱式回轉(zhuǎn)窯7安裝具有一定的傾斜度，進(jìn)料端高出料端低，送入中心筒內(nèi)的負(fù)極材料隨著筒體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并由進(jìn)料高端向出料低端按照一定速度移動(dòng)。更優(yōu)化的，本發(fā)明還可以通過(guò)調(diào)整進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥5和螺旋進(jìn)料機(jī)6變頻電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)物料輸送量。

38.(3)通過(guò)調(diào)整外熱式回轉(zhuǎn)窯7的電機(jī)頻率控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，調(diào)整負(fù)極材料在窯內(nèi)的加熱時(shí)間。需要說(shuō)明的是，開(kāi)始投料前啟動(dòng)熱解氣風(fēng)機(jī)9以低頻運(yùn)行維持外熱式回轉(zhuǎn)窯7內(nèi)約-5pa微負(fù)壓，原料生焦加入外熱式回轉(zhuǎn)窯7后往出料端運(yùn)動(dòng)，隨著碳化反應(yīng)溫度逐漸升高，揮發(fā)分氣體越來(lái)越多，逐漸增加熱解氣風(fēng)機(jī)9的頻率維持窯內(nèi)微負(fù)壓，最終經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，將熱解氣通入熱風(fēng)爐13內(nèi)燃燒。更優(yōu)化的，原料生焦細(xì)粉粒徑為微米級(jí)，在外熱式回轉(zhuǎn)窯7中心筒體內(nèi)隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)極易產(chǎn)生劇烈揚(yáng)塵，在揮發(fā)分氣體送入熱風(fēng)爐13管線上設(shè)置了高溫除塵器8將氣體夾帶的細(xì)粉過(guò)濾收集，同時(shí)管線上設(shè)置了熱解氣風(fēng)機(jī)9穩(wěn)定外熱式回轉(zhuǎn)窯7中心筒體內(nèi)的壓力，將揮發(fā)分氣體及時(shí)排出，以免造成氣體超壓泄露。

39.此外，在負(fù)極材料碳化過(guò)程中，受限于外熱式回轉(zhuǎn)窯7的長(zhǎng)度及煙氣在窯內(nèi)停留時(shí)間的限制，熱風(fēng)爐13產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜嵩虾鬁囟热匀痪哂?50℃的較高溫度，通過(guò)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)3將650℃的熱煙氣引出外熱式回轉(zhuǎn)窯7后再次利用。引出的熱煙氣一部分通過(guò)余熱鍋爐2進(jìn)口前的調(diào)節(jié)閥門送往余熱鍋爐2產(chǎn)蒸汽后排入煙囪1，另一部分通過(guò)熱風(fēng)爐13上的兩個(gè)控制閥門返回?zé)犸L(fēng)爐13循環(huán)利用。

40.(4)經(jīng)過(guò)加熱碳化的負(fù)極材料由外熱式回轉(zhuǎn)窯7后端固定罩落料口重力自然落入水冷螺旋出料機(jī)12，水冷螺旋出料機(jī)12的外殼和主軸通入循環(huán)水對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行初步冷卻降溫。經(jīng)過(guò)水冷螺旋出料機(jī)12初步冷卻的負(fù)極材料送入冷卻窯10內(nèi)。同外熱式回轉(zhuǎn)窯7工作原理一樣，冷卻窯10安裝也具有一定的傾斜度，進(jìn)料端高出料端低，負(fù)極材料在冷卻窯10隨著傾斜筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)由進(jìn)料高端運(yùn)動(dòng)至出料低端，負(fù)極材料通過(guò)出料旋轉(zhuǎn)閥11最終送出系

統(tǒng)。還需說(shuō)明的是，本發(fā)明中冷卻窯10筒體外壁采用水冷夾套，內(nèi)部沿著內(nèi)壁布置一圈換熱管。水冷壁夾套和換熱管內(nèi)通過(guò)循環(huán)水對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行進(jìn)一步冷卻降溫后將負(fù)極材料送出。通過(guò)控制冷卻窯10的電機(jī)頻率控制冷卻窯10的轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)整負(fù)極材料在窯內(nèi)的冷卻時(shí)間。

41.以下結(jié)合具體實(shí)施數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施效果(以5組具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例)。

42.首先，使用的原料均為石油焦，其基礎(chǔ)性質(zhì)如下表所示：

[0043][0044]

在冷機(jī)狀態(tài)下對(duì)外熱式回轉(zhuǎn)窯7(安裝傾斜度2

°

)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定：電機(jī)頻率、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、原料停留時(shí)間、處理量對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

[0045]

序號(hào)頻率hz轉(zhuǎn)速r/min停留時(shí)間min處理量kg/h1300.62408002350.82109003401.018010004451.215011005501.41201200

[0046]

在高溫加熱工作狀態(tài)下對(duì)外熱式回轉(zhuǎn)窯7(安裝傾斜度2

°

)進(jìn)行單因素碳化效果實(shí)驗(yàn)，考慮金屬材料高溫狀態(tài)下的使用，得出外熱式回轉(zhuǎn)窯7最經(jīng)濟(jì)入窯煙氣溫度為950℃，最短停留時(shí)間需要180min。

[0047]

煙氣溫度對(duì)石油焦碳化效果的影響如下表所示：

[0048]

序號(hào)煙氣溫度℃揮發(fā)分％dmind10d50d90dmaxtap g/cm318751.3484.3658.90716.44329.79952.4810.75829001.0114.3658.67715.85828.17245.7090.77939250.6264.3659.34217.33532.00969.1830.79649500.3224.3658.85916.29929.39452.4810.83259750.3164.3659.52617.63931.82152.4810.835

[0049]

石油焦在外熱式回轉(zhuǎn)窯7內(nèi)停留時(shí)間對(duì)碳化效果影響如下表所示：

[0050]

序號(hào)停留時(shí)間min揮發(fā)分％dmind10d50d90dmaxtap g/cm311200.9684.3658.97516.34528.87545.7090.78921500.5794.3658.88116.59330.53860.2560.79631800.3224.3658.85916.29929.39452.4810.83242100.3324.3658.88916.24628.88545.7090.82952400.3034.3658.67715.85828.17245.7090.841

[0051]

負(fù)極材料人造石墨的生產(chǎn)原料為石油焦，原料石油焦處理量1000kg/h，碳化前的揮發(fā)分含量為8.0％，碳化后揮發(fā)分含量不超過(guò)0.4％，對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)及碳化工藝進(jìn)行分析。

[0052]

本發(fā)明系統(tǒng)在初始起動(dòng)階段，高溫?zé)煔庥商鞜釟庠跓犸L(fēng)爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生，天然氣的發(fā)熱量按照8000kcal/nm3計(jì)，逐漸增加天然氣量，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃空氣過(guò)剩系數(shù)直至將煙氣溫度升至950℃。向進(jìn)料緩沖倉(cāng)內(nèi)輸送負(fù)極原料石油焦，開(kāi)啟進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥和螺旋進(jìn)料機(jī)將給料量控制為1000kg/h。煙氣進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的溫度為950℃，經(jīng)過(guò)和石油焦間接逆流換熱后煙氣溫度降低至650℃，將石油焦在加熱碳化過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)分通入熱風(fēng)爐燃燒，揮發(fā)分量為73kg/h，揮發(fā)分的平均發(fā)熱量與天然氣相當(dāng)(揮發(fā)分的發(fā)熱量為8000kcal/kg，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，用單位體積天然氣代替單位重量揮發(fā)份)。進(jìn)入外熱式回轉(zhuǎn)窯的950℃煙氣循環(huán)量為6793nm3/h，經(jīng)過(guò)加熱碳化負(fù)極材料后溫度將至650℃，將2643nm3/h溫度為650℃的熱煙氣送入余熱鍋爐，產(chǎn)生0.6mpa飽和蒸汽約750kg/h，將剩余的4150nm3/h溫度為650℃的熱煙氣送入熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐內(nèi)天然氣和揮發(fā)分產(chǎn)生的煙氣量為2643nm3/h，煙氣溫度1500℃，與4150nm3/h循環(huán)煙氣混合后出熱風(fēng)爐的高溫?zé)煔饬繛?793nm3/h，溫度950℃。

[0053]

具體的，熱風(fēng)爐煙氣組成如下表所示：

[0054][0055]

外熱式回轉(zhuǎn)窯熱量平衡情況如下表所示：

[0056][0057]

綜上，本發(fā)明的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)及碳化工藝，其不僅解決了常規(guī)輥道窯碳化負(fù)極材料的揮發(fā)分難以處理和需要填充器皿對(duì)物料進(jìn)行填充和取出的問(wèn)題。與其他形式的回轉(zhuǎn)窯比較，利用原料自身?yè)]發(fā)分氣體加熱原料，以及循環(huán)利用熱煙氣和產(chǎn)蒸汽，提高了裝置的能量利用效率；因回轉(zhuǎn)窯連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)以及原料石油焦細(xì)粉極細(xì)，在高溫碳化產(chǎn)生的揮發(fā)分氣體管線上設(shè)置高溫除塵器過(guò)濾收集原料細(xì)粉，提高了產(chǎn)品的收率，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)約大量成本，使用價(jià)值極高。

[0058]

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，包括進(jìn)料緩沖倉(cāng)(4)、碳化裝置和冷卻窯(10)，其特征在于：所述碳化裝置包括加熱源和外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)，外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的進(jìn)料口通過(guò)進(jìn)料設(shè)備與進(jìn)料緩沖倉(cāng)(4)相連，外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的出料口通過(guò)出料設(shè)備與冷卻窯(10)相連，冷卻窯(10)通過(guò)出料旋轉(zhuǎn)閥(11)進(jìn)行出料，且外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的進(jìn)料口高于出料口，安裝后外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)與水平面形成的夾角為1～3

°

；所述加熱源用于為外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)提供熱能，其包括熱風(fēng)爐(13)和高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)(3)，外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的煙氣進(jìn)口設(shè)于其出料口端，并通過(guò)管道與熱風(fēng)爐(13)的煙氣出口相連；外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的煙氣出口設(shè)于其進(jìn)料口端，通過(guò)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)(3)與熱風(fēng)爐(13)進(jìn)氣口相連，且外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的熱解氣出口還通過(guò)除塵設(shè)備與熱風(fēng)爐(13)燃料進(jìn)氣口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)包括中心筒體和外筒體，中心筒體直徑小于外筒體直徑，中心筒體和外筒體的間隙為高溫?zé)煔馔ǖ?，且中心筒體可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于外筒體內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述中心筒體采用耐高溫不銹鋼材質(zhì)制成，筒體內(nèi)部用于裝填待碳化的負(fù)極材料，外筒體采用耐火材料砌筑而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述除塵設(shè)備包括高溫除塵器(8)和熱解氣風(fēng)機(jī)(9)，外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的熱解氣出口與高溫除塵器(8)入口相連，高溫除塵器(8)出口通過(guò)熱解氣風(fēng)機(jī)(9)與熱風(fēng)爐(13)的進(jìn)料口相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述進(jìn)料設(shè)備采用螺旋進(jìn)料機(jī)(6)，螺旋進(jìn)料機(jī)(6)進(jìn)料口通過(guò)管道與進(jìn)料緩沖倉(cāng)(4)相連，該管道上設(shè)有進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥(5)；螺旋進(jìn)料機(jī)(6)出料口與外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的進(jìn)料口相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述出料設(shè)備采用水冷螺旋出料機(jī)(12)，外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)的出料口通過(guò)與水冷螺旋出料機(jī)(12)進(jìn)料口相連，水冷螺旋出料機(jī)(12)出料口與冷卻窯(10)的進(jìn)料口相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：所述熱風(fēng)爐(13)的燃料進(jìn)氣口通過(guò)管道與燃料供應(yīng)裝置相連，且熱風(fēng)爐(13)還與外部空氣相連；高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)(3)還通過(guò)管道與余熱鍋爐(2)相連，余熱鍋爐(2)與煙囪(1)相連。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)，其特征在于：熱風(fēng)爐(13)與燃料供應(yīng)裝置相連的管道上設(shè)有控制閥門，熱風(fēng)爐(13)進(jìn)氣口處及余熱鍋爐(2)進(jìn)氣口均設(shè)有控制閥門。9.一種負(fù)極材料碳化工藝，其特征在于：采用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行碳化，具體包括如下步驟：步驟一、將負(fù)極材料輸送至外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)內(nèi)進(jìn)行碳化；步驟二、碳化后負(fù)極材料出料后進(jìn)入冷卻窯(10)進(jìn)行冷卻，冷卻后經(jīng)出料旋轉(zhuǎn)閥(11)出料，完成碳化。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種負(fù)極材料碳化工藝，其特征在于：步驟一中，熱風(fēng)爐(13)初次點(diǎn)火時(shí)使用燃料，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料和助燃空氣量控制進(jìn)入外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)內(nèi)的煙氣溫度在碳化溫度范圍內(nèi)，且碳化過(guò)程中外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)內(nèi)揮發(fā)的熱解氣經(jīng)除塵設(shè)備處理后進(jìn)入熱風(fēng)爐(13)中燃燒二次利用；

進(jìn)料前，啟動(dòng)除塵設(shè)備中熱解氣風(fēng)機(jī)(9)低頻運(yùn)行維持外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)處于-5pa負(fù)壓下，然后在初步升溫階段，熱風(fēng)爐(13)內(nèi)產(chǎn)生的熱煙氣先將外熱式回轉(zhuǎn)窯(7)內(nèi)的溫度達(dá)到要求溫度后，調(diào)整進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥和螺旋進(jìn)料機(jī)的頻率調(diào)節(jié)負(fù)極材料輸送量；步驟二中，通過(guò)控制冷卻窯的電機(jī)頻率控制冷卻窯的轉(zhuǎn)速，調(diào)整負(fù)極材料在窯內(nèi)的冷卻時(shí)間。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)極材料碳化用系統(tǒng)及碳化工藝，屬于鋰電池負(fù)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的系統(tǒng)包括進(jìn)料緩沖倉(cāng)、螺旋進(jìn)料機(jī)、外熱式回轉(zhuǎn)窯、水冷螺旋出料機(jī)、冷卻窯、高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、高溫除塵器、揮發(fā)分風(fēng)機(jī)、余熱鍋爐、煙囪及配套調(diào)節(jié)閥門、管道。本發(fā)明首先利用外熱式回轉(zhuǎn)窯高溫加熱碳化負(fù)極材料，再通過(guò)水冷螺旋出料機(jī)和冷卻窯冷卻外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)出來(lái)的高溫料得到碳化后負(fù)極材料產(chǎn)品，不僅解決了傳統(tǒng)負(fù)極材料輥道窯碳化過(guò)程中揮發(fā)分難以處理的問(wèn)題，進(jìn)一步提高負(fù)極材料碳化產(chǎn)能，而且減少了碳化過(guò)程外部燃料的消耗，提高了系統(tǒng)的能量利用效率，能耗低。能耗低。能耗低。

技術(shù)研發(fā)人員：丁明雷 朱晨軍 金玲玲 白勇

受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽科達(dá)潔能股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.23

技術(shù)公布日：2022/5/16