【技术实现步骤摘要】
一种制备高活性高纯度特定价态钒电解液的系统及方法
本专利技术属于化工、能源领域,特别涉及一种制备高活性高纯度特定价态钒电解液的系统及方法。
技术介绍
传统化石燃料一直是主要的能源来源,由于长期开采和大量使用,面临资源枯竭的问题,同时也带来严重的环境污染。风能、水能、太阳能、潮汐能等清洁的可再生能源的开发与利用逐渐引起人类社会重视。但是可再生能源存在固有的间歇性,现有的能源管理系统难以有效利用。能量储存技术是解决这类问题的方法之一。在各式各样的能量储存系统中,全钒液流电池(VRB)是一种引人注目的能量储存装置。VRB最大的优势是它的灵活性—功率和储能容量是独立的。VRB的功率决定于电池单元的数量和电池单元有效电极面积,而储能容量决定于电解液中的活性物质的浓度及电解液体积。每个电池单元由两个极室(正极室和负极室)组成,中间被质子交换膜分开。电解液即钒的硫酸盐溶液用于存储能量。当电解液流经电池单元时,在正负极室分别发生V(IV)/V(V)和V(II)/V(III)氧化还原反应。钒电解液是全钒液流电池至关重要的组成部分。钒电解液纯度对电池性能起着至关重要的作用。当电解液中杂质浓度较高时,会带来以下问题:(1)杂质离子与钒离子存在竞争反应,降低电池效率。(2)在正极室,杂质离子在石墨毡电极上沉积,阻塞石墨毡空隙,降低石墨毡比表面积,进而影响充放电效率。(3)在负极室,杂质离子会响析氢过电位,气体产生影响电池内部的压力平衡。(4)杂质离子降低质子交换膜的寿命。(5)杂质离子影响钒离子的稳定,导致电解液过早老化。目前,VRB电解液的制备主要是以五氧化二钒为原料通过电解方 ...
【技术保护点】
一种制备高活性高纯度特定价态钒电解液的系统,其特征在于,所述系统包括加料工段(1)、氯化工段(2)、除尘淋洗工段(3)、精馏提纯工段(4)、催化氧化工段(5)、催化氧化产物加料工段(6)、预热除尘工段(7)、控制还原工段(8)、一级冷却工段(9)、二级冷却工段(10)、高纯低价钒氧化物加料工段(11)、溶解活化工段(12)、尾气淋洗吸收塔(13)、引风机(14)、烟囱(15);所述加料工段(1)包括工业级钒氧化物料仓(1‑1)、工业级钒氧化物螺旋加料器(1‑2)、碳源料仓(1‑3)和碳源螺旋加料器(1‑4);所述氯化工段(2)包括氯化床进料器(2‑1)、氯化流化床主体(2‑2)、氯化床旋风分离器(2‑3)和氯化残渣排渣器(2‑4);所述除尘淋洗工段(3)包括除尘塔(3‑1)、一级淋洗塔(3‑2)、二级淋洗塔(3‑3)、三级淋洗塔(3‑4)、离心过滤器(3‑5);所述精馏提纯工段(4)包括蒸馏釜(4‑1)、精馏塔(4‑2)、馏出物冷凝器(4‑3)、回流液收集罐(4‑4)、含硅三氯氧钒储罐(4‑5)、精馏段酸封罐(4‑6)、高纯三氯氧钒冷凝器(4‑7)、高纯三氯氧钒储罐(4‑8);所述催化 ...
【技术特征摘要】
1.一种制备高活性高纯度特定价态钒电解液的系统,其特征在于,所述系统包括加料工段(1)、氯化工段(2)、除尘淋洗工段(3)、精馏提纯工段(4)、催化氧化工段(5)、催化氧化产物加料工段(6)、预热除尘工段(7)、控制还原工段(8)、一级冷却工段(9)、二级冷却工段(10)、高纯低价钒氧化物加料工段(11)、溶解活化工段(12)、尾气淋洗吸收塔(13)、引风机(14)、烟囱(15);所述加料工段(1)包括工业级钒氧化物料仓(1-1)、工业级钒氧化物螺旋加料器(1-2)、碳源料仓(1-3)和碳源螺旋加料器(1-4);所述氯化工段(2)包括氯化床进料器(2-1)、氯化流化床主体(2-2)、氯化床旋风分离器(2-3)和氯化残渣排渣器(2-4);所述除尘淋洗工段(3)包括除尘塔(3-1)、一级淋洗塔(3-2)、二级淋洗塔(3-3)、三级淋洗塔(3-4)、离心过滤器(3-5);所述精馏提纯工段(4)包括蒸馏釜(4-1)、精馏塔(4-2)、馏出物冷凝器(4-3)、回流液收集罐(4-4)、含硅三氯氧钒储罐(4-5)、精馏段酸封罐(4-6)、高纯三氯氧钒冷凝器(4-7)、高纯三氯氧钒储罐(4-8);所述催化氧化工段(5)包括催化氧化床空气净化器(5-1)、催化氧化床汽化器(5-2)、三氯氧钒喷嘴(5-3)、催化氧化流化床主体(5-4)、催化氧化流化床排料器(5-5)、催化氧化流化床旋风分离器(5-6);所述催化氧化产物加料工段(6)包括催化氧化产物料仓(6-1)、催化氧化产物螺旋加料器(6-2);所述预热除尘工段(7)包括文丘里预热器(7-1)、旋风预热器(7-2)、预热除尘段旋风分离器(7-3)、布袋除尘器(7-4);所述控制还原工段(8)包括还原床进料器(8-1)、还原床气体净化器(8-2)、还原床气体加热器(8-3)、还原流化床主体(8-4)、还原床排料器(8-5)、还原床旋风分离器(8-6);所述一级冷却工段(9)包括文丘里冷却器(9-1)、旋风冷却器(9-2)、一级冷却段旋风分离器(9-3);所述二级冷却工段(10)包括水冷螺旋装置(10-1);所述高纯低价钒氧化物加料工段(11)包括高纯低价钒氧化物料仓(11-1)、高纯低价钒氧化物螺旋加料器(11-2);所述溶解活化工段(12)包括溶解搅拌反应釜(12-1)、活化装置(12-2);所述工业级钒氧化物料仓(1-1)底部的出料口与所述工业级钒氧化物螺旋加料器(1-2)的进料口相连接;所述碳源料仓(1-3)底部的出料口与所述碳源螺旋加料器(1-4)的进料口相连接;所述工业级钒氧化物螺旋加料器(1-2)的出料口和所述碳源螺旋加料器(1-4)的出料口均与所述氯化床进料器(2-1)的进料口通过管道相连接;所述氯化床进料器(2-1)的排料口与所述氯化流化床主体(2-2)上部的进料口通过管道相连接;所述氯化床进料器(2-1)底部的进气口通过管道与氮气气源总管相连接;所述氯化流化床主体(2-2)下部的进气口通过管道分别与氯气气源总管和氮气气源总管相连接;所述氯化流化床主体(2-2)中部设置的三氯氧钒泥浆入口与三氯氧钒泥浆总管相连;所述氯化床旋风分离器(2-3)设置于所述氯化流化床主体(2-2)的扩大段顶部中心;所述氯化床旋风分离器(2-3)顶部的出气口通过管道与所述除尘塔(3-1)的热烟气入口相连接;所述氯化流化床主体(2-2)下部的排渣口与所述氯化残渣排渣器(2-4)的进料口通过管道相连接;所述氯化残渣排渣器(2-4)底部的松动风入口与氮气气源总管通过管道相连接;所述除尘塔(3-1)顶部设置的三氯氧钒泥浆入口通过管道与三氯氧钒泥浆总管相连接;所述除尘塔(3-1)下部设有带阀门的排渣口;所述除尘塔(3-1)的出气口与所述一级淋洗塔(3-2)进气口通过管道相连;所述一级淋洗塔(3-2)的泥浆出口与所述离心过滤器(3-5)的液体入口通过管道相连;所述一级淋洗塔(3-2)的烟气出口与所述二级淋洗塔(3-3)的烟气入口通过管道相连;所述二级淋洗塔(3-3)的液体出口与所述离心过滤器(3-5)的液体入口通过管道相连;所述二级淋洗塔(3-3)的气体出口与所述三级淋洗塔(3-4)的气体入口通过管道相连;所述三级淋洗塔(3-4)的液体出口与所述离心过滤器(3-5)的液体入口通过管道相连;所述三级淋洗塔(3-4)的气体出口与所述尾气淋洗吸收塔(13)的气体入口通过管道相连接;所述离心过滤器(3-5)的上清液出口与所述蒸馏釜(4-1)的液体入口通过管道相连;所述离心过滤器(3-5)的浆料出口与所述三氯氧钒泥浆总管通过管道相连;所述蒸馏釜(4-1)的出气口与所述精馏塔(4-2)的进气口通过管道相连接;所述蒸馏釜(4-1)的回流口与所述精馏塔(4-2)底部的液体回流出口通过管道相连接;所述蒸馏釜(4-1)底部的液体出口与三氯氧钒泥浆总管通过管道相连;所述精馏塔(4-2)顶部的气体出口与所述馏出物冷凝器(4-3)的气体入口通过管道相连接;所述馏出物冷凝器(4-3)的液体出口与所述回流液收集罐(4-4)液体入口通过管道相连;所述回流液收集罐(4-4)底部的回流口与所述精馏塔(4-2)上部的回流液入口通过管道相连;所述回流液收集罐(4-4)中部的出液口与所述含硅三氯氧钒储罐(4-5)的进液口通过管道相连;所述含硅三氯氧钒储罐(4-5)的乏气出口通过管道与所述精馏段酸封罐(4-6)的气体入口相连接;所述精馏段酸封罐(4-6)的气体出口通过管道与尾气吸收系统的气体入口相连;所述精馏塔(4-2)中部的精馏产物出口与所述高纯三氯氧钒冷凝器(4-7)的气体入口通过管道相连接;所述高纯三氯氧钒冷凝器(4-7)的出液口与所述高纯三氯氧钒储罐(4-8)的进液口通过管道相连接;所述高纯三氯氧钒储罐(4-8)的出液口与所述三氯氧钒喷嘴(5-3)的进液口通过管道相连接;所述三氯氧钒喷嘴(5-3)设置于所述催化氧化流化床主体(5-4)的侧部;所述催化氧化床空气净化器(5-1)的气体入口与压缩空气总管通过管道相连;所述催化氧化床空气净化器(5-1)的气体出口分别与所述催化氧化床汽化器(5-2)的气体入口和所述三氯氧钒喷嘴(5-3)的气体入口通过管道相连;所述催化氧化床汽化器(5-2)的进液口与洁净水总管通过管道相连;所述催化氧化床汽化器(5-2)的出气口与所述催化氧化流化床主体(5-4)下部的进气口通过管道相连接;所述催化氧化流化床主体(5-4)中部设有水平多孔内构件;所述催化氧化流化床旋风分离器(5-6)置于所述催化氧化流化床主体(5-4)顶部中心;所述催化氧化流化床旋风分离器(5-6)的出气口通过管道与氯气再生系统进气口相连;所述催化氧化流化床主体(5-4)的排料口与所述催化氧化流化床排料器(5-5)的进料口通过管道相连接;所述催化氧化流化床排料器(5-5)底部的松动风入口与净化氮气总管通过管道相连;所述催化氧化流化床排料器(5-5)的出料口与所述催化氧化产物料仓(6-1)的进料口通过管道相连;所述催化氧化产物料仓(6-1)的出料口与所述催化氧化产物螺旋加料器(6-2)的进料口连接;所述催化氧化产物螺旋加料器(6-2)的出料口与所述文丘里预热器(7-1)的进料口通过管道相连接;所述文丘里预热器(7-1)的进气口与所述旋风预热器(7-2)的出气口通过管道相连;所述文丘里预热器(7-1)的出料口与所述预热除尘段旋风分离器(7-3)的进料口通过管道相连,所述预热除尘段旋风分离器(7-3)的出气口与所述布袋除尘器(7-4)的进气口通过管道相连;所述预热除尘段旋风分离器(7-3)的出料口与所述旋风预热器(7-2)的进气口通过管道相连;所述布袋除尘器(7-4)的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连;所述布袋除尘器(7-4)的细粉出口与所述旋风预热器(7-2)的进气口通过管道连接;所述旋风预热器(7-2)的进气口与所述还原床旋风分离器(8-6)的气体出口通过管道相连;所述旋风预热器(7-2)的出料口与所述还原床进料器(8-1)的进料口通过管道相连;所述还原床进料器(8-1)的出料口与所述还原流化床主体(8-4)的进料口通过管道相连;所述还原床进料器(8-1)的松动风入口与净化氮气总管相连;所述还原流化床主体(8-4)的进气口与所述还原床气体加热器(8-3)的出气口通过管道相连;所述还原流化床主体(8-4)中设置竖直挡板;所述还原流化床主体(8-4)设置的带有阀门的不同高度的两个出料口均与所述还原床排料器(8-5)的进料口通过管道相连;所述还原流化床主体(8-4)的出气口与所述还原床旋风分离器(8-6)的进气口通过管道相连;所述还原床旋风分离器(8-6)的粉尘出口与所述还原床排料器(8-5)的进料口通过管道相连;所述还原床排料器(8-5)的出料口与所述文丘里冷却器(9-1)的进料口通过管道相连;所述还原床排料器(8-5)的松动风入口与净化氮气总管相连;所述还原床气体加热器(8-3)的进气口分别与所述还原床气体净化器(8-2)的出气口及所述一级冷却段旋风分离器(9-3)的出气口通过管道相连;所述还原床气体加热器(8-3)的燃料入口与燃料总管通过管道相连;所述还原床气体加热器(8-3)的助燃风入口与压缩空气总管通过管道相连;所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:朱庆山,杨海涛,范川林,
申请(专利权)人:中国科学院过程工程研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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