一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于化工、材料領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明公開(kāi)了一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)及方法，以工業(yè)級(jí)三氯氧釩為原料，經(jīng)精餾提純得到4N以上純度的高純?nèi)妊踱C后，進(jìn)行水解及氯含量調(diào)控，并進(jìn)一步配加硫酸制備得到高純釩電池硫酸-鹽酸混酸解電液。本發(fā)明具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、清潔無(wú)污染、生產(chǎn)能耗和操作成本低、電解液質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于高純釩電池電解液的大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于化工、材料領(lǐng)域，特別涉及一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源技術(shù)的不斷革新，現(xiàn)有的以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，將逐步被太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源所更替，相應(yīng)地適應(yīng)新型能源結(jié)構(gòu)的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。全釩液流電池(VRB)以其設(shè)計(jì)靈活性大、易于模塊組合、受設(shè)置場(chǎng)地限制小、蓄電規(guī)模易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)太陽(yáng)能和風(fēng)電發(fā)展中將具有巨大的需求空間。VRB的活性物質(zhì)-含釩電解液(含釩離子的酸性水溶液)是其重要組成部分，如何低成本制備性能優(yōu)異的電解液是VRB大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0003]VRB的能量密度在較大程度上取決于電解液中的釩離子濃度，但是隨著釩離子濃度的提高，電解液容易發(fā)生沉淀析出、穩(wěn)定性降低。為了保證電池運(yùn)行過(guò)程中電解液的穩(wěn)定性，通常硫酸體系中的釩離子濃度不能大于1.7mol/L，對(duì)應(yīng)的能量密度?25Wh/L。而在鹽酸-硫酸混合酸體系中，釩離子濃度可維持在2.5mol/L以上，對(duì)應(yīng)的能量密度可達(dá)40Wh/L以上，且電池穩(wěn)定工作溫度范圍可由10?40°C擴(kuò)展到_5?50°C (Advanced EnergyMaterials, 2011，1:394 - 400)?？梢?jiàn)，鹽酸-硫酸混合酸體系的釩電池電解液具有更為優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。
[0004]同時(shí)，VRB運(yùn)行實(shí)踐表明電解液中存在的雜質(zhì)，尤其是堿土金屬和硅等，會(huì)使正/負(fù)極室的隔膜-質(zhì)子交換膜發(fā)生損害或老化，從而降低電池的能量效率和使用壽命；且雜質(zhì)離子還易引起電解液的沉淀，降低其穩(wěn)定性從而影響電池性能。因此，釩電池電解液的純度是決定其性能的重要因素之一。目前，通常以高純五氧化二釩原料，將其溶于硫酸溶液后，經(jīng)過(guò)電化學(xué)處理或還原性氣體還原可得到正極和負(fù)極電解液，如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN102011135A、CN102354762A、CN103066312A 和 CN103346343A 等。
[0005]為了保證電解液的純度，須要使用純度99.95%以上的高純五氧化二釩作為原料，而高純五氧化二釩需要以普通釩原料，如多釩酸銨、偏釩酸銨、工業(yè)級(jí)五氧化二釩為原料，采用溶解-除雜-沉淀-煅燒等冗長(zhǎng)復(fù)雜的工藝才能制備得到(如CN103515642A、CN102730757A和CN102730757A等)。這使得高純釩電池電解液的制備成本過(guò)高，嚴(yán)重制約了 VRB的大規(guī)模推廣應(yīng)用，這也嚴(yán)重阻礙了新能源產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。
[0006]因此，如何選用廉價(jià)易得的釩原料，經(jīng)過(guò)工藝技術(shù)創(chuàng)新，大幅度簡(jiǎn)化制備流程，以適用性能優(yōu)異的高純釩電池電解液的規(guī)?；a(chǎn)，是促進(jìn)VRB的推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)及方法，以工業(yè)級(jí)三氯氧釩為原料，經(jīng)精餾提純、氯含量調(diào)控和配加硫酸制備得到高純釩電池電解液，提高原料適應(yīng)性、簡(jiǎn)化制備工藝、降低生產(chǎn)能耗和操作成本。為了達(dá)到這些目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐1、精餾提純裝置2、中間產(chǎn)物蒸餾器3、水解調(diào)氯反應(yīng)釜4、配加硫酸反應(yīng)釜5、尾氣淋洗吸收器6和排風(fēng)機(jī)7 ；
[0009]所述精餾提純裝置2包括蒸餾釜2-1、精餾塔2-2、餾出物冷凝器2_3、回流液收集罐2-4、含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5、酸封罐2-6、高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7和高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8 ；
[0010]所述中間產(chǎn)物蒸餾器3包括中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1、化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2和化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐3-3 ；
[0011]所述工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐I的出料口通過(guò)管道與所述精餾塔2-2的進(jìn)料口相連接；所述蒸餾釜2-1的蒸氣出口通過(guò)管道與所述精餾塔2-2的蒸氣入口相連接；所述蒸餾釜2-1的回流口通過(guò)管道與所述精餾塔2-2底部的液體回流出口相連接；所述精餾塔2-2頂部的氣體出口通過(guò)管道與所述餾出物冷凝器2-3的氣體入口相連接；所述餾出物冷凝器2-3的液體出口通過(guò)管道與所述回流液收集罐2-4的液體入口相連接；所述回流液收集罐
2-4的回流液體出口通過(guò)管道與所述精餾塔2-2頂部的回流液體入口相連接；所述回流液收集罐2-4的排料口與所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5的入口通過(guò)管道相連接；所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5的乏氣出口通過(guò)管道與所述酸封罐2-6的氣體入口相連接；所述酸封罐2-6的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；所述精餾塔2-2的精餾物出口通過(guò)管道與所述高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7的氣體入口相連接；所述高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7的液體出口與所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8的入口通過(guò)管道相連接；
[0012]所述蒸餾釜2-1底部的底流出口、所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5底部的液體出口均通過(guò)管道與中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的進(jìn)料口相連接；所述中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的底部設(shè)置了廢料排出口 ；所述中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的蒸氣出口通過(guò)管道與所述化工級(jí)三氯氧釩冷凝器
3-2的氣體入口相連接；所述化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2的液體出口通過(guò)管道與所述化工級(jí)三氯氧f凡儲(chǔ)罐3-3的進(jìn)料口相連接；
[0013]所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8的出料口通過(guò)管道與所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的三氯氧釩進(jìn)料口相連接；所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的超純水入口通過(guò)管道與超純水總管相連接；所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；
[0014]所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的出料口通過(guò)管道與所述配加硫酸反應(yīng)釜5的進(jìn)料口相連接；所述配加硫酸反應(yīng)釜5的硫酸入口通過(guò)管道與純硫酸總管相連接；所述配加硫酸反應(yīng)釜5的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；
[0015]所述尾氣淋洗吸收器6的氣體出口與所述排風(fēng)機(jī)7的氣體入口通過(guò)管道相連接。
[0016]本發(fā)明的基于上述系統(tǒng)的高純釩電池電解液的制備方法，包括以下步驟:
[0017]工業(yè)級(jí)三氯氧釩由所述工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐I進(jìn)入所述精餾塔2-2和所述蒸餾釜2-1后進(jìn)行精餾操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的底流、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩蒸氣和高純?nèi)妊踱C蒸氣；高純?nèi)妊踱C蒸氣經(jīng)所述高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7冷凝至液體后送入所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8中；含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)所述餾出物冷凝器2-3冷凝至液體后，部分經(jīng)回流液收集罐2-4回流至精餾塔2-2，其余部分送入所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中；含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)所述酸封罐2-6后送入所述尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；
[0018]所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中的含硅三氯氧釩液體和所述蒸餾釜2-1排出的底流進(jìn)入所述中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1中進(jìn)行蒸餾操作，得到富含雜質(zhì)的富釩廢料用于后續(xù)回收釩，產(chǎn)生的三氯氧釩蒸氣經(jīng)化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2冷凝至液體后送入所述化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐3-3中；
[0019]所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8中的高純?nèi)妊踱C進(jìn)入所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜4，與來(lái)自超純水總管的超純水進(jìn)行水解反應(yīng)，并產(chǎn)生含氯化氫和氯氣的水解調(diào)氯尾氣，所述水解調(diào)氯尾氣送入所述尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；水解調(diào)氯產(chǎn)生的漿料進(jìn)入所述配加硫酸反應(yīng)釜5后，配加純硫酸得到混酸體系的高純釩電池電解液，產(chǎn)生酸霧氣體送至所述尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；所述尾氣淋洗吸收器6堿液吸收處理后排出的氣體經(jīng)所述排風(fēng)機(jī)7進(jìn)行排空處理。
[0020]本發(fā)明的特征之一在于:在精餾塔2-2內(nèi)，所述精餾操作精餾段的塔板數(shù)為5?10塊，提餾段的塔板數(shù)為10?20塊；在精餾操作過(guò)程中，保持回流比(即塔頂回流量與排料量之比)為15?40。
[0021]本發(fā)明的特征之二在于:在水解調(diào)氯反應(yīng)釜4內(nèi)，所述水解調(diào)氯過(guò)程的反應(yīng)溫度為40?80°C，反應(yīng)時(shí)間為30?120min。
[0022]本發(fā)明的特征之三在于:在配加硫酸反應(yīng)釜5內(nèi)，所述配加硫酸的操作溫度為60?90°C，反應(yīng)時(shí)間30?120min。
[0023]本發(fā)明制得的高純?nèi)妊踱C純度均在4N以上。本發(fā)明所述的工業(yè)三氯氧釩純度為93?96%，所述化工級(jí)三氯氧釩純度為98.0?99.5%。
[0024]本發(fā)明制得的高純釩電池電解液中，氯離子濃度為3?8mol/L以上，釩離子濃度可達(dá)2mol/L以上，其能量密度可達(dá)35Wh/L以上。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點(diǎn):
[0026](I)以廉價(jià)易得的工業(yè)級(jí)三氯氧釩為原料，可充分利用其含有的氯作為鹽酸-硫酸混合酸電解液的氯離子來(lái)源，避免了高純五氧化二釩原料過(guò)高的生產(chǎn)能耗和成本；
[0027](2)采用精餾提純可得到純度4N以上的高純?nèi)妊踱C，提高原料的適應(yīng)性，并將分離低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)組分進(jìn)行蒸餾除雜后得到化工催化劑用的三氯氧釩產(chǎn)品；
[0028](3)將高純?nèi)妊踱C直接溶于水溶液中，并利用五價(jià)釩的氧化作用，將溶液中的氯離子氧化至氯氣，達(dá)到調(diào)節(jié)氯離子濃度和將五價(jià)釩還原至四價(jià)釩的雙重目的。
[0029]本發(fā)明具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、清潔無(wú)污染、生產(chǎn)能耗和操作成本低、電解液質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于高純釩電池電解液的大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，具有良好經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0030]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步闡釋?zhuān)⑶覙?gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施列一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0031]圖1為本發(fā)明的高純釩電池電解液制備系統(tǒng)的配置示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記
[0033]I工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐
[0034]2精餾提純裝置
[0035]2-1蒸餾釜2-2精餾塔2-3餾出物冷凝器
[0036]2-4回流液收集罐 2-5含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐 2_6酸封罐
[0037]2-7高純?nèi)妊踱C冷凝器2-8高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐
[0038]3中間產(chǎn)物蒸餾器
[0039]3-1中間產(chǎn)物蒸餾釜 3-2化工級(jí)三氯氧釩冷凝器 3-3化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐
[0040]4水解調(diào)氯反應(yīng)釜 5配加硫酸反應(yīng)釜 6尾氣淋洗吸收器 7排風(fēng)機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0041 ] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。值得說(shuō)明的是，實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。圖1為本發(fā)明的一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)示意圖。
[0042]結(jié)合圖1,本實(shí)施例所使用的高純釩電池電解液的制備系統(tǒng),包括工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐1、精餾提純裝置2、中間產(chǎn)物蒸餾器3、水解調(diào)氯反應(yīng)釜4、配加硫酸反應(yīng)釜5、尾氣淋洗吸收器6和排風(fēng)機(jī)7 ；
[0043]精餾提純裝置2包括蒸餾釜2-1、精餾塔2-2、餾出物冷凝器2_3、回流液收集罐2-4、含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5、酸封罐2-6、高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7和高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8 ；
[0044]中間產(chǎn)物蒸餾器3包括中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1、化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2和化工級(jí)二氣氧f凡儲(chǔ)iiS 3-3 ；
[0045]工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐I的出料口通過(guò)管道與精餾塔2-2的進(jìn)料口相連接；蒸餾釜2-1的蒸氣出口通過(guò)管道與精餾塔2-2的蒸氣入口相連接；蒸餾釜2-1的回流口通過(guò)管道與精餾塔2-2底部的液體回流出口相連接；精餾塔2-2頂部的氣體出口通過(guò)管道與餾出物冷凝器2-3的氣體入口相連接；餾出物冷凝器2-3的液體出口通過(guò)管道與回流液收集罐2-4的液體入口相連接；回流液收集罐2-4的回流液體出口通過(guò)管道與精餾塔2-2頂部的回流液體入口相連接；回流液收集罐2-4的排料口與含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5的入口通過(guò)管道相連接；含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5的乏氣出口通過(guò)管道與酸封罐2-6的氣體入口相連接；酸封罐2-6的氣體出口通過(guò)管道與尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；精餾塔2-2的精餾物出口通過(guò)管道與高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7的氣體入口相連接；高純?nèi)妊踱C冷凝器2-7的液體出口與高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8的入口通過(guò)管道相連接；
[0046]蒸餾釜2-1底部的底流出口、含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5底部的液體出口均通過(guò)管道與中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的進(jìn)料口相連接；中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的底部設(shè)置了廢料排出口 ；中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1的蒸氣出口通過(guò)管道與化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2的氣體入口相連接；化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2的液體出口通過(guò)管道與化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐3-3的進(jìn)料口相連接；
[0047]高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8的出料口通過(guò)管道與水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的三氯氧釩進(jìn)料口相連接；水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的超純水入口通過(guò)管道與超純水總管相連接；水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的氣體出口通過(guò)管道與尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；
[0048]水解調(diào)氯反應(yīng)釜4的出料口通過(guò)管道與配加硫酸反應(yīng)釜5的進(jìn)料口相連接；配加硫酸反應(yīng)釜5的硫酸入口通過(guò)管道與純硫酸總管相連接；配加硫酸反應(yīng)釜5的氣體出口通過(guò)管道與尾氣淋洗吸收器6的氣體入口相連接；
[0049]尾氣淋洗吸收器6的氣體出口與排風(fēng)機(jī)7的氣體入口通過(guò)管道相連接。
[0050]本實(shí)施例利用上述系統(tǒng)制備高純釩電池電解液，具體方法包括:工業(yè)級(jí)三氯氧釩由工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐I進(jìn)入精餾塔2-2和蒸餾釜2-1后進(jìn)行精餾操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的底流、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩蒸氣和高純?nèi)妊踱C蒸氣；高純?nèi)妊踱C蒸氣經(jīng)高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7冷凝至液體后送入高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8中；含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)餾出物冷凝器2-3冷凝至液體后，部分經(jīng)回流液收集罐2-4回流至精餾塔2-2，其余部分送入含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中；含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)酸封罐2-6后送入尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；
[0051 ] 含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐2-5中的含硅三氯氧釩液體和蒸餾釜2-1排出的底流進(jìn)入中間產(chǎn)物蒸餾釜3-1中進(jìn)行蒸餾操作，得到富含雜質(zhì)的富釩廢料用于后續(xù)回收釩，產(chǎn)生的三氯氧釩蒸氣經(jīng)化工級(jí)三氯氧釩冷凝器3-2冷凝至液體后送入化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐3-3中；
[0052]高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐2-8中的高純?nèi)妊踱C進(jìn)入水解調(diào)氯反應(yīng)釜4，與來(lái)自超純水總管的超純水進(jìn)行水解反應(yīng)，并產(chǎn)生含氯化氫和氯氣的水解調(diào)氯尾氣，所述水解調(diào)氯尾氣送入尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；水解調(diào)氯產(chǎn)生的漿料進(jìn)入配加硫酸反應(yīng)釜5后，配加純硫酸得到混酸體系的高純釩電池電解液，產(chǎn)生酸霧氣體送至尾氣淋洗吸收器6進(jìn)行吸收處理；尾氣淋洗吸收器6堿液吸收處理后排出的氣體經(jīng)排風(fēng)機(jī)7進(jìn)行排空處理。
[0053]本實(shí)例使用的原料是純度為95%的工業(yè)級(jí)三氯氧釩，電子級(jí)超純水以及優(yōu)級(jí)純硫酸。
[0054]在精餾塔2-2內(nèi)，精餾操作精餾段的塔板數(shù)5塊，提餾段的塔板數(shù)10塊，精餾操作的回流比15 ;在水解調(diào)氯反應(yīng)釜4內(nèi)，水解調(diào)氯過(guò)程的反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時(shí)間為120min ;在配加硫酸反應(yīng)釜5內(nèi)，配加硫酸的操作溫度為90°C，反應(yīng)時(shí)間30min的條件下，高純?nèi)妊踱C的純度達(dá)99.993% (4N3);電解液氯離子濃度為6.0mol/L，釩離子濃度為2.5mol/L，經(jīng)測(cè)試其能量密度為41Wh/L。
[0055]在精餾塔2-2內(nèi)，精餾操作精餾段的塔板數(shù)10塊，提餾段的塔板數(shù)20塊，精餾操作的回流比15 ;在水解調(diào)氯反應(yīng)釜4內(nèi)，水解調(diào)氯過(guò)程的反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)時(shí)間為30min ;在配加硫酸反應(yīng)釜5內(nèi)，配加硫酸的操作溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間120min的條件下，高純?nèi)妊踱C的純度達(dá)99.999% (5N);電解液的氯離子濃度為5.8mol/L，釩離子濃度為
2.4mol/L，經(jīng)測(cè)試其能量密度為40Wh/L。
[0056]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0057]當(dāng)然，本發(fā)明還可以有多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高純釩電池電解液的制備系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐(I)、精餾提純裝置(2)、中間產(chǎn)物蒸餾器(3)、水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)、配加硫酸反應(yīng)釜(5)、尾氣淋洗吸收器(6)和排風(fēng)機(jī)(7)； 所述精餾提純裝置(2)包括蒸餾釜(2-1)、精餾塔(2-2)、餾出物冷凝器(2-3)、回流液收集iii (2_4)、含娃二氯氧I凡儲(chǔ)?? (2_5)、酸封?? (2_6)、聞純二氯氧I凡冷凝器(2-7)和聞純二氯氧I凡儲(chǔ)iii (2-8)； 所述中間產(chǎn)物蒸餾器(3)包括中間產(chǎn)物蒸餾釜(3-1)、化工級(jí)三氯氧釩冷凝器(3-2)和化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐(3-3)； 所述工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐(I)的出料口通過(guò)管道與所述精餾塔(2-2)的進(jìn)料口相連接；所述蒸餾釜(2-1)的蒸氣出口通過(guò)管道與所述精餾塔(2-2)的蒸氣入口相連接；所述蒸餾釜(2-1)的回流口通過(guò)管道與所述精餾塔(2-2)底部的液體回流出口相連接；所述精餾塔(2-2)頂部的氣體出口通過(guò)管道與所述餾出物冷凝器(2-3)的氣體入口相連接；所述餾出物冷凝器(2-3)的液體出口通過(guò)管道與所述回流液收集罐(2-4)的液體入口相連接；所述回流液收集罐(2-4)的回流液體出口通過(guò)管道與所述精餾塔(2-2)頂部的回流液體入口相連接；所述回流液收集罐(2-4)的排料口與所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)的入口通過(guò)管道相連接；所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)的乏氣出口通過(guò)管道與所述酸封罐(2-6)的氣體入口相連接；所述酸封罐(2-6)的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器￠)的氣體入口相連接；所述精餾塔(2-2)的精餾物出口通過(guò)管道與所述高純?nèi)妊踱C冷凝器(2-7)的氣體入口相連接；所述高純?nèi)妊鮢凡冷凝器(2-7)的液體出口與所述高純?nèi)妊鮢凡儲(chǔ)罐(2-8)的入口通過(guò)管道相連接； 所述蒸餾釜(2-1)底部的底流出口和所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)底部的液體出口均通過(guò)管道與中間產(chǎn)物蒸餾釜(3-1)的進(jìn)料口相連接；所述中間產(chǎn)物蒸餾釜(3-1)的底部設(shè)置了廢料排出口 ；所述中間產(chǎn)物蒸餾釜(3-1)的蒸氣出口通過(guò)管道與所述化工級(jí)三氯氧釩冷凝器(3-2)的氣體入口相連接；所述化工級(jí)三氯氧釩冷凝器(3-2)的液體出口通過(guò)管道與所述化工級(jí)三氯氧f凡儲(chǔ)罐(3-3)的進(jìn)料口相連接； 所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐(2-8)的出料口通過(guò)管道與所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)的三氯氧釩進(jìn)料口相連接；所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)的超純水入口通過(guò)管道與超純水總管相連接；所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器(6)的氣體入口相連接； 所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)的出料口通過(guò)管道與所述配加硫酸反應(yīng)釜(5)的進(jìn)料口相連接；所述配加硫酸反應(yīng)釜(5)的硫酸入口通過(guò)管道與純硫酸總管相連接；所述配加硫酸反應(yīng)釜(5)的氣體出口通過(guò)管道與所述尾氣淋洗吸收器￠)的氣體入口相連接； 所述尾氣淋洗吸收器出)的氣體出口與所述排風(fēng)機(jī)(7)的氣體入口通過(guò)管道相連接。2.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的高純釩電池電解液的制備方法，包括以下步驟: 工業(yè)級(jí)三氯氧釩由所述工業(yè)級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐(I)進(jìn)入所述精餾塔(2-2)和所述蒸餾釜(2-1)后進(jìn)行精餾操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的底流、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩蒸氣和高純?nèi)妊踱C蒸氣；高純?nèi)妊踱C蒸氣經(jīng)所述高純?nèi)妊踱C冷凝器(3-7)冷凝至液體后送入所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐(2-8)中；含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)所述餾出物冷凝器(2-3)冷凝至液體后，部分經(jīng)回流液收集罐(2-4)回流至所述精餾塔(2-2)，其余部分送入所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)中；含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)所述酸封罐(2-6)后送入所述尾氣淋洗吸收器(6)進(jìn)行吸收處理； 所述含硅三氯氧釩儲(chǔ)罐(2-5)中的含硅三氯氧釩液體和所述蒸餾釜(2-1)排出的底流進(jìn)入所述中間產(chǎn)物蒸餾釜(3-1)中進(jìn)行蒸餾操作，產(chǎn)生的三氯氧釩蒸氣經(jīng)化工級(jí)三氯氧釩冷凝器(3-2)冷凝至液體后送入所述化工級(jí)三氯氧釩儲(chǔ)罐(3-3)中； 所述高純?nèi)妊踱C儲(chǔ)罐(2-8)中的高純?nèi)妊踱C進(jìn)入所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)，與來(lái)自超純水總管的超純水進(jìn)行水解反應(yīng)，并產(chǎn)生含氯化氫和氯氣的水解調(diào)氯尾氣，所述水解調(diào)氯尾氣送入所述尾氣淋洗吸收器(6)進(jìn)行吸收處理；水解調(diào)氯產(chǎn)生的漿料進(jìn)入所述配加硫酸反應(yīng)釜(5)后，配加純硫酸得到混酸體系的高純釩電池電解液，產(chǎn)生酸霧氣體送至所述尾氣淋洗吸收器(6)進(jìn)行吸收處理； 所述尾氣淋洗吸收器(6)堿液吸收處理后排出的氣體經(jīng)所述排風(fēng)機(jī)(7)進(jìn)行排空處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩電池電解液制備方法，其特征在于，在所述精餾塔(2-2)內(nèi)，所述精餾操作精餾段的塔板數(shù)為5?10塊，提餾段的塔板數(shù)為10?20塊。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩電池電解液制備方法，其特征在于，所述精餾操作的回流比為15?40。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩電池電解液制備方法，其特征在于，在所述水解調(diào)氯反應(yīng)釜(4)內(nèi)，所述水解調(diào)氯過(guò)程的反應(yīng)溫度為40?80°C，反應(yīng)時(shí)間為30?120min。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩電池電解液制備方法，其特征在于，所述配加硫酸的操作溫度為60?90°C，反應(yīng)時(shí)間30?120min。
【文檔編號(hào)】H01M8/18GK105990593SQ201510052225
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日
【發(fā)明人】范川林, 朱慶山, 楊海濤
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所