CN108134122A - 可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置及方法，所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置包括水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块，所述水净化模块、水预处理模块、钒电解液溶解模块和钒电解液后处理模块依次通过管路连通，所述水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块组合于一个或多个箱体内。本发明可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置能根据产能、水质、气温等条件灵活组合，在钒电解液使用现场完成全钒液流电池用电解液生产，该装置运转成本低，生产简便。

Description

可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置及方法
技术领域
本发明涉及全钒液流电池用钒电解液生产技术，尤其涉及一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置及方法。
背景技术
全钒液流电池是一种新型的液流电池，用于大规模储能领域。钒电解液是全钒液流电池的关键材料，主要成分为不同价态的钒离子，硫酸根，氢离子、添加剂及水，钒离子浓度决定全钒液流电池的容量。
目前，钒电解液的制备方法主要包括还原法及电解法，原料主要包括偏钒酸铵、五氧化二钒、三氧化二钒、钒渣、硫酸氧钒、4价钒等中的一种或多种，溶于酸中电解或添加还原剂制得。
因全钒液流电池用钒电解液转运成本高，就地生产成为其最佳的生产方法。
但目前全钒液流电池用钒电解液就地生产设备及方法复杂，无法广泛应用，如湖南汇锋高新能源有限公司在专利申请公开说明书201310044008.3中提出了一种移动式钒电解液制备装置及钒电解液制备方法：在一个可移动的作业箱中，配备电解装置及检测装置等，实现在电解液使用现场通过电解法生产钒电解液。该专利虽然一定程度的解决了钒电解液就地生产的问题，但生产工艺仍使用电解法，需要在生产现场使用电解设备，生产过程复杂，且生产效率低，仍无法广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前钒电解液就地生产采用电解法，导致生产过程复杂，且生产效率低的问题，提出一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，该装置运转成本低，生产简便，该装置可广泛用于全钒液流电池电解液的生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，包括水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块，所述水净化模块、水预处理模块、钒电解液溶解模块和钒电解液后处理模块依次通过管路连通，所述水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块组合于一个或多个箱体内，所述箱体为合适尺寸的集装箱。
进一步地，所述水净化模块包括反渗透设备和/或离子交换设备。
进一步地，所述水预处理模块包括电加热设备、蒸汽加热设备和可燃气体加热设备中的一种或多种。
进一步地，所述钒电解液溶解模块包括搅拌和/或强制循环装置，以提高不同价态钒离子的硫酸盐固体的溶解速度及溶液均匀性。
进一步地，所述钒电解液后处理模块包括滤布、滤芯、石英砂和活性炭中的一种或多种。
进一步地，所述检测模块包括电导率仪、过滤设备和用于检测钒及硫酸根含量的设备中的一种或多种。所述电导率仪为用于快速检测水电导率的电导率仪；所述检测钒及硫酸根含量的设备为自动或手动设备，并配套复合铂环电极及复合pH玻璃电极，或可见光比色设备；所述过滤设备用于确定钒电解液后处理模块过滤效果的(小型)过滤设备，该过滤设备包括砂芯漏斗及不同孔径的滤膜。
进一步地，所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置包括控制单元，所述水净化模块包括净化水储存箱，所述净化水储存箱内设有液位仪，所述液位仪通过控制单元与钒电解液溶解模块的搅拌或强制循环装置的开关电连。
进一步地，所述水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块组合于一个或多个合适尺寸的集装箱内，根据实际需要，可以省略除钒电解液溶解模块外的其他模块。一般的，可以将水净化模块、水预处理模块集成在一个集装箱内，而将其他模块集成于另一个集装箱内，组合不同的集装箱，可以获得不同的钒电解液生产能力。
本发明的另一个目的还公开了一种钒电解液生产方法，采用上述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，所述钒电解液生产方法包括以下步骤：
步骤1、制备去离子水，以用于钒电解液的生产；
步骤2、采用水预处理模块调节去离子水水温，至15～40℃；在冬季或高寒地带，通过水预处理模块，可以获得合适的水温，提高钒盐的溶解速度，保证生产效率；
步骤3、使用溶剂直接溶解不同价态钒离子的硫酸盐固体，得到钒电解液原液；
步骤4、所述钒电解液后处理模块进一步处理钒电解液原液，去除钒电解液原液中的固体颗粒，并将处理后得到的钒电解液泵送至需求地点或装置；
步骤5、检测模块用于分析水电导率及钒电解液中物质含量。
采用本发明钒电解液生产方法能生产正极、负极或3.5价钒电解液。
进一步地，所述水净化模块使用城市自来水、井水、河水或其他水源为原料，制备去离子水用于钒电解液的生产，去离子水的制备方式为反渗透、离子交换或这二者的结合，以适用不同使用场所水源的要求。
进一步地，步骤2所述调节水温的方式为电加热、蒸汽加热或可燃气体加热。
进一步地，步骤3所述溶剂为水源水、去离子水、硫酸中的一种或几种。当水源水检测符合相关要求时，可无需处理直接作为溶剂使用。
进一步地，步骤3所述不同价态钒离子的硫酸盐固体为硫酸钒(V2(SO4)3)、硫酸氧钒(VOSO4)中的一种或者这二者的混合物，或者这二者的混合物与硫酸的混合物。当使用硫酸氧钒溶于水或水与硫酸的溶液中时，可以获得正极钒电解液。当使用硫酸钒溶于水或水与硫酸的溶液中时，可以获得负极钒电解液。当使用硫酸钒与硫酸氧钒的混合物溶于水或水与硫酸的溶液中时，可以获得3.5价钒电解液。
进一步地，步骤4所述去除钒电解液原液中的固体颗粒的方式为：滤布过滤、滤芯过滤、石英砂过滤、活性炭过滤方式中的一种或几种。
本发明可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置结构合理紧凑，采用该装置生产全钒液流电池用钒电解液方法简单、易行，与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，能根据产能、水质、气温等条件灵活组合，在钒电解液使用现场完成全钒液流电池用电解液生产。
2)本发明钒电解液生产方法无需电解，通过直接溶解可以直接获得正极、负极或3.5价钒电解液，生产过程简单，生产效率高。
3)本发明生产钒电解液时，可以不额外加入硫酸，只使用水及含钒的硫酸盐固体，减少风险。
附图说明
图1为实施例1可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置的结构示意图；
图2为实施例2可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置的结构示意图；
图3为实施例3可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其结构如图1所示，包括组合在20尺标准集装箱中的：水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块，所述水净化模块的出水口与水预处理模块的入水口通过管路连通，所述水预处理模块的出水口与钒电解液溶解模块入水口通过管路连通，所述钒电解液溶解模块出水口与钒电解液后处理模块入水口通过管路连通，所述钒电解液后处理模块的出水口设置有水泵。所述检测模块包括用于快速检测水电导率的电导率仪；用于确定钒电解液后处理模块过滤效果的(小型)过滤设备，该过滤设备包括砂芯漏斗及不同孔径的滤膜；所述检测钒及硫酸根含量的设备，所述检测钒及硫酸根含量的设备为自动或手动设备，并配套复合铂环电极及复合pH玻璃电极，或可见光比色设备。
所述水净化模块为反渗透水净化模块，处理能力2m3/h；所述水预处理模块为电加热水预处理装置，处理能力2m3/h；所述钒电解液溶解模块的电解液溶解箱内配备有搅拌桨，容积15m3；所述钒电解液后处理模块内配备有PP滤芯。
采用本实施例可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置生产钒电解液的步骤如下：自来水经反渗透水净化模块净化后进入水预处理模块，经水预处理模块加热后定量进入电解液溶解箱，加入定量硫酸钒(带过量硫酸)及硫酸氧钒晶体混合物，经搅拌溶解后可获得钒电解液原液，钒电解液原液经PP滤芯过滤后即为合格的用于全钒液流电池的钒电解液，可直接灌装或泵入使用地点。
实施例2
本实施例公开了一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，包括第一集装箱、第二集装箱和第三集装箱，其结构如图2所示：
所述第一集装箱中设置有：水净化模块，水预处理模块，所述水净化模块包括反渗透水净化模块和净化水储存箱，所述反渗透水净化模块的出水口与净化水储存箱进水口通过管线连接，所述净化水储存箱出水口与水预处理模块进水口通过管路连通。
第二集装箱中设置有：钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块，所述钒电解液溶解模块进水口通过管路与水预处理模块出水口连通，所述钒电解液溶解模块出水口通过管路与钒电解液后处理模块入水口通过管路连通，所述第三集装箱配备与第二集装箱相同。电解液后处理模块的出水口和电解液后处理模块的出水口均设置有水泵。所述第一集装箱、第二集装箱和第三集装箱均为20尺标准集装箱。
所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置还包括检测模块(图中未绘出)，所述检测模块设置在任意一个集装箱内，或额外单独设置在一个集装箱中。
本实施例中检测模块包括电导率仪、过滤设备和用于检测钒及硫酸根含量的设备。所述电导率仪为用于快速检测水电导率的电导率仪；所述检测钒及硫酸根含量的设备为自动或手动设备，并配套复合铂环电极及复合pH玻璃电极，或可见光比色设备；所述过滤设备用于确定钒电解液后处理模块过滤效果的(小型)过滤设备，该过滤设备包括砂芯漏斗及不同孔径的滤膜。
所述水净化模块为反渗透水净化模块，处理能力8m3/h，净化水储存箱，容积15m3；所述水预处理模块为电加热水预处理装置，处理能力10m3/h。
钒电解液溶解模块的电解液溶解箱配备有自循环泵，容积25m3；所述钒电解液后处理模块包括石英砂过滤器。
采用本实施例可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置生产钒电解液的步骤如下：自来水进入第一集装箱中，经反渗透水净化模块反渗透净化后进入净化水储存箱储存，使用时进入水预处理模块的电加热处理装置，升温至30℃后通过管线定量进入第二集装箱的电解液溶解箱，定量加入硫酸氧钒晶体及硫酸，溶解后经过滤器过滤泵入使用点，即为负极电解液。同时净化水进入第三集装箱的电解液溶解箱，定量加入硫酸钒晶体及硫酸，溶解后经过滤器过滤泵入使用点，即为正极电解液。
实施例3
本实施例公开了一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其结构如图3所示，包括组合在40尺标准集装箱中的：水净化模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块，所述水净化模块的出水口分别于与两个钒电解液溶解模块的入水口连通，所述两个钒电解液溶解模块的出水口与钒电解液后处理模块的入水口连通，所述钒电解液后处理模块的出水口设置有水泵。所述检测模块包括电导率仪、过滤设备和用于检测钒及硫酸根含量的设备。
所述水净化模块为反渗透水净化模块，处理能力6m3/h，净化水储存箱，容积12m3；所述钒电解液溶解模块的电解液溶解箱2个，容积15m3/个，均配置搅拌桨；所述钒电解液后处理模块内石英砂及活性炭串联过滤装置。
采用本实施例可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置生产钒电解液的步骤如下：自来水经反渗透水净化模块净化后进入净化水储存箱，使用时分别定量进入两个溶解箱中，分别在两个溶解箱中定量加入硫酸钒晶体(含硫酸)及硫酸氧钒晶体(含硫酸)，搅拌溶解并过滤后可获得正极及负极钒电解液。
实施例4
本实施例公开了一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其结构与实施例2基本相同，不同的是，所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置还包括控制单元，所述水净化模块包括净化水储存箱，所述净化水储存箱内设有液位仪，所述液位仪通过控制单元与钒电解液溶解模块的搅拌或强制循环装置的开关电连。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，包括水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块，所述水净化模块、水预处理模块、钒电解液溶解模块和钒电解液后处理模块依次通过管路连通，所述水净化模块，水预处理模块，钒电解液溶解模块，钒电解液后处理模块和检测模块组合于一个或多个箱体内。
2.根据权利要求1所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，所述水净化模块包括反渗透设备和/或离子交换设备。
3.根据权利要求1所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，所述水预处理模块包括电加热设备、蒸汽加热设备和可燃气体加热设备中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，所述钒电解液溶解模块包括搅拌和/或强制循环装置。
5.根据权利要求1所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，所述钒电解液后处理模块包括滤布、滤芯、石英砂和活性炭中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，所述检测模块包括电导率仪、过滤设备和用于检测钒及硫酸根含量的设备中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，其特征在于，包括控制单元，所述水净化模块包括净化水储存箱，所述净化水储存箱内设有液位仪，所述液位仪通过控制单元与钒电解液溶解模块的搅拌或强制循环装置的开关电连。
8.一种钒电解液生产方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述可移动、模块化、集成化的钒电解液生产装置，所述钒电解液生产方法包括以下步骤：
步骤1、制备去离子水，以用于钒电解液的生产；
步骤2、采用水预处理模块调节去离子水水温，至15～40℃；
步骤3、使用溶剂直接溶解不同价态钒离子的硫酸盐固体，得到钒电解液原液；
步骤4、所述钒电解液后处理模块进一步处理钒电解液原液，去除钒电解液原液中的固体颗粒，并将处理后得到的钒电解液泵送至需求地点或装置；
步骤5、检测模块用于分析水电导率及钒电解液中物质含量。
9.根据权利要求8所述钒电解液生产方法，其特征在于，步骤3所述溶剂为水源水、去离子水、硫酸中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述钒电解液生产方法，其特征在于，步骤3所述不同价态钒离子的硫酸盐固体为硫酸钒、硫酸氧钒中的一种或者这二者的混合物，或者这二者混合物与硫酸的混合物。
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