CN214068764U - 可移动式电解液生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及全钒液流电池用钒电解液生产领域，提供一种可移动式钒电解液生产系统，包括箱体(1)、粗电解液制备区(2)和精电解液制备区(3)；所述粗电解液制备区(2)设置在箱体(1)内，包括自动进料系统和反应釜(21)；所述自动进料系统向所述反应釜(21)供应物料；所述精电解液制备区(3)设置在箱体(1)内，包括阴极液储罐(31)、阴极泵、阳极液储罐(32)、阳极泵和电解装置(33)；所述阴极液储罐(31)接收所述反应釜(21)内制备的粗电解液，所述精电解液制备区(3)形成阴极液循环回路和阳极液循环回路。本系统可实现使用地就地生产钒电解液，集成化程度高、自动控制程度高，占地空间小。

Description

可移动式电解液生产系统

技术领域

本实用新型涉及全钒液流电池用钒电解液生产领域，尤其涉及一种可移动式电解液生产系统。

背景技术

全钒氧化还原液流电池因其高安全性、配置灵活、寿命长、全生命周期电成本低等优点已成为规模化储能的首选之一，由此吸引了众多商家和投资者的目光。近年来全钒氧化还原液流电池得到快速发展，逐步进入大规模示范和实用阶段。钒电池储能系统中，电解液是钒电池电化学反应的活性物质，是电能的载体，其性能很大程度上影响储能系统运行的稳定性。钒电解液是发展钒电池的关键及基础，电解液的供应及价格的波动，对钒电池产业的发展影响巨大。

目前，钒电解液的生产场所主要固定在钒电池厂家，电解液生产完成后才转运至使用地，需要高昂的运输成本。如果能就地生产钒电解液，则可有效降低钒电解液的生产成本。

中国专利申请号为201310044008.3的专利提出了一种移动式钒电解液制备装置，其中包含一个可搬运的作业箱，作业箱内包含电解区、检测区、办公区、调配区、废料处理区、混料区、原料存放区等，以此实现电解液的现场制备。该专利在一定程度上克服了电解液生产场所固定的问题，但所述作业箱的分区功能较为繁杂，装置的转运成本高，占地空间大。

中国专利申请号为201820072383.7的专利提供了一种可移动、规模化、集成化的钒电解液生产装置。所述装置将检测模块、水净化模块、水预处理模块、钒电解液溶解模块和后处理模块集中于一个或多个箱体内。所述装置以硫酸钒和硫酸氧钒为原料，采用直接溶解的方法进行电解液的制备。该专利生产简便，但生产工艺路线比较单一，且钒的硫酸盐溶解度较低，生产效率低。

因此，亟需开发一种可移动、生产效率高、占地空间小、成本低的钒电解液生产系统。

实用新型内容

本实用新型的技术目的就在于解决可移动钒电解液生产系统结构复杂、原料限制等技术缺陷，提供一种可移动式钒电解液生产系统，该系统集成于一个集装箱中，能够在使用地生产钒电解液，生产效率高、占地空间小、成本低、自动化程度高。

作为本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种可移动式钒电解液生产系统，包括：

箱体、粗电解液制备区和精电解液制备区；

所述粗电解液制备区设置在箱体内，包括自动进料系统和反应釜；所述自动进料系统向所述反应釜供应物料；

所述精电解液制备区设置在箱体内，包括阴极液储罐、阴极泵、阳极液储罐、阳极泵和电解装置；所述阴极液储罐接收所述反应釜内制备的粗电解液，所述电解装置包括阴极和阳极，阴极的进口与所述阴极泵连接，阴极的出口与所述阴极液储罐连接，阳极的进口与所述阳极泵连接，阳极的出口与所述阳极液储罐连接，使得阴极液依次通过阴极液储罐、阴极泵和电解装置形成阴极液循环回路、阳极液依次通过阳极液储罐、阳极泵和电解装置形成阳极液循环回路。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述自动进料系统包括固体物料自动上料设备、气体物料管道输送设备和液体物料管道输送设备。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述固体物料自动上料设备包括鼓风机和真空上料机，所述鼓风机为所述真空上料机提供动力。

所述固体物料自动上料设备还包括重力传感器，通过重量信号控制固体的上料。

所述气体物料管道输送设备和所述液体物料管道输送设备均包括电动阀门、流量传感器，通过流量控制电动阀门的开启和关闭。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述鼓风机采用罗茨鼓风机。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述反应釜采用内衬四氟的电加热搅拌式反应釜。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述粗电解液制备区还包括第一换热器、设于反应釜底部的釜底泵及设置在反应釜内的第一温度传感器和液位传感器；所述釜底泵与所述第一换热器和所述阴极液储罐连接；所述反应釜内的物料达到设定的反应时间条件后所产生的粗电解液通过釜底泵在第一换热器与反应釜之间进行循环流动降温；在达到第一预定温度条件时，所述釜底泵向阴极液储罐输送粗电解液；在达到预定液位条件时，所述釜底泵停止向所述阴极液储罐输送粗电解液。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述釜底泵上设有第二阀门，用于控制釜底泵的出口流向为第一换热器或阴极液储罐。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述精电解液制备区还包括第二换热器和第二温度传感器，所述第二换热器和所述第二温度传感器君设置在阴极液循环回路上，所述第二换热器在达到第二预定温度上限条件时开启冷却液的流动，在达到第三预定温度下限条件时停止冷却液的流动。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述阴极液储罐和阳极液储罐均采用高分子耐腐蚀材料。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述电解装置采用多个单电池串联组成的电堆。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述阴极液循环回路上设有阴极成品液输送管路，所述成品液输送管路与所述阴极泵连接；所述阴极泵上设有第一阀门，在达到预定电解时间时形成成品液，所述第一阀门控制成品液由阴极循环回路流入成品液输送管路，将成品液向可移动式钒电解液生产系统外进行输送。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述可移动式钒电解液生产系统的储罐及管道输送系统均采用高分子耐腐蚀材料或内衬高分子耐腐蚀材料。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述可移动式钒电解液生产系统还包括尾气净化装置，所述尾气净化装置净化所述反应釜、所述阴极液储罐和所述阳极液储罐产生的气体。

根据本实用新型的一示例实施方式，所述可移动式钒电解液生产系统还包括控制系统，所述控制系统至少用于控制物料的流向、输送及电解装置的启停。

所述控制系统还用于：接收所有传感器的信号，所述所有传感器包括流量传感器、重力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、液位传感器；设定相关自动控制参数，并通过阀门、泵来自动控制物料的流向、输送，所述相关自动控制参数包括预定反应时间、预定液位、第一预定温度、第二预定温度、第三预定温度；电解装置的参数设定及启停，电解装置的参数包括电解时间。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的可移动式钒电解液生产系统集成于一个箱体中，可以克服钒电解液生产系统结构复杂、原料限制等缺点，占地空间小，可通过增减箱体自由调控产能，满足多种钒原料制备钒电解液的工艺需求。具体通过以下几个方面对本实用新型的优越性进行阐述：

(1)本系统集成度高，占地空间小，转运成本低。

(2)本系统可通过电解装置单电解池数量提高电解效率，也可通过增设集装箱数量自由调控整体产能。

(3)本系统自动化程度高，减少人为操作，降低生产风险。

(4)本系统可满足多种钒电解液生产工艺路线(包括化学还原和/或电解还原的生产工艺)，还可满足不同钒原料(包括不同价态钒的硫酸盐、氧化物等)、还原剂(包括气体还原剂、液体还原剂和固相还原剂)的使用需求。

附图说明

图1给出了第一种实施方式的可移动式钒电解液生产系统。

其中，1—箱体，2—粗电解液制备区，21—反应釜，22—第一换热器，23—鼓风机，24—真空上料机，25—气体还原剂管道，26—液体还原剂管道，27—硫酸管道，28—纯水管道，3—精电解液制备区，31—阴极液储罐，32—阳极液储罐，33—电解装置，34—第二换热器，35—成品液输送管路，4—尾气净化装置，5—控制系统，6—固体物料加料间。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

根据本实用新型的第一个实施方式，提供了一种可移动式钒电解液生产系统，如图1所示，包括：箱体1、粗电解液制备区2、精电解液制备区3、尾气净化装置4、控制系统5和固体物料加料间6。为了让图1更清楚地展示粗电解液制备区2和精电解液制备区3，通过虚线进行了区分，左侧大致为粗电解液制备区2，右侧大致为精电解液制备区3，但是尾气净化装置4、控制系统5和固体物料加料间6均不属于粗电解液制备区2和精电解液制备区3。

箱体1采用20GP标准集装箱，根据需要也可以选择40GP或是其他尺寸的集装箱。粗电解液制备区2、精电解液制备区3、尾气净化装置4、控制系统5和固体物料加料间6均设置在箱体1内。箱体1上设有多个接口，包括气体还原剂接口、液体还原剂接口、硫酸接口、纯水接口和成品液接口。气体还原剂接口、液体还原剂接口、硫酸接口和纯水接口设置在粗电解液制备区2的一侧(图1中箱体1的左侧)，成品液接口设置在精电解液制备区3的一侧(图1中箱体1的右侧)。

粗电解液指的是以5价的五氧化二钒或其他高价态的钒原料(包括固体或液体原料)经过化学还原或直接溶解得到的4～5价的电解液。粗电解液制备区2主要制备粗电解液，该粗电解液制备区2包括自动进料系统、第一温度传感器(图中未示出)、液位传感器(图中未示出)、反应釜21、第一换热器22和设置在反应釜21底部的釜底泵(图中未示出)。自动进料系统与反应釜21连接，并向反应釜21提供物料。自动进料系统包括固体物料自动上料设备、气体物料管道输送设备和液体物料管道输送设备。固体物料自动上料设备包括鼓风机23、真空上料机24和重力传感器(图中未示出)，鼓风机23为真空上料机24提供动力。重力传感器设置在固体物料加料间6内，通过重力信号控制进料量。单独设置固体物料间6，并通过鼓风机23和真空上料机24输送固体粉尘，能够达到很好的防尘效果，避免固体物料扬尘污染。鼓风机23采用罗茨鼓风机。气体物料管道输送设备包括气体还原剂管道25、设置在气体还原剂管道25上的第一电动阀门和第一流量传感器，气体还原剂管道25的一端伸至反应釜21，另一端与箱体1上的气体还原剂接口连接。气体还原剂从左侧的箱体1外部进入气体还原剂管道25并流向反应釜21，通过流量信号控制气体的进料。液体物料管道输送设备包括三根液体管道、分别设置在液体管道上的第二电动阀门和第二流量传感器，三根液体管道分别是液体还原剂管道26、硫酸管道27和纯水管道28，这三根管道的一端伸至反应釜21，另一端分别与箱体1上的液体还原剂接口、硫酸接口、纯水接口连接。液体还原剂从左侧箱体1外部进入还原剂管道26并流向反应釜21。硫酸溶液从左侧箱体1外部进入硫酸管道28并流向反应釜21。纯水从左侧箱体1外部进入纯水管道28并流向反应釜21。通过流量信号控制液体的进料。第一温度传感器和液位传感器设置在反应釜21内，监测反应釜21内粗电解液的温度和液位。反应釜21采用内衬四氟的电加热搅拌式反应釜。第一换热器22通过釜底泵与反应釜21连接，为反应釜21内的粗电解液降温。当反应釜21内的电解液达到预定反应的时间条件时反应完成，形成粗电解液；釜底泵将粗电解液向第一换热器22输送，对粗电解液进行降温。

釜底泵还用于连接粗电解液制备区2的反应釜21和精电解液制备区3，具体为釜底泵与阴极液储罐31连接，釜底泵上设有第二阀门，通过第二阀门控制釜底泵的出口为第一换热器22或阴极液储罐31。在第一换热器22持续为粗电解液进行降温的过程中，当反应釜21内的第一温度传感器测量的温度降到第一预定温度时，釜底泵在控制系统5的控制下，通过第二阀门将反应釜21内的粗电解液输送至经电解液制备区3内的阴极液储罐31中；当反应釜21内的液位传感器测量的液位降到预定液位时，釜底泵在控制系统5的控制下，停止向阴极液储罐31输送粗电解液。

精电解液是指将粗电解液再通过电解还原为精确的3.5价的电解液，该电解液为钒电池的初始电解液。精电解液制备区3主要制备精电解液，该精电解液制备区3包括阴极液储罐31、阳极液储罐32、电解装置33、第二换热器34、阴极泵(图中未示出)、阳极泵(图中未示出)、第二温度传感器(图中未示出)和成品液输送管路35。阴极液储罐31接收反应釜21内制备的粗电解液。电解装置33采用多个单电池串联组成的电堆，通过调整单电解池数量，可以自由调控电解功率。电解装置33包括阳极和阴极，阴极的进口与阴极泵连接，阴极的出口与阴极液储罐31连接；阳极的进口与阳极泵连接，阳极的出口与阳极液储罐32连接，使得阴极液依次通过阴极液储罐31、阴极泵和电解装置33形成阴极液循环回路、阳极液依次通过阳极液储罐32、阳极泵和电解装置33形成阳极液循环回路。阴极液循环回路上还设有第二换热器34和第二温度传感器，使得阴极液可在电解过程中得到降温保护，当第二温度传感器检测到阴极液循环回路的温度高于第二预定温度时，第二换热器34开启冷却液的流动；当第二温度传感器检测到阴极液循环回路的温度低于第三预定温度时，第二换热器34停止冷却液的流动。所述阴极泵与成品液输送管路35连接，并且所述阴极泵上设有第一阀门，所述第一阀门用于控制阴极泵的出口为阴极液循环回路或成品液输送管路35。电解时，阴极泵的出口为阴极液循环回路；在达到电解时间后，电解完成，形成成品液，阴极泵的出口为成品液输送管路35，所述成品液输送管路35通过箱体1的成品液接口从箱体1的右侧排出箱体1至指定的容器。阳极液采用硫酸水溶液。阴极液储罐31和阳极液储罐32均采用高分子耐腐蚀材料制备而成。

尾气净化装置4净化反应釜21、阴极液储罐31和阳极液储罐32产生的气体。反应釜21和阴极液储罐31产生二氧化碳等酸性气体，阳极液储罐32产生氧气等酸性气体。

控制系统5控制所有的电气元件、设备，具体如下：控制系统5与重力传感器、鼓风机23、真空上料机24连接，通过重力信号控制鼓风机23和真空上料机24的上料；控制系统5与第一流量传感器、第一电动阀门连接，通过气体流量信号控制第一电动阀门的开启和关闭；控制系统5与第二流量传感器和第二电动阀门连接，通过液体流量控制第二电动阀门的开启和关闭；控制系统5与反应釜21连接，控制反应釜21的反应，包括搅拌、加热等程序；控制系统5与釜底泵、第一换热器22连接，反应釜21完成反应后，控制釜底泵的开启，从而将粗电解液输送至第一换热器22降温；控制系统5与第一温度传感器和液位传感器连接，当温度低于第一预定温度时，控制釜底泵上的第二阀门开启方向，使粗电解液的输送方向由反应釜输送至第一换热器22改为由反应釜输送至阴极储液罐内，当液位低于预定液位时，控制釜底泵停止；控制系统5与第二换热器34、阴极泵、阳极泵连接，控制电解液的循环和第二换热器34内冷却液的流动；控制系统5与电解装置33连接，控制电堆的反应；控制系统5还控制阴极泵上的第一阀门，电解完成后，使阴极液的排出。

可移动式钒电解液生产系统的生产步骤如下：

(1)通过自动进料系统向反应釜21加入定量物料；

(2)加热反应釜21并进行搅拌，反应完成，产生粗电解液。

(3)通过釜底泵将粗电解液泵入第一换热器22进行循环换热降温，直到低于第一预定温度。

(4)当粗电解液低于第一预定温度时，通过第二阀门控制釜底泵的流向，将粗电解液输送至阴极液储罐31，当反应釜21内的液位低于预定高度，釜底泵停止输送粗电解液。

(5)启动阴极泵和阳极泵使得阴极液、阳极液分别在阴极液循环回路、阳极液循环回路中循环，启动电解装置33电源，电解的时间根据物料加入量进行设定。电解过程中根据第二温度传感器信号，识别出阴极液的温度高于第二预定温度时，第二换热器34的冷却液流动开始降温，识别出阴极液的温度低于第三预定温度时，第二换热器34的冷却液停止流动。

(6)电解完成后，关闭电解装置33、阴极泵、阳极泵，控制阴极液流向至成品液输送管路35，将阴极液储罐31内产生的精电解液通过成品液接口输出系统。阴极液储罐31输出的精电解液为3.5价钒电解液，将同体积的3.5价钒电解液作为钒电池的正负极的初始电解液，在首次充放电完成后，正极变为4价电解液，负极变为3价电解液。

以上生产过程均由控制系统5进行控制，并且全自动完成生产。

本生产系统将两级电解液的制备区集成于一个集装箱中，占地空间小，集成度高、自动化程度高，两级制备可以高效地制备出电解液，还可以通过增减箱体自由调控产能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，包括：

箱体(1)、粗电解液制备区(2)和精电解液制备区(3)；

所述粗电解液制备区(2)设置在箱体(1)内，包括自动进料系统和反应釜(21)；所述自动进料系统向所述反应釜(21)供应物料；

所述精电解液制备区(3)设置在箱体(1)内，包括阴极液储罐(31)、阴极泵、阳极液储罐(32)、阳极泵和电解装置(33)；所述阴极液储罐(31)接收所述反应釜(21)内制备的粗电解液，所述电解装置(33)包括阴极和阳极，阴极的进口与所述阴极泵连接，阴极的出口与所述阴极液储罐(31)连接，阳极的进口与所述阳极泵连接，阳极的出口与所述阳极液储罐(32)连接，使得阴极液依次通过阴极液储罐(31)、阴极泵和电解装置(33)形成阴极液循环回路、阳极液依次通过阳极液储罐(32)、阳极泵和电解装置(33)形成阳极液循环回路。

2.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述自动进料系统包括固体物料自动上料设备、气体物料管道输送设备和液体物料管道输送设备。

3.根据权利要求2所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述固体物料自动上料设备还包括鼓风机(23)和真空上料机(24)，所述鼓风机(23)为所述真空上料机(24)提供动力。

4.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述粗电解液制备区(2)还包括第一换热器(22)、设于反应釜(21)底部的釜底泵及设置在反应釜(21)内的第一温度传感器、液位传感器；所述釜底泵与所述第一换热器(22)和所述阴极液储罐(31)连接；所述反应釜(21)内的物料达到设定的反应时间条件后所产生的粗电解液通过釜底泵在第一换热器(22)与反应釜(21)之间进行循环流动降温；在达到第一预定温度条件时，所述釜底泵向阴极液储罐(31)输送粗电解液，在达到预定液位条件时，所述釜底泵停止输送。

5.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述精电解液制备区(3)还包括第二换热器(34)及第二温度传感器，所述第二换热器(34)和所述第二温度传感器均设置在阴极液循环回路上；所述第二换热器(34)在达到第二预定温度上限条件时开启冷却液的流动，在达到第三预定温度下限条件时停止冷却液的流动。

6.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述精电解液制备区(3)设置有成品液输送管路(35)，所述成品液输送管路(35)与阴极泵连接；所述阴极泵上设有第一阀门，在达到预定电解时间时形成成品液，所述第一阀门控制成品液由阴极循环回路流入成品液输送管路(35)，将成品液向可移动式钒电解液生产系统外进行输送。

7.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述电解装置(33)采用多个单电解池串联组成的电堆。

8.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述可移动式钒电解液生产系统还包括尾气净化装置(4)，所述尾气净化装置(4)净化所述反应釜(21)、所述阴极液储罐(31)和所述阳极液储罐(32)产生的气体。

9.根据权利要求1所述的可移动式钒电解液生产系统，其特征在于，所述可移动式钒电解液生产系统还包括控制系统(5)，所述控制系统(5)至少用于控制物料的流向、输送及电解装置(33)的启停。

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