[发明专利]一种高效清洁氯化法制备高纯度钒电解液的系统及方法

摘要

本发明属于化工、能源领域，提供了一种高效清洁氯化法制备高纯度钒电解液的系统及方法。采用氯化‑除尘淋洗‑提纯‑催化氧化‑流态化还原‑流化床溶解工艺，制备得到高纯低价钒氧化物粉体，钒平均价态为3.0～4.0范围内任一值；在液固流化床中配加超纯水和纯硫酸低温溶解低价钒氧化物得到高纯度钒电解液，可直接用于全钒液流电池。本发明通过向催化氧化流化床通入洁净富氧空气实现氯气再生，最终实现氯气循环，降低生产成本；通过盐酸冷凝吸收塔回收催化氧化尾气中的氯化氢，消除含钒盐酸的产生，大大降低环保成本。本发明具有原料适应性强、生产能耗和操作成本低、产品质量稳定等优点，适用于高纯度钒电解液的大规模工业化生产。

主权项

1.一种高效清洁氯化法制备高纯度钒电解液的系统，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)、提纯工段(4)、催化氧化工段(5)、催化氧化产物加料工段(6)、流化床预热工段(7)、还原焙烧工段(8)、冷却流化床工段(9)、高纯低价钒氧化物加料工段(10)和液固流化床溶解工段(11)；所述加料工段(1)包括工业级钒氧化物料仓(1‑1)、工业级钒氧化物星形给料机(1‑2)、碳源料仓(1‑3)、碳源星形给料机(1‑4)、混料器(1‑5)和混料器星形给料机(1‑6)；所述氯化工段(2)包括沸腾氯化炉进料器(2‑1)、沸腾氯化炉(2‑2)、氯化炉旋风分离器(2‑3)、第一浆料喷嘴(2‑4)、第二浆料喷嘴(2‑5)和氯化残渣排渣器(2‑6)；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)和三氯氧钒浆料罐(3‑6)；所述提纯工段(4)包括水解除杂釜(4‑1)、蒸馏釜(4‑2)、精馏塔(4‑3)、三氯氧钒冷凝器(4‑4)、三氯氧钒回流罐(4‑5)和高纯三氯氧钒储罐(4‑6)；所述催化氧化工段(5)包括三氯氧钒汽化器(5‑1)、三氯氧钒喷嘴(5‑2)、洁净水雾化喷嘴(5‑3)、盐酸雾化喷嘴(5‑4)、洁净富氧空气预热器(5‑5)、催化氧化流化床(5‑6)、催化氧化流化床旋风分离器(5‑7)、盐酸冷凝吸收塔(5‑8)和催化氧化流化床排料器(5‑9)；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)和催化氧化产物星形给料机(6‑2)；所述流化床预热工段(7)包括预热流化床进料器(7‑1)、预热流化床(7‑2)、预热流化床排料器(7‑3)和预热流化床旋风分离器(7‑4)；所述还原焙烧工段(8)包括还原床气体加热器(8‑1)、还原流化床(8‑2)、还原床旋风分离器(8‑3)和还原床排料器(8‑4)；所述冷却流化床工段(9)包括冷却流化床(9‑1)、冷却流化床旋风分离器(9‑2)和冷却流化床排料器(9‑3)；所述高纯低价钒氧化物加料工段(10)包括高纯低价钒氧化物料仓(10‑1)和高纯低价钒氧化物星形给料机(10‑2)；所述液固流化床溶解工段(11)包括液固流化床进料器(11‑1)、液固流化床(11‑2)和高纯度钒电解液储罐(11‑3)；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星形给料机(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星形给料机(1‑4)的进料口相连接；所述工业级钒氧化物星形给料机(1‑2)的出料口和所述碳源星形给料机(1‑4)的出料口均与所述混料器(1‑5)的进料口通过管道相连；所述混料器(1‑5)底部的出料口与所述混料器星形给料机(1‑6)的进料口相连接；所述混料器星形给料机(1‑6)的出料口与所述沸腾氯化炉进料器(2‑1)的进料口通过管道相连接；所述沸腾氯化炉进料器(2‑1)的排料口与所述沸腾氯化炉(2‑2)上部的进料口通过管道相连接；所述沸腾氯化炉进料器(2‑1)底部的进气口与工业氮气总管相连接；所述沸腾氯化炉(2‑2)下部的进气口通过管道分别与氯气气源总管和工业氮气总管相连接；所述第一浆料喷嘴(2‑4)位于所述沸腾氯化炉(2‑2)上部；所述第一浆料喷嘴(2‑4)的进料口与所述三氯氧钒浆料罐(3‑6)中部的浆料出口通过管道相连接；所述第二浆料喷嘴(2‑5)位于所述沸腾氯化炉(2‑2)下部；所述第二浆料喷嘴(2‑5)的进料口与所述三氯氧钒浆料罐(3‑6)中部的浆料出口通过管道相连接；所述氯化炉旋风分离器(2‑3)设置于所述沸腾氯化炉(2‑2)的顶部中心；所述氯化炉旋风分离器(2‑3)顶部的出气口通过管道与所述除尘塔(3‑1)的进气口相连接；所述沸腾氯化炉(2‑2)下部的排渣口与所述氯化残渣排渣器(2‑6)的进料口通过管道相连接；所述氯化残渣排渣器(2‑6)底部的进气口与工业氮气总管相连接；所述除尘塔(3‑1)顶部的三氯氧钒泥浆喷嘴与所述三氯氧钒浆料罐(3‑6)的底部出口通过管道相连接；所述除尘塔(3‑1)顶部的三氯氧钒泥浆喷嘴同时与所述蒸馏釜(4‑2)的底部出口通过管道相连接；所述除尘塔(3‑1)包括设有刮刀的旋转除尘筒；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)的进气口通过管道相连；所述一级淋洗塔(3‑2)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；所述一级淋洗塔(3‑2)的出气口与所述二级淋洗塔(3‑3)的进气口通过管道相连；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)的出气口与所述三级淋洗塔(3‑4)的进气口通过管道相连；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)的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；所述离心过滤器(3‑5)的上清液出口与所述水解除杂釜(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浆料罐(3‑6)的浆料入口通过管道相连；所述水解除杂釜(4‑1)顶部设有除杂剂加入口；所述水解除杂釜(4‑1)的液体出口与所述蒸馏釜(4‑2)的液体入口通过管道相连接；所述蒸馏釜(4‑2)的气体出口与所述精馏塔(4‑3)的气体入口通过管道相连；所述蒸馏釜(4‑2)的回流口与所述精馏塔(4‑3)底部的液体回流出口通过管道相连接；所述精馏塔(4‑3)顶部的气体出口与所述三氯氧钒冷凝器(4‑4)的进气口通过管道相连接；所述三氯氧钒冷凝器(4‑4)的液体出口与所述三氯氧钒回流罐(4‑5)的液体进口通过管道相连接；所述三氯氧钒回流罐(4‑5)的回流口与所述精馏塔(4‑3)上部的液体回流口通过管道相连；所述三氯氧钒回流罐(4‑5)的高纯三氯氧钒液体出口与所述高纯三氯氧钒储罐(4‑6)的进液口通过管道相连接；所述高纯三氯氧钒储罐(4‑6)下部的液体出口与所述三氯氧钒汽化器(5‑1)的液体进口通过管道相连接；所述三氯氧钒汽化器(5‑1)的出气口与所述三氯氧钒喷嘴(5‑2)的进气口通过管道相连接；所述三氯氧钒喷嘴(5‑2)位于所述催化氧化流化床(5‑6)的中下部；所述洁净水雾化喷嘴(5‑3)的进液口与洁净水总管相连；所述洁净水雾化喷嘴(5‑3)的进液口同时与洁净富氧空气总管相连；所述洁净水雾化喷嘴(5‑3)位于所述催化氧化流化床(5‑6)的下部；所述洁净富氧空气预热器(5‑5)的进气口与所述洁净富氧空气总管相连接，所述洁净富氧空气预热器(5‑5)的出气口与所述催化氧化流化床(5‑6)底部的流化气体入口通过管道相连接；所述盐酸雾化喷嘴(5‑4)位于所述催化氧化流化床(5‑6)的下部；所述盐酸雾化喷嘴(5‑4)的进液口与所述盐酸冷凝吸收塔(5‑8)的出液口通过管道相连；所述盐酸雾化喷嘴(5‑4)的进液口同时与洁净富氧空气总管相连；所述催化氧化流化床旋风分离器(5‑7)置于所述催化氧化流化床(5‑6)顶部中心；所述催化氧化流化床旋风分离器(5‑7)的出气口与所述盐酸冷凝吸收塔(5‑8)的进气口通过管道相连；所述盐酸冷凝吸收塔(5‑8)的出气口通过管道与氯气循环系统的进气口相连；所述催化氧化流化床(5‑6)中部的出料口与所述催化氧化流化床排料器(5‑9)的进料口通过管道相连；所述催化氧化流化床排料器(5‑9)的松动风入口与洁净氮气总管相连接；所述催化氧化流化床排料器(5‑9)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星形给料机(6‑2)的进料口相连接；所述催化氧化产物星形给料机(6‑2)的出料口与所述预热流化床进料器(7‑1)的进料口通过管道相连接；所述预热流化床进料器(7‑1)的出料口与所述预热流化床(7‑2)的进料口通过管道相连接；所述预热流化床进料器(7‑1)的松动风入口与洁净氮气总管相连接；所述预热流化床旋风分离器(7‑4)置于所述预热流化床(7‑2)的顶部中心；所述预热流化床旋风分离器(7‑4)的出气口与所述还原床气体加热器(8‑1)的燃料入口通过管道相连接；所述预热流化床(7‑2)的高温气体入口与所述还原床旋风分离器(8‑3)的气体出口通过管道相连；所述预热流化床(7‑2)下部的排料口与所述预热流化床排料器(7‑3)的进料口通过管道相连接；所述预热流化床排料器(7‑3)的松动风入口与洁净氮气总管相连；所述预热流化床排料器(7‑3)的出料口与所述还原流化床(8‑2)的进料口通过管道相连接；所述还原流化床(8‑2)的流化气体入口与所述还原床气体加热器(8‑1)的高温气体出口通过管道相连接；所述还原床气体加热器(8‑1)的燃料入口与燃料总管相连接；所述还原床气体加热器(8‑1)的助燃风入口与压缩空气总管相连接；所述还原床气体加热器(8‑1)的还原气体入口分别与洁净还原气体总管和洁净氮气总管相连接；所述还原床旋风分离器(8‑3)设置于所述还原流化床(8‑2)的顶部中心；所述还原流化床(8‑2)上部的出料口与所述还原床排料器(8‑4)的进料口通过管道相连接；所述还原床排料器(8‑4)的松动风入口与洁净氮气总管相连；所述还原床排料器(8‑4)的出料口与所述冷却流化床(9‑1)的进料口通过管道相连接；所述冷却流化床(9‑1)的冷却气体入口与洁净氮气总管相连；所述冷却流化床(9‑1)内置竖直挡板；所述冷却流化床旋风分离器(9‑2)置于所述冷却流化床(9‑1)的顶部中心；所述冷却流化床旋风分离器(9‑2)的出气口与所述尾气处理系统的进气口通过管道相连；所述冷却流化床(9‑1)的出料口与所述冷却流化床排料器(9‑3)的进料口通过管道相连接；所述冷却流化床排料器(9‑3)的松动风入口与洁净氮气总管相连；所述冷却流化床排料器(9‑3)的出料口与所述高纯低价钒氧化物料仓(10‑1)的进料口通过管道相连接；所述高纯低价钒氧化物料仓(10‑1)的出料口与所述高纯低价钒氧化物星形给料机(10‑2)的进料口相连接；所述高纯低价钒氧化物星形给料机(10‑2)的出料口与所述液固流化床进料器(11‑1)的进料口通过管道连接；所述液固流化床进料器(11‑1)的松动风入口与洁净氮气总管相连接；所述液固流化床进料器(11‑1)的排料口与所述液固流化床(11‑2)的进料口通过管道相连接；所述液固流化床(11‑2)的超纯水入口与超纯水总管相连接；所述液固流化床(11‑2)的硫酸入口与纯硫酸总管相连接；所述液固流化床(11‑2)顶部气体出口与所述尾气处理系统的气体入口通过管道相连；所述液固流化床(11‑2)的出液口与所述高纯度钒电解液储罐(11‑3)通过管道相连接；所述高纯度钒电解液储罐(11‑3)底部设有带阀门的高纯度钒电解液出口。