第50卷第9期氯堿工業(yè)Vol 50. No 92014年9月Chlor-Alkali Industry2014【電解】膜極距電解槽改造時機(jī)及改造方案蔡智勇·,樊新艷(南京金浦錦湖化工有限公司,江蘇南京210048)[關(guān)鏞詞]膜極距;電解槽;電壓降;改造[摘要]探討根據(jù)電解槽的運(yùn)行狀況確定膜極距改造時機(jī)。給出膜極距改造方案和相關(guān)廠家改造后電解槽的運(yùn)行數(shù)據(jù)。指出改造后生產(chǎn)操作中的注意事項。[中圖分類號]TQ114.262[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B[文章編號]1008-133x(2014)09-0023-04Timing of transforming ion-exchange membrane electrolyzersinto membrane thickness electrode-distance type and plansCal Zhiyong, FAN XinyanNanjing KUMHO GPRO Chemical Co, Ltd, Nanjing 210048, China)Key words: membrane-thickness electrode- distance; electrolyzer; voltage drop; transformationAbstract: The timing of transforming electrolyzers into the tynessdistance according to their running behaviors was discussed. Transformation plans were introduced. Therunning data of electrolyzers transformed by different factoones wenre given. Matters needing attention inoperation after transformation were pointed out.截至2013年底,我國氯堿產(chǎn)能達(dá)到3850萬用膜與電極緊密接觸的構(gòu)造使離子膜表面電流密∪a。但受下游市場疲軟及產(chǎn)能過剩的影響,近兩年度分布更為均勻,電壓降損失最小;離子遷移路徑進(jìn)燒堿裝置的開工率只有0%左右。目前嬈堿行業(yè)一步被壓縮保證裝置的電壓降更低。電解產(chǎn)生的進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整期產(chǎn)能過剩的壓力加劇。隨著離子氣體在氣室內(nèi)因氣體存在受限空間能保證氣體很膜法燒堿在國內(nèi)占主導(dǎo)地位,同時國家節(jié)能減排政快逸出,不致因充氣度過高而導(dǎo)致槽電壓升高。策的嚴(yán)格實施,燒堿生產(chǎn)企業(yè)在高新技術(shù)等方面投人非常大,進(jìn)一步提升了我國氯堿生產(chǎn)技術(shù),同時1.2膜極距電解組成進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。最近我國氯堿行業(yè)積極尋求節(jié)能控膜極距電解槽主要由3部分組成:選擇透過性制技術(shù),從電極、極間距、離子膜等方面尋求突破。離子交換膜、電極、固定集電裝置。有效降低裝置能耗是離子膜法燒堿技術(shù)發(fā)展的關(guān)2南京金浦錦湖化工有限公司生產(chǎn)現(xiàn)狀及鍵。使用先進(jìn)技術(shù)——膜極距技術(shù),有利于提高企膜極距改造時機(jī)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,進(jìn)一步降低能耗。2.1燒堿生產(chǎn)設(shè)備介紹根據(jù)各地區(qū)的電價差異,燒堿生產(chǎn)中電價占成2008年6月投入生產(chǎn)的10萬U/a離子膜電解本的55%~65%。目前在氯堿企業(yè)推廣膜極距技術(shù)是必然的趨勢。裝置采用日本氯工程電解生產(chǎn)技術(shù),電解槽為Bi1膜極距說明TAC-874,共有8臺電解槽生產(chǎn)裝置,組成4個系1.1膜極距和電壓降統(tǒng),每臺電解槽由1個陽極終端、73個單元槽、1個膜極距電解槽就是電極直接與離子膜接觸,陰陰極終端74張離子膜組成。具體參數(shù)如下。陽兩電極之間只有離子膜的距離。膜極距技術(shù)是利中國煤化工CNMHG[作者簡介]蔡智勇(1976-),男,助理工程師現(xiàn)從事離子膜法燒堿的生廠又不音理⊥TF[收稿日期]2014-02-27電解氯堿工業(yè)2014年交換膜類型Flemion 020解槽內(nèi)陰陽極筋板采用波紋狀結(jié)構(gòu),改善了槽內(nèi)液電解梢類型BaTAC◆-874體流動方式提高了導(dǎo)電率。電解槽無油壓系統(tǒng)單電解槽單元的數(shù)量74陽極反應(yīng)區(qū)3.276m2x74元數(shù)調(diào)節(jié)范圍大。每個單元槽都可測定氯氣純度,以判斷電解槽運(yùn)行情況。采用自然循環(huán)方式,能耗活性陰極低,也可延長膜及涂層的壽命。額定電流14.75kA2.2燒堿生產(chǎn)情況及膜極距改造時機(jī)額定電流密度4.5 kA/r質(zhì)量(空載)每臺電解槽大約194t南京金浦錦湖化工有限公司(以下簡稱“金浦質(zhì)量(工作)每臺電解槽大約33.9t錦湖”)離子膜電解裝置自2008年6月開始運(yùn)行電解槽數(shù)量8套2012年9月涂鈀、換膜,現(xiàn)又運(yùn)行近6年。跟蹤分該電解槽特點(diǎn)是:陽極為擴(kuò)張陽極。單元槽導(dǎo)析成品堿(見表1),表明離子膜目前狀況良好。電面積為3.276m2離子膜利用度可達(dá)895%。電表12013年12月2日9:00,常溫下成品堿品質(zhì)情況Table 1 Quality of finished caustic soda at room temperatreat9:00on2013-12-21w( NaOH)/%(Na2SO4)/0(NaCO3)/106wo( cao)/10測定值指標(biāo)測定值指標(biāo)測定值指標(biāo)測定值指標(biāo)≤10w(Fe2O3)/1I0-6(Al2O3)/10wo( NaCi)/10(N2C3)0測定值測定值指標(biāo)測定值指標(biāo)測定值指標(biāo)≤400注:成品堿中Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般3年內(nèi)控制在低于6.0×10-5,最初的一年內(nèi)控制在不高于40×103。(1)工藝電耗方面情況如下。93%時,實施電解槽的改造計劃。離子膜電解裝置設(shè)計的直流電耗為2103(3)離子交換膜評價。kW·h/t,前3年運(yùn)行期間單元槽的陰極和陽極的裝置運(yùn)行前3年,更換了3張離子交換膜;2012涂層損失將導(dǎo)致單元槽電壓上升90mV左右離子年9月到現(xiàn)在更換了2張離子膜,總體運(yùn)行狀況較膜因污染將導(dǎo)致單元槽電壓上升30mV左右折算為理想。2012年9月拆除下來的離子膜底部有少直流電耗約86kW·b/t。而且涂鈀換膜前裝置的許氣泡,離子膜表面較為潔凈?，F(xiàn)在裝置上運(yùn)行的電壓上升,直流電耗應(yīng)達(dá)到2279kW·h/t涂鈀、離子膜是F-8080,氣體逸出情況、電流效率、氯氣換膜后,直流電耗均達(dá)到2180kW·h/t。電解槽進(jìn)產(chǎn)量等因素表明離子膜運(yùn)行情況較為理想。電壓比入第2生產(chǎn)運(yùn)行周期后,必須及時分析電壓上漲幅之前使用的F-8020離子膜低60~80mV,能耗可度依據(jù)可承擔(dān)成本及生產(chǎn)周期落實改造計劃。當(dāng)能下降45kW·h/t,且耐鹽水污染的能力更強(qiáng)。根單元槽電壓上漲至34V時根據(jù)直流電耗=(平均據(jù)以上情況分析,在鹽水品質(zhì)正常、壓差控制正常的單元槽電壓x1000)÷1.492×電流效率計算出直情況下,能夠確保F-8080離子膜在裝置第2個周流電耗2450kW·h/t左右,燒堿的運(yùn)行成本增加,期內(nèi)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。為不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此,實施電解槽的改造計劃。(4)單元槽評價。(2)電流效率狀況。裝置投產(chǎn)初期,單元槽電壓為3.08V(電流電解裝置投產(chǎn)初期,電流效率約為96.15%。14.75kA、槽溫88℃);至202年6月20日,裝置正常裝置每運(yùn)行1年裝置的電流效率下降1%,故單元槽電壓為3.23V(電流1475kA、槽溫88℃),2012年9月裝置的電流效率為93.15%,屬于正常上升了0.15V。對照相同工藝廠家,與金浦錦湖裝水平。但依據(jù)每天生產(chǎn)量293t統(tǒng)計,裝置的電流效置的槽電壓上升幅度基本一致。單元槽的電壓上升率為939%,較為理想。裝置因電流效率下降導(dǎo)致不僅因為單元槽涂層損失,也可能因為單元槽的極工藝電耗上升50kW·h/t,統(tǒng)計的工藝電耗僅為網(wǎng)變形或其他因素。涂鈀、換膜后金浦錦湖電解槽2289kW·h/t,說明綜合狀況較理想。當(dāng)電解槽生平均槽電壓為3.17V左右。但是現(xiàn)在金浦錦湖電產(chǎn)進(jìn)入第2個周期后期時,要依據(jù)每天統(tǒng)計的生產(chǎn)解槽運(yùn)行已接中國煤化工等都會損傷量,計算陰極電流效率。陰極電流效率=堿實際生電解槽涂層?？刂品秶鷥?nèi)。CNM產(chǎn)量/理論產(chǎn)量=堿實際生產(chǎn)量/(1.492×電流x在第2個周期,x灰劃墨你七槽陽極。在單元槽個數(shù)×?xí)r間)。當(dāng)裝置的電流效率下降接近離子膜電解槽保證期間,如果正常操作條件下所測第9期蔡智勇等:膜極距電解槽改造時機(jī)及改造方案電解量的陰極或陽極月平均電壓值比考核初期平均槽電低不少,但室框厚度增加,安裝時要將總管備用接口壓升高150mV或更高同時確認(rèn)電壓升高是由于移到電解槽中間。初始安裝的陰極或陽極劣化所致則該陰極或陽極3.2陰極的傳統(tǒng)修復(fù)工序已壽命終結(jié);或由供方檢測該電極的涂層量小于原拆下舊陰極網(wǎng),修補(bǔ)網(wǎng)面破損,用噴砂法除去舊始涂層量的35%以下,亦可認(rèn)定。企業(yè)進(jìn)行電解槽涂層,退火校平,陰極網(wǎng)重涂,焊接到陰極盤上。陰改膜極距的考慮來源于節(jié)能減排、提高市場競爭力、極的膜極距改造是通過改造陰極,將電極間距由2節(jié)約維修成本等25mm縮小到幾乎為0有效地降低了電極間的極間3金浦錦湖膜極距改造方案距阻抗,達(dá)到降低電解電耗的目的。彈性網(wǎng)彈性均燒堿生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行電解槽改造時主要考慮:單勻,陽極網(wǎng)、離子膜、陰極網(wǎng)柔性貼合,實現(xiàn)膜極距元槽結(jié)構(gòu)改動、涂層性能穩(wěn)定、后續(xù)極網(wǎng)維護(hù)、改造使電流分布均勻,比表面積增大。采用熱氧化法貴周期、改造后工藝運(yùn)行質(zhì)量和成本等。改造說明:①金屬涂層,提高了陰極活性涂層性能,且網(wǎng)面光滑,先改造檢修1組、完成后運(yùn)行,接著進(jìn)行第2組改造不會對膜產(chǎn)生機(jī)械損傷。檢修,逐漸替換(停車一改造一開車一停車—改1)陰極的膜極距改造。造);②增加改造檢修后電解槽的產(chǎn)能,即增加單元固定原陰極網(wǎng),通過鎳條(寬5mm,厚25mm)將槽數(shù)量或者增加1組電解槽減少電解槽改造造成陰極網(wǎng)與盤牢固地焊在一起然后鋪設(shè)彈性網(wǎng)利用鎳的產(chǎn)能損失。條(寬4mm,厚0.1mm)將面網(wǎng)壓焊在陰極法蘭面上3.1陽極修復(fù)工序改造前、后陰極與膜接觸面積分別如圖1、2所示。內(nèi)容概述:拆下舊陽極網(wǎng),修補(bǔ)網(wǎng)面破損,用噴砂法除去舊涂層,退火校平,陽極網(wǎng)重涂,改造更換陽極法蘭面,陽極網(wǎng)焊接到陽極盤上。(1)校平陽極。將不平陽極網(wǎng)用炙手鐵板夾住,高溫處理后再自然冷卻,讓網(wǎng)面平整,平面度在0.5mm(2)涂覆陽極。涂層配方會對電解槽電壓、氯氣中的氧含量等相關(guān)指標(biāo)造成影響,因而極網(wǎng)涂層配方選擇高氧配方還是低氯酸鹽配方要慎重(3)檢驗陽極。利用檢測儀器檢測陽極涂層的性能:電位、涂層量、均勻度等。(4)安裝陽極。將新的或重涂的陽極網(wǎng)通過氬圖1改造前陰極與膜接觸面積圖示弧焊或電阻焊的方法固定到陽極盤上。Fig. 1 Contact area of cathode and(5)陽極法蘭面的保護(hù)。BTAC陽極系統(tǒng)的密membrane before transformation封面部位極易發(fā)生間隙腐蝕。通常采取的保護(hù)措施是:在墊片處電鍍上一層含鈀的保護(hù)膜。在長期使用中,鈦表面的保護(hù)膜一旦被劃傷碰破,很快就會產(chǎn)生間隙腐蝕。因為耗材比較貴,有的公司將密封面換成鈦鈀材質(zhì);有的公司直接在原密封面上貼層0.7mm厚的鈦鈀板。陽極密封面更換鈦鈀后可以一勞永逸,杜絕了鈦密封面的間隙腐蝕,不需鍍鈀,清理方便。圖2改造后陰極與膜接觸面積圖示(6)切割陽極將原法蘭面更換為鈦鈀法蘭面。ig 2 Contact area of cathode and(7)或者對陽極法蘭面加鈦鈀板。直接在原密封面上貼一層0.7mm厚的鈦鈀板,內(nèi)側(cè)一周焊接,(2)膜極“中國煤化工比外側(cè)點(diǎn)焊更換鈦鈀CNMH〔的成本,但節(jié)該方法與(6)相比,泄漏的風(fēng)險和工作量都降省了之后的鍍鈀、陽極腐蝕的修復(fù)等很多費(fèi)用;陰極電解氯堿2014年總好側(cè)膜極距改造與陰極重涂相比僅增加了一些材料,V。改造前電壓326V,電流15kA。還有西北某氯包括焊在盤上的鎳條、彈性網(wǎng)覆蓋網(wǎng)陰極面網(wǎng)基堿企業(yè)將 BiTAC電解槽改造成迅 MitAC電解槽,使材鎳條等。每個單元槽的改造成本高出傳統(tǒng)維修用旭硝子離子膜,92單元/臺,膜極距改造后于2013成本約5000元。年4月11日開車,運(yùn)行電流16.4kA,平均槽溫83(3)膜極距改造的優(yōu)勢。85℃,堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)32.5%,槽電壓在3.03~3.05V蘇北某企業(yè)改造后的膜極距電解槽在裝置上的穩(wěn)定運(yùn)行。校正至5kA/m2(90℃、32%堿)時,電運(yùn)行結(jié)果顯示:槽電壓明顯降低,在運(yùn)行電流為16壓298V。改造前運(yùn)行電流5kA,電壓3.25V。kA、槽溫90℃、進(jìn)口鹽水質(zhì)量濃度(305±5)g/L氯氫氣壓差4~5kPa、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%的條件下單元槽平均電壓為3.00V左右,節(jié)能效果明顯。3.3改造時需要考慮的事項田(1)涂層質(zhì)量保證?，F(xiàn)在進(jìn)行膜極距改造的企d+tH290Lr業(yè)很多,涂層配方也很多,都有自己的先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn),但是在生產(chǎn)中能否經(jīng)受腐蝕和反向電流的影響,需要進(jìn)一步確認(rèn)。還要考慮對槽電壓、氯氣中的氧含量等相關(guān)指標(biāo)是否造成影響,以及是否影響到下日期游工序。平均電壓;一X5Mm時校正電壓;(2)膜極距改造方式。改造企業(yè)多,改造技術(shù)士4579km時校正電壓方案更多要采用適合自己電解槽的方式,以達(dá)到提圖3改造后膜極距電解槽指標(biāo)趨勢圖高產(chǎn)量和節(jié)能降耗的目的。Fig 3 Trend chart of index of membrane-thickness(3)現(xiàn)場管路方面。改造是系統(tǒng)工程。在進(jìn)行electrode-distance transformed electrolyzers膜極距改造之前需要對系統(tǒng)進(jìn)行分析,確定清洗計預(yù)計金浦錦湖改造后的膜極距電解槽在運(yùn)行電劃、控制技術(shù)操作技術(shù),分析系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)、管道、流14.75kA、槽溫88℃、進(jìn)槽鹽水質(zhì)量濃度(305儀表是否有限制。5)g/L、氯氫氣壓差35kPa、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%的條34生產(chǎn)操作中的注意事項件下,單元槽平均電壓為3.00V左右(電流效率膜極距電解槽的改造是發(fā)展方向。改造后的電9.5%),節(jié)能效果明顯。以1個系統(tǒng)為計算單元,解槽運(yùn)行后,要及時測量統(tǒng)計關(guān)鍵工藝參數(shù),如槽按電價0.68元/(Wh)、運(yùn)行時間每年80計溫電流流量、單元槽電壓等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有相關(guān)槽電算,僅因電解槽部分直流電壓降而節(jié)約的電費(fèi):W=壓上漲時,取樣分析相關(guān)氯氣純度、堿中鹽含量,檢(U1-U2)×l×8000×0.68。查出口軟管帶氣量顏色等。造成電壓上漲的原因式中W為節(jié)約電費(fèi),元;U1為改造前電壓,V;可能是運(yùn)行一段時間后彈性網(wǎng)失去彈性或部分脫2為改造后開車電壓,V;為滿負(fù)荷運(yùn)行電流,落。換膜時要注意避免損壞陰極網(wǎng)造成壽命縮短。14.75kA減少計劃停車,避免異常停車否則有可能造成膜針W=(469.42-447.22)×14.75×8000孔。針孔多容易導(dǎo)致堿中NaCl含量高,使陽極涂層0.68=1781328(元)。和基材容易腐蝕。氯堿企業(yè)應(yīng)考慮逐步更換改造原有的單元槽,4相關(guān)廠家改造數(shù)據(jù)對比我國相關(guān)廠家BTAC槽改為膜極距后各項指以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)益(s。分參考獻(xiàn)標(biāo)如圖3所示。[]高旭東2012年國內(nèi)氯堿形勢綜述[J].氯堿工業(yè),蘇北某氯堿企業(yè)將BTAC電解槽改造成2013,49(6):1-11[2]齊闖常極距離子膜電解槽膜極距改造總結(jié)[J氯堿工iBiTAC電解槽。有4個單元電解槽膜極距改造后于業(yè),2014,50(3):17-192011年12月6日開車,使用旭硝子離子膜現(xiàn)已運(yùn)3]張國華離行近2年,運(yùn)行電流15.0~16.5kA,平均槽溫V凵中國煤化工警與職工職業(yè)操作企業(yè)安CNMHG].北京:化學(xué)6.0~87.5℃,槽電壓在2.950~2.990V穩(wěn)定運(yùn)工業(yè)科技出雙社,∠0U:行。校正至5kAm2(90℃/32%堿)時,電壓2970[編輯:蔡春艷