膜極距電解槽改造技術(shù)工作總結(jié)及相關(guān)計算

石 敏，王紅東

（煙臺萬華氯堿有限責任公司，山東 煙臺 264002）

膜極距電解槽改造技術(shù)工作總結(jié)及相關(guān)計算

石 敏，王紅東

（煙臺萬華氯堿有限責任公司，山東 煙臺 264002）

介紹了將低電密離子膜電解槽改造成膜極距的改造內(nèi)容及節(jié)能效果。

低電密；膜極距；彈性網(wǎng)；活性陰極；槽溫；氫氣余熱

隨著離子膜燒堿生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，離子膜電解槽不斷更新?lián)Q代，目前，已經(jīng)完成低電密-高電密-膜極距的過渡，單臺槽的能力逐步提高，單位產(chǎn)品能耗逐步下降。隨著國內(nèi)氯堿行業(yè)節(jié)能降耗壓力的不斷增大，作為氯堿行業(yè)最先使用的低電密自然循環(huán)復極式離子膜電解槽 （以下簡稱低電密離子膜電解槽）節(jié)能改造迫在眉睫。2010年12月，煙臺萬華氯堿有限責任公司（以下簡稱煙臺萬華氯堿）在國內(nèi)氯堿行業(yè)率先完成了成套的低電密離子膜電解槽節(jié)能改造。

1 低電密離子膜電解槽的改造情況

煙臺萬華氯堿2003年引進2臺日本旭化成1.5萬t/a的低電密離子膜電解槽，已運行近8年。2010年10月運行電流為10.5 kA,電流密度為3.889 kA/m2，槽溫為85℃，平均槽電壓為3.183 V，直流電耗達到2 231 kW·h，電流效率呈直線下降趨勢。為應對節(jié)能降耗嚴峻形勢，針對電槽運行現(xiàn)狀，經(jīng)過充分調(diào)研、分析，最終在低電密→高電密改造和低電密→膜極距改造之間選擇了工期短、投資省的低電密→膜極距改造方案，并確定了國內(nèi)離子膜電解槽生產(chǎn)企業(yè)藍星北化機作為合作伙伴，使用旭化成F-6801離子膜。

此次改造在不改變低電密電解槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)、陽極也不重涂的情況下，只對低電密離子膜電解槽的陰極進行膜極距改造，即保留原陰極網(wǎng)為陰極底網(wǎng)，陰極底網(wǎng)上鋪鎳基材彈性網(wǎng)和包覆網(wǎng)，最外側(cè)鋪裝鎳基材活性網(wǎng)，采用鎳帶焊接，改造后的單元槽陰極側(cè)要求網(wǎng)表面平整，彈性均勻，網(wǎng)面無可觸摸到的斷絲。增加膜極距電解槽必備的極化整流器。

運行上，陰極液循環(huán)量由30m3/h增大至36m3/h，電解液循環(huán)時，手動按1∶2的比例往陽極入口補加純水以保證陽極側(cè)稀鹽水循環(huán)。其他工藝參數(shù)維持原狀。

此次改造歷時15天，完成253個單元槽的改造。

為了確保膜極距電解槽開車順利，在裝假膜電槽擠壓、水洗后，重新對單元槽陰極進行毛刺檢查，基本上消除了膜極距電槽扎膜的現(xiàn)象。

2臺電槽相繼于2010年12月19日和26日一次開車成功。改造后，運行電流為10.8 kA,電流密度為4 kA/m2，槽溫為78.9℃，平均槽電壓為2.889 V，直流電耗達到2 010 kW·h。

改造前后比較情況分別見表1、表2。

低電密離子膜電解槽改為膜極距后，極距縮短，電阻降低，槽溫降低，由表2可以看出槽溫由85℃降為78.1℃。

2006年投產(chǎn)的高電密電槽槽溫為89℃，因此增加1臺89℃氫氣與78.1℃循環(huán)堿液間接換熱器，可以提高槽溫5℃，降低氫氣含水，、氫氣溫度和氫氣處理工序負荷。改造區(qū)域示意圖見圖1。

表1 二次鹽水比較表

表2 運行指標比較表

2 增加的換熱器面積計算及節(jié)能效果

（1）計算依據(jù)

a.假設燒堿溫度由78℃升至86℃；氫氣溫度由89℃降至87℃。

b.78~85℃的30%~32%燒堿的比熱為0.87 kJ/（kg·℃）；87 ℃水蒸氣焓值為 2 300 kJ/kg

c.87℃水蒸氣的分壓為0.64 kg/cm2；89℃水蒸氣的分壓為0.714 kg/cm2。

d.列管式不銹鋼換熱器的換熱系數(shù)為500 kJ/（m2·℃）

e.氫氣由89℃降至87℃，堿由78℃升至86℃，取平均溫差△tm=6℃。

f.進列管式不銹鋼換熱器兩種物料量

I期進槽燒堿流量為72m3/h，燒堿密度為1.3t/m3，

所以，燒堿流量：72×1.3=93.6（t/h）；

II期氫氣產(chǎn)量為0.17萬t/a，相當于212.5 kg/h。

（2）氫氣中水蒸氣冷凝產(chǎn)生的熱量的計算

87℃水蒸氣的分壓為0.64 kg/cm2。假設出電解槽的氫氣在87℃時含有的水蒸氣量為w1，

89℃水蒸氣的分壓為0.714 kg/cm2。假設出電解槽的氫氣在89℃時含有的水蒸氣量為w2。

氫氣溫度由89℃降至87℃產(chǎn)生的水蒸氣量為：

w2-w1=4 872-3 469=1 403（kg/h）

87℃水蒸氣焓值為2 300 kJ/kg

所以，水蒸氣冷凝產(chǎn)生的熱量即氫氣可提供的熱量為：

Q1=1 403×2 300=3 226 900（kJ/h）

（3）燒堿升高6℃吸收的熱量計算

燒堿溫度由78℃升至86℃

燒堿需吸收的熱量為：

Q2=93.6 t/h×1 000×0.87 kJ/kg·℃×6℃

=488 592 kJ/h

折算成蒸汽量488 592 kJ/h÷2 300 kJ/kg

=212 kg/h

（4）由以上計算可知，氫氣中水蒸氣冷凝產(chǎn)生的熱量3 226 900 kJ/h，遠遠大于燒堿升高6℃所能吸收的熱量488 592 kJ/h， 為3 226 900/488 592=6.6倍。所以，按燒堿升高6℃所能吸收的熱量計算列管式不銹鋼換熱器的換熱器面積。

（5）列管式不銹鋼換熱器的換熱器面積計算

不銹鋼換熱器的換熱系數(shù)取500 kJ/（m2·℃）

△tm=6℃

Q=ks△tm

以燒堿吸收的熱量計算

設換熱器的面積為S

488 592 kJ/h=500 kJ/m2·℃×S×6 ℃

S=163 m2，取 200 m2

（6）利用II期氫氣的熱量提升I期入槽燒堿的溫度后，槽溫提升6℃，可降低槽電壓，每噸燒堿降低電耗約30 kW·h，節(jié)約蒸汽20 t/d。

3 結(jié)語

此次改造達到了預期目標，節(jié)能效果相當明顯。改造前后噸堿耗電降低213 kW·h與2005年相比下降113 kW·h；產(chǎn)能得到了提升、延長了設備使用壽命。實踐證明，低電密離子膜電解槽膜極距改造是工期最短、投資最省的節(jié)能改造方案。從表觀上看，低電密離子膜電槽膜極距改造后，出口喘動影響裝置的生產(chǎn)能力，膜極距電解槽槽溫低，影響了裝置節(jié)電效果，用蒸汽提高槽溫的方案不可取，應利用余熱。膜極距電解槽運行控制的優(yōu)化、膜極距電槽的管理等問題應引起氯堿行業(yè)和電槽制造單位的重視。

Summary of innovation technology of membrane polar distance and its calculation

SHI Min,WANG Hong-dong
(Yantai Wanhua Chlor-alkali Co.,Ltd.,Yantai 264002,China)

The innovation contents of transforming the low distance ionic membrane electrolyzer into membrane polar distance and energy effects were introduced.

low current density;membrane polar distance;elastic network;activated cathode;bath temperature;waste heat of hydrogen gas

TQ114.26

B

1009－1785(2011)10-0006-02

2011-04-11