新舊離子膜混裝時的加酸控制

郭豐彪

（濱州海洋化工有限公司，山東 濱州 256800）

新舊離子膜混裝時的加酸控制

郭豐彪

（濱州海洋化工有限公司，山東 濱州 256800）

通過理論計算和實際操作，說明新舊離子膜混裝時如何控制加酸量更有利用安全運行。

離子膜；加酸；電解槽；控制

電解槽在運行過程中不可避免的會出現離子膜損壞和更換，隨著近年來控制手段的完善及管理水平的提高，運行中離子膜的更換現象逐漸減少。某公司燒堿裝置采用的是旭化成高電密自然循環電解槽，離子膜使用的是旭化成F-6801。第一批離子膜上機時間四年左右，20萬t/a產能運行過程中僅16張離子膜出現了針孔微量泄漏的現象。在生產運行中更換出現針孔的離子膜，因考慮到電解槽的加酸一般選擇運行電流效率相近的舊離子膜替換，以免出現個別離子膜加酸過多引起酸化或加酸過少引起副反應過高造成電極腐蝕。

1　理論計算

通過與旭化成技術人員交流得知，旭化成F-6801離子膜的酸化條件是出槽淡鹽水的酸度＞0.05N。以此為標準進行計算整臺電解槽中離子膜之間電流效率允許的最大差值。電解槽的加酸主要是為了中和陰極液通過離子膜反滲至陽極液中的OH-，從而抑制氧的生成減少陽極副反應的發生及降低對陽極電極電催化性能的影響，其氫氧根在陽極的反應式為：［OH］→1/2［H2O］+1/4［O2］。這部分氫氧根的量等于1-CE，當電解槽運行電流為10.8 kA/h時，一個單元槽的理論產量是10.8×37.3=402.8（eq）。電流效率分別為96%、94%、92%、90%運行時的酸度要求見表1。

表1　電流效率96%、94%、92%、90%運行時的酸度需求

由上可以看出電流效率之間相差2%的離子膜，在同臺電解槽上按低電流效率的離子膜控制加酸運行，高電流效率的離子膜其陽極液的酸度仍然能夠維持在0.05 N以下，運行是安全的。

根據旭化成的離子膜酸化條件＞0.05 N，電解槽在10.8 kA/h運行時也可以推算出其淡鹽水中高出的過酸量為（0.05－0.003）×170=7.99（eq），7.99 eq的鹽酸與氫氧化鈉反應同樣需要7.99 eq的氫氧化鈉。這個7.99 eq的氫氧化鈉即是一臺電解槽中離子膜之間相比允許的最大氫氧根反滲量，這個反滲量占理論堿產量402.8 eq的1.98%。即：當電解槽上平均離子膜的氫氧化鈉反滲量較新更換的離子膜氫氧化鈉反滲量高出7.99 eq以上時，這張新離子膜在按照總出槽淡鹽水酸度指標控制運行時，由于進槽鹽水中的鹽酸得不到足夠量氫氧化鈉的中和，這張新離子膜將發生過酸現象。

以上兩種計算可知，同臺電解槽中單張離子膜的最高電流效率不能高于整臺電解槽離子膜平均電流效率的2%。

2　實際運行情況

某公司在2012年10月底系統進行停車檢修，8#槽在進行離子膜試漏時發現一張離子膜存在肥皂水鼓泡現象，用流量計檢測發現泄漏量較小，但為了安全運行還是對該離子膜拆卸后進行了更換。由于電解槽的運行中離子膜更換較少，備用的離子膜中并沒有與該臺電解槽電流效率相當的膜，當時8#槽的離子膜電流效率已達到了92%。根據運行記錄選擇了備用膜中電流效率最低的一張離子膜進行了替換，該張離子膜是2010年更換下修補的舊膜，其電流效率接近95%。其開車后電流11.2 kA/h的運行數據見表2。

表2　出口陽極液指標對比

從陽極液的酸度上看新更換的離子膜已遠遠超出了旭化成要求的＞0.05 N，通過酸度及其他的指標也可以看出該張離子膜的電流效率要遠遠高于未更換的其他離子膜。該張離子膜單元槽電壓明顯高于其他電解槽。分析高出的電壓是由三部分組成：（1）由于該離子膜電流效率高，膜內雜質較少，膜電阻相對較大；（2）由于該離子膜陽極液酸度相對較高，存在酸化現象引起；（3）新墊片的更換造成了極距增加，從而引起了電解液的電阻上升。

隨后的生產運行中該張離子膜因陽極液取樣需要輕卸電解槽出口軟管工作太危險，故陽極液的指標一直未再分析。但在電解槽日常管理中卻發現該單元槽電壓在運行過程中逐漸下降，最后穩定在了較其他單元槽高約60 mV后未再變化。并且在將電解槽的加酸減小一半時，能夠發現該張離子膜的單元槽電壓下降的幅度較大并與其他單元槽電壓的差距減小。通過這兩點分析：該張離子膜存在酸化現象，但是運行電壓沒有持續上升說明該離子膜沒有大面積的因酸化起泡、分層等持續的惡化，可以繼續安全的運行，見圖1。

圖1　運行電壓對比

該離子膜一直在8#槽運行到2013年6月隨8#槽整體更換離子膜，下槽后觀察該張離子膜在極室的底部墊片邊緣有輕微的鼓泡現象，但沒有影響到整張離子膜的運行，分析是單元槽陽極室底部進口分配管處酸度相對于整個單元槽陽極室內陽極液酸度偏大的原因引起。

3　小結

旭化成 F-6801的離子膜在出口陽極液酸度＞0.05 N將出現酸化，根據實際的運行情況來看似乎有點保守，但是生產運行中不可能做到每張離子膜都分析出口陽極液的酸度，也不可能做到整臺電解槽的離子膜效率一致，每個單元槽陽極室內部陽極液中的酸度分布也不是完全均勻。旭化成要求正常運行中電解槽整體的出槽陽極液酸度控制在0.003 N，也是考慮這些因素從安全運行角度而規定的。

離子膜電解槽在進行離子膜更換時一定要兼顧所更換離子膜和整臺電解槽離子膜平均電流效率的差異，要盡量將整臺電解槽離子膜之間的電流效率差異控制在2%之內。如果無法做到這一點，那么電解槽的加酸要適當兼顧電流效率高的離子膜，加酸量應適當降低。

對于電解槽中新更換離子膜的運行情況，可以在電解槽加酸與不加酸時分別測量單元槽電壓做對比，對于變化幅度較大的單元槽要重點分析和監控。對于電流效率較高的離子膜特別是新離子膜不得不更換至低電流效率電解槽的情況，建議在新更換離子膜單元槽的陽極液出口上安裝旭化成專用的取樣軟管，以便隨時取樣分析指標掌握其運行狀況，避免出現單張離子膜的酸化現象。

Adding acid control when old and new ion-exchange membrane mix-loading

GUO Feng-biao
（Binzhaou Ocean Chemical Co.，Ltd.，Binzhou 256800，China）

Through theoretical calculation and practical operation，how to control the acid adding when old and new ion-exchange membrane mix-loading to ensure safe operation were introduced.

ion-exchange membrane；adding acid；electrolytic cell；control

TQ114.26+2

B

1009-1785（2016）09-0011-02

2016-08-29