ZMBCH 2.7電解槽膜極距改造

肖道兵

(江蘇奧喜埃化工有限公司，江蘇 泰興 225434)

江蘇奧喜埃化工有限公司(以下簡稱“江蘇奧喜埃”)原為江蘇光明化工股份有限公司，2008年被香港凱仕頓投資公司有限收購。1套2.5萬t/a離子膜法KOH裝置采用藍星(北京)化工機械有限公司(以下簡稱“北化機”)生產的自然循環高電流密度電解槽，共有140只單元槽，雙頭油壓，有效電解面積2.7 m2。離子膜選用杜邦N2030 K型膜，于2007年3月投產。

與相同電流密度下的普通電解槽相比，膜極距電解槽擁有特殊的彈簧墊和柔韌的陰極網，有較長的陰極涂層壽命；活性陰極網在彈簧墊的作用下，直接與離子膜接觸，極間距只有離子膜的厚度，大大降低了溶液的電壓降；且新型電極有較大的導電區域，具有低結構的電壓降[1]。因此，膜極距單元槽電壓下降170 mV以上，生產1 t KOH的電耗下降83 kW·h，節能降耗和社會經濟效益明顯。

近幾年電解槽膜極距改造工藝日趨成熟，管理水平日益提高，為膜極距改造后的電解槽穩定經濟運行提供了有力保障。2014年7月，江蘇奧喜埃計劃更換此套裝置的離子膜，同時對電解槽進行膜極距改造。

1 電解槽膜極距改造

1.1膜極距電解槽改造主要步驟

1.1.1 陰陽極網

電解槽陰陽極涂層預期壽命為8年。江蘇奧喜埃電解槽已運行7年，存在陰陽極網變形、涂層老化、槽電壓高、電流效率下降、產品品質下降等問題。因此，本次對陰陽極網進行以下改造。①陽極更換為帶有特殊涂層的新鈦網(DSE)，保證壽命至少8年。②陰極利用舊的活性陰極網，安裝新設計的彈簧，安裝高性能的活性陰極網，保證壽命至少8年。③新陰陽極網全部原裝進口。

1.1.2 單元槽密封墊片

由于新陰極在原有陰極網基礎上增加了彈性網和活性陰極網，造成陰極網突出4～5 mm。為了避免陰極網的壓力過大刺破離子膜，經過對不同墊片生產廠家的墊片進行硬度和厚度分析后，決定將陰極中框墊片全部改為端框墊片，陽極墊片型號不變。

1.1.3 油壓系統

江蘇奧喜埃2007年4月開車時，電解槽多次發生墊片密封泄漏著火事故，原因主要為擠壓力過大。經反復計算，電解槽擠壓力采用改造前運行的7.0 MPa不變。油壓系統由北化機技術人員進行保養和部分備件更換。

1.1.4 陰陽極進出料軟管

軟管預期壽命為8年，本次改造時全部更換。

1.1.5 極化整流器

原電解槽已安裝北化機配套的極化整流器，經計算(V極化整流器=2.54n)，其額定容量滿足改造后的膜極距電解槽的要求。

1.2膜極距電解槽改造注意事項

1.2.1 單元槽位置

正電位區運行的單元槽可以換至負電位區運行，但負電位區運行的單元槽不允許移動至正電位區運行。因此，拆槽時將單元槽做好編號，按順序吊裝在運輸小車上，改造完成后要求廠家按原順序排列裝箱運回。

1.2.2 陽極網

要保護性地拆除舊陽極網。拆除后，要檢查邊框法蘭面和底板是否腐蝕和平整；檢查筋板，發生彎曲的要調整；檢查進料分布管小孔，堵塞的要清理疏通。新陽極網最好采用自動點焊，焊接后要進行真空測試，測試后要清洗陽極網，然后做焊點、平整度檢查，清除焊點毛刺。

1.2.3 陰極網

舊的陰極網作為支撐體(基網)將彈性體焊接在基網上，再鋪上活性網。彈性網易出現斷絲現象。改造后的單元槽陰極側要求網表面平整，彈性均勻，網面不應出現可觸摸到的斷絲、接頭。

1.2.4 犧牲電極

檢查單元槽犧牲電極是否腐蝕、損壞或脫落，犧牲電極點焊在單元槽進出液接管上。更換時要區分正電位區和負電位區的犧牲電極。

2 電解槽膜極距改造后節能分析

2.1電解槽膜極距改造前后運行數據

電解槽膜極距改造前后，在11.5 kA電流下的運行數據統計見表1。

表1 電解槽膜極距改造前后運行數據Table 1 Operation data of electrolyzers before and after zero-gap remodeling

由表1可知：在相同的運行電流密度下，單元槽平均電壓下降了210 mV，節電明顯。

2.2電解槽膜極距改造前后校正電壓變化情況

電解槽膜極距改造前后校正電壓(折標)變化趨勢如圖1所示。

由圖1可知：膜極距改造后槽電壓下降明顯。在改造后運行初期，槽電壓稍高，隨后逐漸下降至穩定水平。

2.3電解槽膜極距改造前后能耗比較

在相同電流密度的情況下，電解槽膜極距改造前后能耗比較見表2。

2.4效益核算

改造前直流電耗：

3.18×1 000÷2.094÷96%=

1 581.9 (kW·h/t)。

改造后直流電耗：

2.97×1 000÷2.094÷98%=

1447.3 (kW·h/t)。

以裝置年產2.5萬t計，年節電：

(1 581.9-1 447.3)×25 000=

336.54萬 (kW·h)。

圖1 電解槽膜極距改造前后校正電壓變化圖Fig.2 Change in calibrated cell voltagebefore and after zero-gap remodeling

時間單元槽平均電壓/V電流效率/%直流電耗/(kW·h/t)單耗下降/(kW·h/t)改造前3．18961581．90改造后2．97981447．3134．6

以電費0.6元/(kW·h/t)計，年節約電費：

0.6×336.54=201.92(萬元)。

年節約的用電量對應折算成節約標煤：

1.229×336.54≈413.6 (t)。

年減排二氧化碳：1 100.2 t。

改造費用分攤到單元槽，平均2.3萬元/只，總投資費用：

2.3×140=322(萬元)。

年投資回報率62.7%，投資回收期約19個月。

3 膜極距電解槽改造后操作注意事項

陽極側鹽水品質是維持離子交換膜高性能的重要因素[2]。膜極距電解槽對鹽水精制工藝要求更嚴格，對二次精制鹽水的質量指標要求更高(見表3)。

正常情況下，陰極室操作壓力(25 kPa)高于陽極室操作壓力(20 kPa)，維持壓差在5.0 kPa。 陰極彈性網能承受的壓力有限，如果因誤操作或生產事故造成大的反向壓差，可能對陰極網造成無法修復的損傷，導致槽電壓上升，電耗增加。因此，必須嚴格控制陰、陽極室操作壓力和壓差。

電解槽正常或緊急停車后，由于電解槽內的電解液因原電池反應產生反向電流，反向電流將會使陰極被氧化。改造前電解槽陰極采用氧化鎳涂層，其具有良好的穩定性，不易被氧化，反向電流對其危害較小。改造后電解槽陰極采用鎳基加氧化釕涂層，其容易被反向電流氧化而腐蝕(溶解)，并逐漸失去活性(析氫電位上升)，使槽電壓上升；同時，溶解下來的鎳會污染離子膜，使膜電壓上升[3]。因此，電解槽停車后必須供應極化電流，保持每個單元槽電壓為1.6～1.8 V。

表3 二次鹽水質量指標Table 3 Operating parameters of secondarily refined brine

電解槽停車檢修規程變化如下。改造前，根據北化機電解槽操作規程，為確保檢修安全和保護極網涂層，停車后電解槽陰陽極室須排液充入純水水洗2次。膜極距改造后，由于新的陰極涂層中的氧化釕等成分對酸性和中性水幾乎沒有抗腐蝕性，所以停車后電解槽陽極室充入180 g/L的新鮮鹽水、陰極室充入16%～18%的KOH置換后排液，陽極室再次充入純水、陰極室再次充入質量分數2%～3%KOH清洗陰陽極網，確保陰極涂層不被涂層催化劑和鎳基體之間發生的電化學腐蝕所損傷。

4 結語

利用電解槽陰、陽極涂層的壽命周期和離子膜的更換周期進行膜極距改造，能較好地節省投資，較大幅度地降低電耗，達到清潔生產、節能降耗、增加經濟效益的目的。

[1] 章斯淇，李永毛，李濤，等.BiTAC離子膜電解槽膜極距改造的降耗效果和經濟分析[J].氯堿工業，2015，51(2)：5-7.

[2] 蔡德忠，熊鵬，陳敏.膜極距電解對鹽水質量的要求及影響因素[J].氯堿工業，2014，50(11)：1-4.

[3] 曹亞格.膜極距改造的降耗效果和經濟分析[J].氯堿工業，2015，51(1):20-21.