電解槽膜極距改造前后電耗對比

吳雙根

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

【電 解】

電解槽膜極距改造前后電耗對比

吳雙根*

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

膜極距改造；電解槽；節能降耗

介紹了氯工程BiTAC電解槽擴能及膜極距改造的相關過程，并通過不同電解槽的運行數據對比，說明膜極距改造能有效降低電解電耗，實現節能降耗的目的。

1 電解槽膜極距改造的目的

近年來，中國氯堿行業發展迅速，隔膜法燒堿工藝已經淘汰，新建和改造項目都采用離子膜法燒堿工藝。離子膜法燒堿工藝因節能、產品品質好、無污染等諸多優點被世界公認為最合理的制堿方法。

隨著離子膜法電解工藝的日趨完善及操作水平、管理水平的不斷提高，節能降耗的途徑主要集中在電解槽結構、材質的改進，以及膜性能的提高等方面[1]。在離子膜法燒堿生產過程中，電耗是最重要的生產成本。根據電解原理，要降低電耗，就要獲得較高的電流效率和低的槽電壓。對于電解槽單元，極間距(極距)是一項非常重要的技術指標，極距越小，單元槽電解電壓越低，相應的生產電耗也越低。膜極距電解槽通過降低電解槽陰極側溶液電壓降，達到節能降耗的效果[2]。

普通電解槽也可以通過陰極極網改良接觸面、增加極網面等方式來實現膜極距改造，以達到節能降耗的目的[3]。

2 重慶映天輝膜極距改造情況

重慶市映天輝氯堿化工有限公司(以下簡稱“重慶映天輝”)電解裝置原設計生產能力為10萬t/a，由4個回路8臺電解槽共536個氯工程BiTAC單元槽組成。2015年為配套重慶巴斯夫MDI項目而進行了擴能改造，在原有基礎上增加氯工程新型膜極距n-BiTAC槽型327個，達到18萬t/a燒堿能力；并對原有BiTAC單元槽進行了膜極距改造，達到了擴能降耗的目的。

2.1 膜極距改造原理

普通電解槽，極間距為1.8～2.2 mm，溶液電壓降為200 mV左右。想達到節能降耗的目的，可以縮小極間距降低電解槽陰極側溶液電壓降。膜極距電解槽就是改進陰極側結構，增加彈性構件，減小極間距(近似0)，此時極間距基本為膜的厚度。與普通電解槽相比，同等電流密度下膜極距電解槽電壓降低約180 mV，相應噸堿電耗下降約127 kW·h。

普通電解單元槽結構如圖1所示，膜極距電解單元槽結構如圖2所示。

膜極距改造就是利用原有陰極作支撐，在支撐層上面固定有彈性的增距層，同時在增距層上面固定含活性涂層的陰極，以達到減小極間距的目的[4]。

2.2 重慶映天輝膜極距改造實施方式

重慶映天輝氯工程BiTAC電解單元槽膜極距改造交由氯工程公司完成，并于2014年5月16日與氯工程公司技術簽定《i-BiTAC改造項目技術附件》，其主要性能約束為：改造完成初期，在電流負荷每回路16.38 kA、電流密度5 kA/m2、離子膜F8080情況下，單元校正電壓小于3.0 V。

圖1 普通電解單元槽結構簡圖

圖2 膜極距電解單元槽結構簡圖

改造完成的單元槽型命名為i-BiTAC單元槽。改造采用陽極網重涂，陽極法蘭面更換為鈦鈀合金；在原陰極網內加裝鎳絲編織成的彈性網，再裝回陰極活性極網，通過鎳帶固定。在實際生產過程中，通過陰極網內加裝的鎳絲網的彈力，使離子膜緊緊貼向陽極，以降低極距[5]。

2.3 項目實施情況

該擴能改造項目自2014年9月24日開始，采用單回路停車逐步改造的方式進行，于 2015年6月23日全部完成，每回路改造完成后均一次性開車成功。電解槽現場準備及安裝時間共38個工作日，平均每個回路6.33個工作日。

電解槽全部改造完成后運行初期的槽壓情況如表1所示。

表1 改造完成后電解槽運行狀況(2015年7月22日)

改造完成后，電解裝置單元槽數量由原來536個增加到864個，其中改造為i-BiTAC膜極距單元槽537個，n-BiTAC新型膜極距單元槽327個(10個備用)。在5 kA電流密度(16.38 kA)下，燒堿生產能力達到16.2 萬t/a；運行5.5電流密度(18.0 kA)電流時，燒堿生產能力達到17.8 萬t/a。

通過表1可以看出：本次改造完成后，電解槽運行指標達到技術附件要求。

3 各型單元槽電壓情況

3.1 氯工程BiTAC電解單元槽初開車電耗情況

重慶映天輝電解裝置第1期4個回路燒堿生產能力10萬t/a(電流16.2 kA，效率96.5%)，1#、2#回路2009年9月20日搭電投運，3#、4#回路2010年1月20日搭電投運。表2～表5為重慶映天輝原氯工程BiTAC電解槽初開車時電壓情況記錄表，為取值準確、有代表性，取值均為初開車的7個數據。

表2 R2001電解單元槽運行情況

表3 R2002電解單元槽運行情況

表4 R2003電解單元槽運行情況

表5 R2004電解單元槽運行情況

由表2～表5可見：標準條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃、質量分數32%計)，上述時間段平均槽壓為2.985 V。

3.2 膜極距改造后初開車槽壓情況

重慶映天輝膜極距改造項目完成后，i-BiTAC單元槽位于1#、2#、5#、6#回路。表6～表9為重慶映天輝膜極距改造單元槽i-BiTAC初開車時電壓情況記錄表，為使取值準確、有代表性，取值均為初開車的7個數據。

表6 R2001電解單元槽運行情況

表7 R2002電解單元槽運行情況

表8 R2005電解單元槽運行情況

表9 R2006電解單元槽運行情況

由表6～表9可知：標準條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃、質量分數32%計)，上述時間段平均槽壓為2.904 V。

3.3 膜極距電解槽n-BiTAC單元槽電壓情況

重慶映天輝新購買的n-BiTAC單元槽位于3#、4#回路。表10、表11為重慶映天輝新膜極距單元槽n-BiTAC初開車時電壓情況記錄表，為使取值準確、有代表性，選取開車初期的7個數據。

表10 R2003電解單元槽運行情況

表11 R2004電解單元槽運行情況

由表10、表11可知：標準條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃，質量分數32%計)，上述時間段平均槽壓為2.821 V。

4 各類型單元槽對比

通過本次擴能改造，重慶映天輝現有單元槽中，有2種槽型，即原生的膜極距單元槽n-BiTAC和膜極距改造單元槽i-BiTAC，和原來的普通單元槽BiTAC詳細指標對比情況如表12所示。

表12 電流效率96.5%時，各型單元槽性能對比

從表12可以看出：采用全新膜極距n-BiTAC型電解單元槽，性能有大幅提高，與普通單元槽相比，標準槽電壓低164 mV，生產1 t燒堿的標準直流電耗低113.9 kW·h，膜極距電解槽能夠大幅降低電耗。但從實際成本出發，不可能全部直接更換新膜極距槽型。采用普通單元槽型改造的i-BiTAC型電解單元槽，性能介于二者之間，較改造前的普通單元槽電壓低81 mV，生產1 t燒堿的標準直流電耗低56.26 kW·h。

以上為各類型單元槽運行初期性能對比，實際上受各種運行條件的影響，各型單元槽在運行中、后期的性能不可能和初始狀態完全一樣，但總體而言，膜極距改造性能始終優于普通電解槽。

5 結語

膜極距電解槽比普通電解槽的性能更優異。普通電解槽進行膜極距改造也能大幅降低電解槽電壓及直流電耗[6]，但在分析和評價電解槽改造收益時，不能局限于電解槽電壓的降低，還應綜合考慮電解槽運行時間、涂層壽命等因素，結合離子膜更換周期，適時進行膜極距改造，才能發揮出電解槽改造的最佳經濟效益。

[1] 楊世飛，王延軍.兩種膜極距改造電解槽運行的對比[J].氯堿工業，2014，50(4)：22-23.

[2] 李明.電解槽膜極距改造的綜合效益分析與改造時機選擇[J].氯堿工業，2014，50(4)：16-18.

[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.

[4] 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.

[5] 段東山.離子膜電解槽膜極距改造后運行情況總結[J].氯堿工業，2016，52(4):11-13.

[6] 費巍.電解槽膜極距改造與運行的經驗教訓[J].氯堿工業，2014，50(11):9-11.

[編輯：蔡春艷]

Electricity consumption comparison of eletrolyzers before and after zero-gap remodeling

WUShuanggen,RAOXin

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

zero-gap remodeling; electrolyzer; energy-saving and consumption reduction

The course of capacity expansion and zero-gap remodeling of electrolyzers Chlorine Engineers BiTAC was introduced. The operation data of different eletrolyzers were compared, showing that zero-gap remodeling could effectively decrease electricity consumption of electrolysis and realize the aims of energy saving and consumption reduction.

2017-02-07，饒鑫

TQ114.262

B

1008-133X(2017)03-0016-05

*[作者簡介] 吳雙根(1982—)，男，助理工程師，2002年畢業于四川理工學院化學工程與工藝專業，現為重慶市映天輝氯堿化工有限公司氯堿車間主任，從事生產管理、車間管理工作。