兩種離子膜電解槽在同一系統上應用小結

唐宇來

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600）

廣西柳化氯堿有限公司燒堿分廠現有15萬t/a離子膜燒堿裝置。其中一期10萬t/a采用4臺旭化成NCH型自然循環高電流密度電解槽，二期5萬t/a引進2臺旭化成NCZ型零極距電解槽。一期、二期離子膜均采用旭化成膜F-6801。兩種電解槽共同使用一套二次鹽水精制工序及淡鹽水脫氯工序，現將兩種電解槽的運行情況小結如下。

1 電解槽的技術參數

旭化成NCH型電解槽的技術參數（見表1），旭化成NCZ型電解槽的技術參數（見表2）。

2 運行工藝流程

2.1 一期10萬t/a NCH型自然循環高電流密度電解槽工藝流程簡述

一次鹽水經螯合樹脂塔處理后，合格鹽水由精鹽水泵（離心泵）送至鹽水高位槽，從鹽水高位槽來的精鹽水分兩路進入電解槽，一路供正常使用，另一路與純水配比稀釋后供電解槽充液和停車時補充鹽水之用。供正常使用的精鹽水通過入口連接在總管上的軟管進入陽極室，電解產生Cl2，同時NaCl濃度降低，氯氣與淡鹽水的混合物通過出口軟管進入陽極出口匯集管的氣液分離器進行氣液分離。被分離的液體送入陽極循環槽，經陽極循環泵送入真空脫氯系統，同時相當于入槽鹽水流量15%的淡鹽

表1 旭化成NCH型電解槽的技術參數

表2 旭化成NCZ型電解槽的技術參數

水引入精鹽水總管防止陽極加酸引起的鈦管腐蝕。被分離的氯氣送至陽極循環槽的頂部進一步分離后并入氯氣總管去氯處理工序。

陰極液通過陰極液高位槽送入陰極入口總管，經連接在總管上的軟管送入電解槽的陰極室，電解產生H2和NaOH，氫氣和陰極液的混合物通過出口軟管進入陰極出口匯集管的氣液分離器進行氣液分離，被分離的液體送入陰極液循環槽后，大部分經陰極循環泵送入陰極高位槽，加入純水后重新回到電解槽進行電解反應，部分送入成品堿貯槽。被分離的氣體送至陰極液循環槽的頂部再次分離后并入氫氣總管送到氫處理工序。

2.2 二期5萬t/a旭化成NCZ型零極距電解槽改進情況

（1）增加極化電源

在膜極距電解槽中，增加了極化電源，目的是抵消電解槽內的電解液因原電池反應產生的反向電流，從而防止反向電流對電極的損壞而造成的槽電壓上升。

（2）陽極液循環系統設置溢流管

為了防止淡鹽水循環槽內陽極液上漲過高而堵住氯氣出口，進而造成大的反向壓差，在淡鹽水循環槽的人口處設置1根去往陽極液排放槽的溢流管線，溢流管線的高度應保證在溢流狀態下電解液能夠充滿電解槽的陽極室。溢流管線的直徑與進入淡鹽水循環槽的淡鹽水管線的直徑相等。同時，氯氣管道不再進入淡鹽水循環槽的頂部進行氣液分離，而是通過其在管道內的流向改變來實現氣液分離。

為防止溢流管內的陽極液長期靜置而可能由于溫度降低導致的鹽水結晶，影響淡鹽水在異常狀況時向陽極液排放槽的溢流，將淡鹽水循環泵出口的淡鹽水pH值分析管線連接至溢流管垂直段的中上部，保證淡鹽水溢流前其內部的液體處于流動狀態，同時起到保持溫度的作用。

在破虹吸管線中有少量氯氣析出在其上部，設置1根去往廢氣處理的管線，使得析出的氯氣去往除害塔被吸收。該管線改進圖見圖1。

圖1 零極距電解槽管線改進圖

（3）增加精鹽水貯槽

在高電流密度電解槽的工藝中，精鹽水高位槽及堿液高位槽中的電解液是用來在電解槽緊急停車時，向電解槽內供給精制鹽水及堿液，以置換滯留在電解槽內的氣體。此外，高位槽的設計還能起到穩定電解液供給壓力的作用。零極距電解槽采取了較低的壓力設計，滯留在電解槽內的氣體會更多。意外停車時，需要更多的精制鹽水來置換；由于零極距電解槽極距縮小，氫氣更容易滲透至陽極室；陽極室內的氯氣也更容易進入電解槽的陰極室，腐蝕陰極側。為了防止以上情況的出現，在零極距電解槽的工藝設計中，增加了精鹽水貯槽。

精鹽水貯槽有效降低了由于樹脂塔故障而導致電解槽停車后不能進行電解液循環的風險；同時，在氣源出現故障時，依然有足夠的精制鹽水對陽極室內的氣體進行置換和進行電解液的循環。

（4）增設泵的自啟動系統

運行過程中，某臺泵由于故障停止時，如果另一臺泵能夠自動運行并及時補充電解液，即可減少生產中意外停車的次數，因此，引入了泵的自啟動系統。

3 兩種不同電解槽在同一系統上的運行情況

3.1 高電流密度電解槽運行情況

高電流密度電解槽從2009年12月28日投入生產至2016年期間運行穩定，除旭化成每年要求抽離子膜進行性能分析及電解槽運行后期槽墊片腐蝕泄漏檢修外，沒有因為離子膜泄漏而拆槽檢修過。

3.2 零極距電解槽運行情況

零極距電解槽從2012年8月28日投入生產，2013年11月25日旭化成要求抽離子膜進行性能分析，拆出離子膜后發現離子膜上部靠近墊片1cm左右的位置發白變薄，電解槽框無明顯變化；2014年一次計劃停車檢修，準備開車做膜試漏時發現有E槽15張膜漏，F槽12張膜漏，換新離子膜后正常開車；2015年年初檢修停車，做電解槽膜試漏檢查，又發現E槽54張膜漏，F槽38張膜漏，換新離子膜后繼續開車，到2016年全部更換離子膜。

3.3 存在的主要問題

（1）停車期間陽極室有氯氣殘留，并通過離子膜腐蝕陰極網，離子膜受到鎳污染變黑；

（2）負壓系統壓力不穩定，有時出現正壓泄漏氯氣；

（3）電解槽陰極鎳絲網整體下垂5～8 mm，槽體設計有待改進；

（4）電解槽有墊片被擠出槽框發生泄漏事故；（5）電解槽密封面腐蝕泄漏；

（6）因電解槽槽前過濾器被樹脂堵塞造成鹽水流量不足發生過緊急停車事故。

4 對系統存在的問題進行改進

4.1 負壓系統改進

（1）原因。原工藝設計中負壓系統沒有排水管，現氯酸鹽分解槽運行，氯氣排往負壓管，氯氣含水高，導致負壓管積水無法排除，負壓不正常，電解槽停車陽極氣相管無負壓或負壓小于-2 kPa，電解槽陽極內氯氣排除不完全。

（2）改進措施。在負壓管上增加排液管，在電解槽前負壓總管上加一套U型負壓測量計。

（3）改進后效益。負壓系統改進后，每次停車可以正確判斷負壓管壓力情況，并采取相應措施，保證電解槽停車后陽極氯氣置換合格，防止電解槽極網被腐蝕。

4.2 鹽水系統樹脂二次攔截改進

（1）原因。樹脂塔內部因檢修過，使用時間過長，底網松動，泄漏少量樹脂，雖有進行過濾，但仍有樹脂泄漏進精鹽水貯槽，打到精鹽水高位槽后進入電解槽槽前過濾器，堵塞過濾，導致陽極進液管壓力超過140 kPa。電解槽每季度需停車處理一次，每次9 h，總計影響燒堿產量600 t/a（折百堿），產值300萬元。

（2）改進措施。在精鹽水泵進口管上增加一臺過濾器，過濾網使用樹脂捕集器余網制作。

（3）改進后效益。精鹽水泵進口管增加過濾器后，電解槽槽前過濾器無堵塞，每年大修拆開清理即可，每年可多產燒堿600 t/a（折百堿），增值約240萬元。

5 電解槽操作注意事項

（1）離子膜電解槽開車時槽溫應不低于65℃。每種電流密度下都有一個最佳電流效率的溫度點，但是當槽溫降至65℃以下時，電流效率下降迅速，以后即使溫度再上升，電流效率也難以恢復到原來的水平。

（2）按照標準操作規程控制氫氣壓力、氯氣壓力，氫氯壓差控制在2～6 kPa，力求氫氯壓差穩定在4 kPa，嚴禁逆壓差。

（3）正確操作，保護零極距電解槽陰極網。a.泡膜時，使用濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液；b.安裝槽框時，保護陰極彈簧網，不要使其受力凹陷。在檢修單元槽放到電解槽的側板上時，一定及時把鞍型隔離架安置好；c.安裝膜時，不要用純水沖洗陰極網；d.在進行槽試漏或洗槽時，要保持陰極液pH值不低于12。

6 結語

旭化成NCH型自然循環高電流密度電解槽與NCZ型零極距電解槽都具有各自的特點，經過部分工藝改進后能夠穩定運行，但也存在一些不足，因此，在離子膜裝置運行過程中，還要注意以下幾點：

（1）電解槽已運行8年多，各設備零部件老化，鹽水系統腐蝕嚴重，要加強對備品備件的貯存管理，保證隨時處于備用狀態，以免出現泄漏造成停車。

（2）加強操作巡檢，DCS主控人員要監控好各種數據，發現異常絕不放過；現場巡檢發現問題及時溝通聯系，及時處理。

（3）要定期檢測槽電壓，確保數據真實準確；對分析數據和工藝參數作綜合分析處理，科學調整工藝運行參數。