8萬t/a燒堿裝置電解槽節能改造總結

竇素芹，王永杰，劉紅彬

（滄州聚隆化工有限公司，河北 滄州 050018）

1 電解槽及離子膜情況介紹

滄州聚隆化工有限公司（以下簡稱“聚隆化工”）8萬t/a離子膜燒堿裝置于2003年3月引進氯工程自然循環電解槽，共8臺，每臺生產能力1萬t/a。于2009年11月投產。2014年9月，因市場原因停車，期間對離子膜及電解槽做了在線保護。2016年7月，裝置恢復生產。2017年3月底，裝置重新開車，電解槽和離子膜是燒堿裝置的核心設備，氯工程對陰陽極涂層的壽命保證是6年。至2017年，電解槽在線運行8年（停車在線保護2年）。電解槽離子膜使用的是杜邦N2030WX型，杜邦膜經濟使用壽命保障值為3年。自2009年原始開車以來，離子膜已經于2012開始分兩次更換，目前使用的離子膜已經在線運行超過5年（其中停車在線保護2年），進入第二次膜更換周期。

開車后由于電解槽在線運行時間較長且能耗較高，與新上裝置相比更是存在較大差距，經多次試驗換膜降耗仍不能解決問題，為此，需要對電解槽進行技術改造并同時對運行老化的離子膜進行更換，使電解槽恢復低電壓高效率運行。

2 電解槽運行基本性能參數及技術指標

（1）基本性能參數

電解槽數:8臺（編號分別為 1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#）；單元數:64 片；單臺槽生產能力:1 萬t/a；膜有效面積:3.276 m2；運行電流:4.2 kA/h。

（2）電解槽運行主要技術指標見表1。

表1 電解槽運行主要技術指標

3 電解槽及離子膜運行狀況

2017年3月底開車以來，由于電解槽及離子膜在線運行均超過了制造商的保證期，生產中出現了以下問題:

（1）槽電壓持續普遍升高300 mV以上，造成噸堿耗電升高，運行成本增加，即使換新膜槽電壓依然較高；（2）產品質量降低（僅能基本上滿足客戶需求）；（3）電解槽產生的副反應加劇，氯酸鹽分解運行費用增加，對設備的腐蝕更加嚴重；（4）出現了泄漏現象，負荷提滿后單元槽及膜的更換頻次增加，目前已無備用槽可用；（5）現用離子交換膜為2013年更換，在線使用加上停車時在線保存已經超過5年，遠遠超出了杜邦公司要求的使用年限。膜的強度大幅降低，形成了很多針孔，既造成經濟效益損失也存在著較大的安全隱患。

4 進行電解槽技術改造和更換離子交換膜的必要性

為徹底解決電解槽存在的槽電壓升高、產品質量下降、副反應加劇造成對設備的腐蝕、出現泄漏等問題，急需對電解槽進行改造。

（1）滿足能耗要求。按照國家能耗標準，離子膜燒堿裝置準入值為12個月≤350 kgce/t，24個月≤360 kgce/t，36個月≤370 kgce/t。目前聚隆化工離子膜燒堿裝置綜合能耗為353 kgce/t，略高于12個月準入值標準，主要因電耗較高所致。通過改造，可以大幅降低電耗，使綜合能耗低于350 kgce/t，確保達到國家能耗裝置準入值要求。

（2）提升產品成本競爭力需要。目前燒堿行業先進企業離子膜燒堿裝置（進行零極距改造的）噸堿電耗在2 100 kW·h左右，該公司噸堿電耗為2 296 kW·h，差距明顯，成本不具競爭力，改造后噸堿電耗將達到2 130 kW·h，將接近先進企業水平。

（3）該公司電解槽離子交換膜從投入至今已長達5年之久，存在系統壓力波動造成膜撕裂，從而導致重大爆炸事故的安全隱患問題。

因此，為徹底解決當前電解槽運行存在問題，提高電解槽效率，降低生產成本，達到行業先進水平，需要對離子膜電解槽全部進行膜極距的改造，同時進行離子膜第二次更換。

5 具體改造方案

為降低裝置電能消耗，該公司以降低槽電壓為導向，結合行業調研，2013年，對電解槽實施了改造升級試驗，先期拿出15片單元槽分3組與3個加工單位進行技術合作對電解槽進行零極距改造，為電解槽改造獲取了基本對比數據，并確定了最優合作商。結合先期改造合作試驗結果，2017年形成了成熟的電解槽改造方案:陽極密封面更換為鈦鈀合金、陽極網更換、陰極膜極距改造。

5.1 陽極改造

根據電解槽陽極網的實際情況，如果使用舊基材，在拆除和安裝過程中必定會出現破損，進行重新焊接修補，平整度很難找平，使用過程中會造成離子膜破損，縮短離子膜使用壽命，因此只能更換新的陽極網。將原來的陽極密封面去除，更換新的鈦鈀材質密封面。

5.2 陰極膜極距改造

通過改造陰極，將現有電極間距由2～5 mm縮小到幾乎為零，有效地降低了電極間的極間距阻抗，從而達到降低電解電耗的目的。原有陰極面網不動在之上敷設彈性網，彈性網之外再包覆新陰極面網，新陰極面網固定在原陰極網上。這樣通過彈性網的支撐，陽極網、離子膜、陰極網柔性貼合，實現膜極距。

5.3 具體實施方案

為了最大程度地降低對生產的影響，采取了電解槽改造與換膜同時進行的實施方案。通過精心組織，認真研究，多方調研，綜合考慮合作廠家加工能力、年度檢修、市場及平穩用電等因素，自2018年5月開始對電解槽逐臺進行改造，10月全部完成技改。從運行效果看，實現了噸堿耗電降低160 kW·h以上，燒堿產量提高5%，達到了預期效果。電解槽改造后技術指標見表2。

表2 電解槽改造后技術指標

6 結語

2018年該公司全部完成電解槽改造，全年影響離子膜堿產量較正常年份降低4 500 t，由于改造后實現了電耗下降，基本抵消了產量降低對效益的影響，綜合考慮全年效益與改造前基本持平。改造后平均槽電壓小于等于2.95 V，預計可降低電耗約170 kW·h/t燒堿，電流效率提高5%左右，年可增加燒堿產量4 000 t，裝置經濟效益達到預期。