電解槽改善內循環提高汽液分離的技術改造

張保莊　趙連文　李偉　李如松

摘要：通過對改善電解槽內部陰陽極循環，提高電解槽氣液分離器效果，從而達到降低電解槽運行槽電壓，降低噸堿電耗，達到節能的目的。

關鍵詞：電解槽;陰陽極;技能;技術改造

離子膜電槽是電解崗位的主要設備，它的作用是加入離子膜后，在直流電的作用下生成氯氣、氫氣和液堿。離子膜電槽是電解生產的關鍵部件，普通離子膜電槽的陽極為鈦網，陰極為不銹鋼網。隨著生產時間的延長，電槽的陰極、陽極表面涂層的受損，槽電壓逐漸上升，電流效率逐漸下降，而且極網對槽壓比較敏感，長期使用陰、陽極網會變形，影響離子膜的使用壽命，而且陰極極網的涂層受損后，不銹鋼腐蝕后的鐵銹會經常堵塞管道，不得不停車清理管道。普通離子膜電槽的缺點越來越制約生產的順利進行。氯堿生產越來越需要新型的離子膜電槽，經多次討論決定，與江陰宏澤氯堿設備制造有限公司達成協議，和我公司對離子膜電槽進行更新改進研究。

一、研發過程

電解槽的陽極室與陰極室用離子交換膜隔開，二次精制鹽水進入陽極室，陰極室則加入純水。通電時，溶液中各組分分別電解，在電場的作用下，根據同性相斥、異性相吸原理，陽極室內鹽水解離出的鈉離子被陰極吸引，使鈉離子向陰極室一側遷移，同時膜外陽極液中的鈉離子不斷進入膜內補充，從而形成鈉離子的傳輸和遷移。鈉離子進入離子交換膜后，與膜內鈉離子交換，由于和膜內固定離子，即SO 與COO帶有不同性質的電荷，所以產生強烈的吸引作用，因此能透過離子膜。陰極室中HO電離后的H+的吸電子能力比鈉離子強，因此H+在陰極上得到電子，生成氫氣，由于H0中H得到電子破壞了水的電離平衡，形成氫氧根OH，OH與陽極室遷移過來的鈉離子結合生成NaOH。而在陽極室內，由于Cl的放電能力強，所以由Cl在陽極板上放電并產生氯氣。陰極室與陽極室內電子交換反應式如下：

陽極室：2Cl-2e → Cl↑

陰極室：2HO+2e → H↑+2OH??? Na+ +OH → NaOH

總反應式：2NaCl+2HO??? 直流電? Cl ↑+H↑+2NaOH

從本世紀初開始各公司研發膜極距離子膜電解槽技術，2010年前后開始大量升級換代、膜極距改造，在降低能耗方面效果明顯，但是由于絕大部分膜極距電槽是在原電槽基礎上將陰極網加彈性網改造而成，加上新電槽改造經驗不足，膜極距離子膜電解槽存在以下問題：

①在5.0 kA/m以上電流密度下運行出現較大的喘流現象，對膜的長期使用不利，說明在高電流密度下電槽出液和氣液分離存在缺陷;

②離子膜破損現象多，主要表現在離子膜上部出現針孔或變薄、透明，說明電槽極高、平整度和出液存在缺陷;

③氯氣純度下降較快，含氧升高，電流效率下降，說明膜極距電槽內部結構存在缺陷，網面極高、平整度、出液、氣液分離、內部循環等方面都有可能;

④陰陽極盤連接的復合條開裂，造成槽體電阻加大和發熱，是高電密條件下運行的一大隱患。

針對以上問題，我公司和江陰宏澤公司一起合作研發優化改進膜極距離子膜電解槽內部結構，采用多項創新設計，經過不斷摸索、試驗、改進、提高，改善了離子膜電解槽的內循環，提高了離子膜電解槽的氣液分離效果。

有了先進的離子膜單元設備僅是節能安全生產的一部分，還要有離子膜電解槽生產的最佳工藝條件，我們根據摸索調節電解槽的溫度、陰陽極流量、離子膜堿的濃度以及陰陽極循環罐的液位，找到合適最佳的工藝指標，從而達到節能降耗的最佳狀態。通過以下幾點實驗，我們找到了更適電解槽運行的工藝指標，達到節能降耗的目的。

1、在工藝指標范圍內，改變槽溫，查看產堿的量和噸堿電耗。

通過改變槽溫發現，當槽溫控制在87℃時，離子膜電解槽運行最經濟，噸堿直流電耗最低。

2、在工藝指標范圍內調整產堿濃度，

通過改變出槽堿濃發現，當出槽堿濃控制在32%時，離子膜電解槽運行最經濟，噸堿直流電耗最低。

二、改造前后的技術對比

1、技術改造前

在改造前我們電解槽的單槽電耗是相對較高的，大約在2250左右（噸堿電耗）

2、技術改造后

改造后我們的電流效率上升，電解槽的運行相對穩定并且噸堿電耗2106左右。

3、關鍵技術

電槽內部結構設計更合理，更適應高電流密度運行，電耗更低，改善了高電流密度運行下的喘流現象，降低結構電壓，改進出口結構，降低泄漏電流，提高單元槽剛性，改進陰極面網安裝方式，以及端框電槽銅排結構等方面進行了創新設計。

4、創新點

1）、通過優化電解槽內部結構，改善了高電流密度運行下的喘流現象，降低結構電壓，改進出口結構，降低泄漏電流，提高單元槽剛性，改進陰極面網安裝方式等方面進行了創新設計，更適應高電流密度運行，及更低的噸堿電耗。

2）、通過優化電解槽各項運行指標，找到最佳的指標控制，使得電解槽運行更加經濟和安全。

三、研究開發取得的階段性成效

通過研發成員的共同攻堅克難、相互協作，對該項技術的深入探討與分析，運用現代化的科技手段不斷的進行技術、工藝優化與創新，不斷摸索經驗，最終完成了在改善電解槽內循環、提高電解槽氣分離效果，優化電解槽工藝運行指標等方面得到了提高，最終達到了即保證了電解槽的節能效果又安全穩定運行的目的。電解直流單耗由2250度（噸堿單耗）降低到了2106度，大大節約了電耗。