不同離子膜在不同型號電解槽上的運行測試

楊茂勤，劉丁丁 ，白虎雄，賀永斌，張靜

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司(以下簡稱“陜西北元”)擁有80萬t/a燒堿生產(chǎn)裝置，共4條生產(chǎn)線，分別采用意大利伍德迪諾拉四、五、六代離子膜電解槽。陜西北元引進的離子膜有杜邦離子膜N2030WX/N-2040WX/N2050WX、旭化成離子膜F-6801/F-6803和旭硝子離子膜F-8080系列。離子膜電解槽運行電耗占整個氯堿生產(chǎn)成本的70%，槽電壓運行指標直接決定著燒堿生產(chǎn)成本的高低。電解槽如果沒有升級換代及良好的管理模式，將會出現(xiàn)一系列負面問題，主要表現(xiàn)為：32%燒堿產(chǎn)量下降，電流效率下降；直流電耗偏高，單元槽槽電壓高；電解槽安全穩(wěn)定性下降，單元槽半殼泄漏概率增加，更換單元槽作業(yè)頻繁；產(chǎn)品質(zhì)量下降，燒堿中雜質(zhì)增多，氯氣中氧含量增大。因此選擇匹配電解槽槽型的離子膜至關(guān)重要。

1 杜邦N2030WX/N2040WX/N2050WX膜四代電解槽運行電壓對比

根據(jù)伍德四代電解槽單元槽半殼重涂周期，為了取得較好的經(jīng)濟效益，陜西北元更換了不同系列杜邦離子膜。分別將杜邦N2030WX/N2040WX/N2050WX離子膜安裝在了相同的四代電解槽上，由于3臺電解槽半殼重涂為同一廠家、同一批次，因此槽電壓差異就在于膜的差異。現(xiàn)提取運行1～45個月的數(shù)據(jù)，在6.0 kA/m2的電流密度和相同運行周期進行膜電壓數(shù)據(jù)分析比較。由圖1可知：3種離子膜前3個月槽電壓運行過程槽電壓均降低，在運行了33個月后槽電壓整體持上漲趨勢。N2050WX比N2040WX槽電壓低84 mV，N2050WX比N2030WX平均槽電壓低93 mV，N2040WX比N2030WX平均槽電壓低9 mV，離子膜單元槽電壓平均漲幅速率為N2030WX 2.61 mV/月、N2040WX 2.64 mV/月、N2050WX 1.55 mV/月。由此得出N2050WX系列離子膜單元槽槽電壓相對較低、上漲速率較小，對應的電耗會更低、更加安全高效。

圖1為相同電流密度下同型號電解槽上不同離子膜運行槽電壓對比。

圖1 相同電流密度下同型號電解槽上不同離子膜運行槽電壓對比Fig.1 Cell voltage of the same type of electrolyzerswith different types of ion-exchange membraneoperating under the same current density

2 F6801/N2030WX/F6803/F8080離子膜同一電解槽運行槽電壓比較

將N2030WX/F6801/F6803/F8080四種離子膜安裝在同一四代電解槽上，則單元槽電壓的差異就是膜電壓的差異(未考慮離子膜分布在電解槽高電位區(qū)所造成的差異)。通過對比運行45個月的槽電壓數(shù)據(jù)(見下圖2)比較可知，離子膜單元槽電壓平均漲幅速率為：N2030WX 3.133 mV/月、F6801 2.578 mV/月、F6803 2.622 mV/月、F8080 1.022 mV/月，即VF8080

圖2為相同電流密度下同一臺電解槽上不同離子膜運行槽電壓的對比。

圖2 在相同電流密度下同一臺電解槽上不同離子膜運行槽電壓對比Fig.2 Cell voltage of the same electrolyzerswith different types of ion-exchange membraneoperating under the same current density

3 N2050WX離子膜在四、五、六代電解槽槽電壓比較

將離子膜(N2050WX)分別組裝在伍德四、五、六代電解槽上，在相同電流密度下進行性能測試數(shù)據(jù)對比(詳見圖3)。

圖3 相同電流密度下相同離子膜在不同電解槽上的槽電壓對比Fig.3 Cell voltage of different electrolyzerswith the same type of ion-exchange membraneoperating under the same current density

對圖3進行分析可知：在6.0 kA/m2的超高電流密度情況下，首次開車時V6th=2.967 V、V5th=3.117 V、V4th=3.229 V，六代電解槽較五代電解槽平均單元槽槽電壓低150 mV，六代電解槽較四代電解槽平均單元槽槽槽電壓低262 mV，五代電解槽較四代電解槽平均單元槽槽槽電壓低112 mV；六代電解槽運行3個月后槽電壓逐漸下降，持續(xù)運行9個月后電解槽單元槽槽電壓運行維持穩(wěn)定；四代五代電解槽運行前三月槽電壓逐漸下降，3-6個月五代電解槽槽電壓上漲較快，21-27個月期間四代電解槽單元槽槽電壓上漲較快，整體呈現(xiàn)出V6th

4 N2050WX與F6803離子膜在相同型號電解槽運行對比

(1) 將N2050WX與F6803兩種離子膜在五代電解槽進行運行比較，由于兩臺五代電解槽為不同廠家重新涂層，通過槽電壓數(shù)據(jù)(見下圖4)比較分析，槽電壓數(shù)據(jù)表現(xiàn)差異較大，整體表現(xiàn)出槽電壓運行表現(xiàn)不佳。

圖4 相同電流密度下同一臺電解槽上不同離子膜的槽電壓對比Fig.4 Cell voltage of the same electrolyzerswith different types of ion-exchange membraneoperating under the same current density

(2) 同樣將N2050WX與F6803 2種離子膜在四代電解槽進行運行比較，運行數(shù)據(jù)詳見圖5。

圖5的2臺四代電解槽為相同廠家重新涂層，且涂層批次一致。通過圖5運行單元槽槽電壓數(shù)據(jù)比較分析可知：杜邦N2050WX離子膜前6個月運行期間平均單元槽槽電壓均下降，F(xiàn)6803離子膜平均單元槽槽電壓持續(xù)緩慢上漲。運行至27個月，2種離子膜槽電壓上漲至一致數(shù)據(jù)。在前21個月運行期間，杜邦N2050WX離子膜單元槽槽電壓均低于F6803離子膜，杜邦N2050WX離子膜單元槽槽電壓21個月以后槽電壓上漲較快。

5 測試結(jié)論

(1) 杜邦N2030WX/N2040WX/N2050WX離子膜在四代電解槽上運行時，杜邦N2050WX系列離子膜單元槽電壓更低、更安全高效。

(2) F6801/N2030WX/F6803/F8080離子膜在同一電解槽運行時，F(xiàn)8080離子膜平均槽電壓數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，漲幅小，能耗低。

(3) N2050WX離子膜在四、五、六代電解槽上運行時，在六代電解槽上運行更安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定。

(4) N2050WX與F6803離子膜在相同型號電解槽運行時，因涂層廠家不同，涂層影響槽電壓導致不能有效核算，N2050WX與F6803離子膜在四代、五代電解槽運行結(jié)果截然相反。需要進一步在離子膜4年生命周期內(nèi)跟蹤單元槽平均槽電壓運行狀況。

6 結(jié)語

通過陜西北元對不同離子膜的各種運行測試可知：離子膜的正確選擇可以獲得更低膜電阻和更高的電流效率，最終達到降低電解直流電耗的目的，因此氯堿企業(yè)選擇適合公司電解槽不同生命周期內(nèi)電解槽離子膜至關(guān)重要。隨著離子膜的不斷發(fā)展，離子膜具有了更高的機械強度、穩(wěn)定性和更低的槽電壓以及更高的電流效率，進一步提高了膜的抗雜質(zhì)離子污染和抗起泡能力，使膜能更好地適應高電流密度下的長時間運行，適用于更廣泛的NaOH濃度和溫度運行范圍。所以，下一步最新一代高性能離子膜的適時引進，對離子膜電解具有重要的意義。