Nafion 982WX膜的运行特点

邱满意，刘 霞

（扬农化工集团有限公司，江苏 扬州 225009）

Nafion 982WX膜的运行特点

邱满意，刘 霞

（扬农化工集团有限公司，江苏 扬州 225009）

介绍了扬农化工集团有限公司6万t/a离子膜烧碱装置的离子膜使用情况，分析了N982WX膜的运行特点。

Nafion 982WX膜；抗污染；强度；生产成本

扬农化工集团有限公司于2003年9月离子膜电解生产装置投产运行，目前，装置运行稳定，各项参数基本正常。电解槽是伍迪公司型号为BM2.7-112的自然循环电解槽，使用DuPont公司的Nafion系列膜，其特点是强度高的离子膜的膜压较高，强度低的离子膜的膜压较低，N982WX离子膜的强度与膜压基本介于所有膜的中间。

基于上述情况，该公司在2008年3月A/B槽换膜之前，一直使用Nafion 982WX膜，其为磺酸/羧酸增强复合膜。从装置运行情况来看，N982WX膜有以下运行特点：（1）比较适合在高电流密度下运行；（2）抗污染能力强；（3）机械强度大，抗模不裂；（4）几乎无针孔现象；（5）初期的膜压略高，但是变化的趋势平缓。

1 适合高电流密度下运行

装置运行的电流密度比较高，最高为5.5 kA/m2，正常的运行电流密度为4.6 kA/m2。总体来看，短时间内频繁升降电流，膜运行的性能参数不佳，稳定后，膜运行性能参数有所恢复。但是在高电流密度下，对进槽盐水质量要求较高，指标见表1。

随着电流密度的提高，进槽盐水的流量加大，在相同的时间里，若要求相同的膜面积上杂质的沉淀量不变，只能提高进槽盐水质量。假设二次盐水中杂质总量为1×10-6，并全部沉积在膜上，以膜的寿命3 年为限，阳极液盐水中的杂质 200～250 kg/（d·m2），可以计算得出3年总共约有250 g/m2的杂质沉积在膜上，膜的重量约为400 g/m2，由此可见，减少膜上杂质最有效的方法是提高盐水质量。

盐水二次精制采用的是双塔工艺，在理论上可以满足生产需要，但实际生产时不可避免有一次盐水质量波动和异常情况，特别是在一次盐水生产过程中过滤器出现异常情况时，会对二次盐水的质量产生很大影响。

表1 不同电流密度下进槽盐水的质量指标

2 抗污染能力强

图1为二次盐水中钙含量的统计情况。

从图1中可以观察到二次盐水质量有波动，尤其是2006年3-5月，二次盐水杂质含量经常超标，有时候Ca2+的质量分数达到60×10-9，但N982WX表现出很强的抗污染能力。从电槽的反应来看，总槽电压（112个单元槽）上升约3 V左右。盐水质量得到优化后，膜的运行恢复正常，虽然槽电压没有下降，但是槽压没有继续上升的趋势。此时为了最大限度地降低对膜的危害，可以适当降低电流密度来维持电槽的正常运行，然后再检查盐水恶化的原因。杜邦公司要求碘指标为200×10-9，而实际上一直维持在400×10-9以上，远远超过了指标的要求。二次盐水中碘离子含量统计见图2。

碘对膜的影响主要是降低电流效率，以碘酸根（IO-3）存在于阳极侧的膜上，并在膜内以高碘酸根存在（IO-4），以阴离子形式累积，超过1×10-6能与钠形成沉淀，低于1×10-6能与钡、钙形成沉淀，随着时间的推移，槽电压会上升。但是从运行数据表明，膜对碘有一定的耐受性。总之，在阳离子和阴离子杂质的共同影响下，根据统计数据与外方公司的理论公式比对槽电压的变化趋势。

理论上，根据外方提供的单元槽电压计算公式：

式中：V0=2.48 V （DN 槽）；Kf为常数 （90℃以下为0.15 V）；I为电流密度，kA/m2。

根据外方公司提供数据，按阴/阳极极电压上升20～30 mV/a，膜电压上升 30～35 mV/a 计算，取阴/阳极极压上升20 mV/a，膜电压上升30 mV/a，2003年10月至2008年1月，约四年半期间总槽电压可上升25.2 V，平均每年上升5.0～6.0 V。

2003年与2004年数据比较，同等电流密度上升的槽电压（112单元槽）维持在6 V左右（新槽开车数据槽压低）2005年2月槽电压360 V，2006年3月槽电压364 V，同比上升4 V。

以上2年，槽电压上升的幅度基本与理论上升的槽电压相等，说明电槽的运行情况基本上是正常的。但是2006年因1-5月二次盐水质量多次出现超标现象，致使槽电压上升3 V，自6月以后，盐水质量趋于稳定，槽压基本上无上升趋势。从目前统计数据分析，膜已经运行4.5年，总槽电压（112单元槽）约上升22.5 V（这里面包含阴/阳极片老化造成电压上升和膜上的杂质造成电压上升），与理论上槽电压上升相当。

3 机械强度大，抗撕裂能力强

离子膜不但要发挥其优良的电化学性能，还要有良好的机械性能。膜运行的环境是高温、高电流、有气体的剧烈冲击；阳极侧是高纯度的氯气、氯水，阴极侧是高温、强碱，有时还要承受氯气、氢气压差频繁波动，紧急停车时的剧烈冲击等。N982WX膜独特的结构特点，适用于上述诸多恶劣的条件，最主要的原因为膜的本身较厚 （这就是运行初期槽电压比同类膜压较高的原因），强度高，从安全角度分析是很有必要的。该公司在离子膜运行初期，因为整流、电器、仪表、设备等原因，平均每年有12次左右的紧急停车，造成膜不断地在阴／阳极间振动、摩擦。同时频繁地升降电流，升降电槽温度，每次停车后再开车，电槽的各项参数并没有太大的变化。目前，随着对装置的逐步认识，每一年非计划停车3次左右。

4 无针孔现象

一般离子膜运行二三年之后经常大面积出现针孔现象，有时严重腐蚀槽体和阴阳极片。而杜邦N982WX膜，从电解槽解体来看，阴阳极的涂层无损伤，没有发现膜泄漏现象，电槽的碱中含盐平均为35×10-6左右，氯中含氢为零，阳极液的pH值维持在4.2左右 （电槽进槽盐水没有加酸），因此，N982WX膜的性能是相当稳定的。

[1]程殿斌，陈伯森，施孝奎.离子膜法制碱生产技术.北京：化学工业出版社，1998.

[2]NAFION全氟膜用户使用说明书.DUPONT公司出版社，1991.

[3]干成军.29DN350型离子膜电解槽槽电压升高原因剖析.氯碱工业，2006（7）：17-20.

Operation characteristic of Nafion 982WX type ionic membrane

QIU Man-yi,LIU Xia
(YangNong Chemical Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,China)

The application of ionic membrane in 60 kt/a caustic soda device was introduced.The operation characteristic of Nafion 982WX type ionic membrane was analyzed.

Nafion 982WX type ionic membrane;anti-pollution;strength;production cost

TQ114.26

B

1009－1785(2010)12－0005-02

2010-04-26