不同类型电解槽改制成零极距电解槽的运行总结

张 军，黄华军，李一青，刘 寅

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300480）

不同类型电解槽改制成零极距电解槽的运行总结

张 军，黄华军，李一青，刘 寅

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300480）

针对2种不同类型离子膜电解槽改制而成的零极距电解槽在实际运行过程中参数的完成情况，简要说明电解槽改制和生产运行中应该注意的问题。

复极；单极；离子膜电解槽；改制；零极距

1 改造前后运行情况简介

天津渤天化工有限责任公司现有3套离子膜电解装置，年产离子膜烧碱近20万t（各装置生产能力见表1）。2007年，该公司开始进行ML-32NCS型复极离子膜电解槽（以下简称复极离子膜电解槽）单元槽零极距改制试验并取得成功。2008年至2009年渤天公司分2期将复极离子膜一线8台改制成复极离子膜零极距电解槽 （以下简称复极零极距电解槽），改制后部分复极零极距电解槽运行参数见表2。

说明：

（2）改制后各电解槽运行技术指标为零极距电解槽运行1个月后的实际完成情况。

表1 离子膜电解装置生产能力表 万t/a

表2 复极零极距电解槽改制前后技术指标对照表

（3）改制前电解槽电流效率按93.5%计，改制后电解槽电流效率按95.5%计。

（4）受金融危机影响，后期改制的电解槽开动电流较低。

2010年，在复极离子膜电解槽成功改制成复极零极距电解槽基础上，该公司着手进行单极离子膜电解槽零极距改制工作。受资金和其他因素影响，单极离子膜电解槽零极距改制工作还没有全部完成，但从已经改制的6台单极零极距电解槽运行参数完成情况看，改制是有效果的。 改制单极零极距电解槽运行技术指标与改制前完成情况对照表见表3。

表3 单极零极距电解槽改制前后技术指标对照表

说明：

（1）改制前各电解槽运行技术指标为停槽前一天实际完成情况。

（2）改制后各电解槽运行技术指标为零极距电解槽运行一个月后的实际完成情况。

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（3）改制前电解槽电流效率按93.5%计，改制后电解槽电流效率按95.5%计。

2 改制零极距电解槽运行体会

2.1 改制质量是实现高效益运行的关键

由于该公司是国内第一家采用国内技术进行复极离子膜电解槽改制复极零极距电解槽的企业，从复极离子膜单元槽改制复极零极距单元槽试验开始到整台电解槽进行改制，改制技术也是不断提高、逐渐完善的过程。在前期复极单元槽改制试验过程中，18个改制后的复极零极距单元槽槽电压在开动电流8 985 kA的情况下，单元槽初期平均槽电压完成3.054 V，其中，最高3.22 V，最低2.94 V。在半年后陆续进行的复极离子膜电解槽整台改制过程中，由于改制技术的不断提高和成熟，改制后的复极零极距电解槽平均槽电压又有所降低，具体完成情况见表4。

在离子膜电解槽改制零极距电解槽方面，以下几个问题应引起重视。

表4 改制复极零极距电解槽单元槽运行1周后平均电压完成情况

（1）弹性体材质和弹性体铺垫均匀程度影响改制零极距电解槽的运行

一般情况下，改制零极距电解槽弹性体厚度保持为5.0～6.0 mm。如果弹性体材质不好，改制后的零极距电解槽会在压力尤其是反压差的作用下出现弹性体形变而不能够很好地恢复原状，从而形成有极距电解槽。离子膜电解槽改制过程中，弹性体铺垫过于松散，对保持阴极平整度非常不利，轻微的压力就会使阴阳极间产生极距，因此，均匀进行弹性体铺垫对改制零极距电解槽平稳运行极为重要。

（2）阴极网片丝径和中心距影响槽电压

阴极极网孔大，成本相对低，但槽电压会上升，因为阴极表面积减小了；网孔小，电解槽槽电压会有一定幅度的下降，但网孔过小，对氢气释放不利，会产生阻碍作用，对降低槽电压产生负面影响。该公司1台单极离子膜电解槽改制零极距电解槽 （槽号：324#）曾采用丝径0.10 mm、丝中心距 0.5 mm、折合50目左右的镍网制作阴极网片，虽然阴极面积有所增大，但投入运行后槽电压运行状况并不理想（见表3）。一般情况下，改制零极距电解槽阴极网片选择标准网目数为42目，丝径0.15 mm、丝中心距0.6 mm。

（3）复极离子膜电解槽的改制效果明显好于单极离子膜电解槽

渤天公司ML-32NCS型复极离子膜电解槽阴阳极极间距一般为1.5～1.8 mm，由于改制后的零极距电解槽阴阳极极间距只有离子膜的厚度，阴阳极极间距的降低使第二类导体电压降大大降低，电解单元直流电耗明显下降。对于AZM-T3.4-F2型和MMC-3.4.3型单极离子膜电解槽而言，由于改制前就是采用弹簧片来降低阴阳极极间距的，运行初期可以视作是零极距或小极距离子膜电解槽，但随着运行时间的推移，弹性垫产生金属疲劳或极片在压力作用下局部产生变形，使之逐渐成为有极距电解槽，由此造成槽电压和电解单元直流电耗的升高。

正是因为单极离子膜电解槽运行初始状态可以看作是零极距电解槽，所以在采用弹性网改制成单极零极距电解槽后，阴极内部结构发生了较大变化，有效空间被大大降低、丝中心距大大减小、阴极网丝经变细等造成氢气释放阻力增加，限制了槽电压的进一步降低。1994年，该公司单极离子膜投入生产运行，运行稳定后，在开动电流为32.80 kA的情况下，单元槽平均电压完成3.112 V，而改制单极零极距电解槽在开动电流30.56 kA的情况下，单元槽平均电压完成3.033 V，换算成相同的电流密度，单元槽电压相差并不是很大。

2.2 极化整流器对改制零极距电解槽运行至关重要

为了考察、确定极化整流器在零极距电解槽运行过程中的作用，对零极距单元槽在没有安装极化整流器条件下的运行情况进行了跟踪。

C槽上复极零极距单元槽半年内技术指标完成情况表明，在C槽上的8个复极零极距单元槽在经历20次停槽情况下，平均槽电压由3.01V上升至3.25 V，累计升高0.24 V，如果还原成相同电流密度，C槽上的零极距复极单元槽平均电压相当于升高0.26 V。

F槽上复极零极距单元槽半年内技术指标完成情况表明，安装在F槽上的10个复极零极距单元槽在经历6次停槽情况下，平均槽电压由3.10 V上升至3.22 V，累计升高0.12 V，在还原成相同电流密度的情况下，F槽上的零极距复极单元槽平均电压升高0.11 V。

以复极离子膜A电解槽为例，在改制成复极零极距电解槽后极化整流器同步投入运行，在半年运行时间内，因各种原因A槽累计停车19次。从技术指标完成情况统计可以看出，由复极离子膜电解槽改制而成的复极零极距电解槽在增加极化整流器并实现同步运行的情况下，半年内A槽单元槽平均电压由2.976 V上升至3.029 V，还原成相同电流密度后单元槽平均电压由2.976 V下降至2.952 V，单元槽平均电压累计升高0.077 V。

通过以上比较可以说明，在没有安装极化整流器同步运行情况下，复极零极距单元槽经过多次停槽后，槽电压升高明显。而对于安装极化整流器，实现对复极零极距（电解）单元槽停送电时实施保护的情况下，单元槽电压升高幅度明显减小，所以，极化整流器对改制零极距电解槽运行至关重要。

2.3 盐水质量决定改制后的运行质量

正常生产情况下，合格二次精盐水中的水合钠离子通过离子交换由阳极侧迁移至阴极侧，与阴极电化学产物OH-结合生成NaOH。当二次精盐水中杂质离子（Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、I-、SiO2）含量超标时，一方面，杂质离子进入离子膜并在羧酸层内与钠离子抢夺水分子，造成离子膜处于脱水状态，使钠离子的移动性能下降，导致电解槽电流效率出现降低趋势。另一方面，杂质离子之间或杂质离子与阴极反迁移的OH-会在离子膜内部结合生成微粒子杂质沉淀，随着杂质离子不断进入离子膜羧酸层内，形成的微粒子杂质沉淀逐渐增大，最终形成大粒子杂质沉淀时，就会堵塞离子膜内部通道，使羧酸层树脂遭到破坏，OH-反迁移阻力明显减小，电解槽电流效率快速下降。

对于零极距电解槽，由于离子膜与阴阳极极片贴在一起，加上阴极网丝中心距只有0.5~0.6 mm，在阴极侧就形成了一种“格栅效应”，不合格盐水对零极距电解槽的影响程度尤其是对离子膜的影响程度将会被放大，铁离子含量偏高会使这种状况更加明显。目前，国外大型研究机构也未能将这种影响程度进行完全定量分析。零极距电解槽离子膜更换前后电压相差较大主要是入槽盐水质量不达标造成的。大型氯碱设备供应商明确表示，对于离子膜二次盐水质量完成不好或职工操作技术水平不高、处理突发问题能力不强的企业，不推荐使用零极距电解槽。2011年4月，该公司对最先改制的2台复极零极距电解槽（A、B电解槽）进行了换膜大修，从换膜前后复极零极距电解槽技术指标完成情况（见表5）和近3年盐水质量指标完成情况（见表6）看，盐水质量在一定程度上决定着改制零极距电解槽的运行质量。

表5 换膜前后复极零极距电解槽技术指标完成情况表

2.4 选择最佳改制时期

改制时期选择过早，原离子膜电解槽运行经济效益没有得到充分发挥；改制时间过晚，改制后的零极距电解槽运行经济效益得不到充分发挥。

离子膜电解槽改制时间过早，原离子膜电解槽的经济效益没有得到充分发挥，运行指标完成情况还处在最佳期范围内，虽然阳极系统可以保留现状而不增加投入，但阴极系统在其经济效益还没有充分发挥的情况下就被新阴极取代，改制费用的增加加大了生产成本，这种情况下改制的零极距电解槽电耗下降幅度也有限， 所以，对于运行时间不长、电解槽各项技术经济指标完成良好的离子膜电解槽，没有必要过早进行离子膜电解槽改制工作。

表6 近3年二次精盐水质量指标完成情况表

离子膜电解槽改制时间过晚，不但阴阳极涂层已经完全失去活性，离子膜电解槽组成部分已经严重老化，此时，在投入大量资金进行阳极活性涂层重涂、阴极进行零极距改制的情况下，电解单元直流电耗在一段时间内会呈现非常明显的下降趋势，但随后，因为原电解槽基体已经严重老化，改制的零极距电解槽会因部分单元槽微小变型而产生内漏需要经常停槽检修，虽然改制的零极距电解槽配置了极化整流器，但经常性的停槽对零极距电解槽今后运行还是有一定影响的。个别问题严重的零极距单元槽会因此无法继续使用，白白投入改制费用。

离子膜电解槽改制的最佳时机一般是由离子膜电解槽的运行状态决定的。在最佳改造期内进行改造，电解槽的组成部分还没有完全老化，同电解槽初开车时相比，阴阳极残余涂层活性已经大大降低，此时进行阳极涂层重涂和阴极系统零极距改造的时机最好。通过与离子膜电解槽零极距改制设备厂家交流和对部分进行改制零极距电解槽的氯碱企业运行状况的了解，在离子膜电解槽正常运行情况下，在该电解槽到达质量保证期前2年左右进行零极距改制所获得的经济效益最高。

Operation summary of zero polar distance electrolyzer transformation

ZHANG Jun,HUANG Hua-jun,LI Yi-qing,LIU Yin
(Tianjin Botian Chemical Co.,Ltd.,Tianjin 300480,China)

According to parameters in the actual operation process of the two different types ionic membrane electrolyzer change to zero polar distance electrolyzer,the Matters needing attention of Reconstruction and operating of electrolyzer were elaborated.

bipolar type;monopolar type;ion exchange membrane electrolyze;reconstruction;zero polar distance

TQ114.26

文章编号：1009－1785(2011)11-0008-03

2011-05-19