NCH离子膜电解槽电极改造及运行效果

2012-09-28朱江军张正江罗金刚

中国氯碱 2012年12期

朱江军，张正江，罗金刚

（新疆天业化工有限责任公司，新疆石河子832000）

新疆天业化工公司进口日本旭化成株式会社的双头挤压高电流密度复极式自然循环离子膜电解槽（型号为ML32NCH）从2004年运行至2011年底，运行时间接近电解槽阴、阳极寿命（8年）后，确定将高电流密度自然循环电解槽（NCH）改造成零极距电解槽（NCHZ）。同时，对现有装置的工艺进行部分变更、对电气设备进行改造，以配套零极距电解槽的安全运行。

1 NCH电解槽电极改造的原因

（1）新疆天业NCH电解槽从2004年开车至今，电解槽阴、阳极涂层局部脱落，单元槽的电压上升。为保证电解槽下一周期的安全运行，必须考虑更换电解槽电极。

（2）NCH电解槽直流电耗是氯碱系统的能耗大项，约占离子膜液碱成本的55%。随着电解槽的继续运行，后期电压将会不断上升，该部分能耗所占的比例会逐渐增高。

（3）因NCH电解槽更换为原有电极与改造为零极距电极的生产周期、材料费用基本相同，但性能不如零极距电极，尤其是在电耗方面不及零极距电极。

（4）国家“十二五”期间对企业降低能耗方面有明确的要求，公司也制定了“十二五”期间的节能降耗计划。通过对NCH电解槽电极改造，可以降低单元槽的电压、降低直流电耗。

（5）经过对部分工艺管线及联锁控制系统的改进和优化，可以提高电解系统运行的安全可靠性。

2 NCH电解槽改造为零极距的技术方案

2.1 电解槽改造

（1）阴极改造方案

NCZ零极距电解槽的结构特点是将原阴极作为集电板，在原阴极上加装镍丝材质的弹性体、保护网，再加装活性阴极，通过镍带固定，实现弹性体将阴极与相邻单元槽阳极间隙完全填充，两电极之间的距离仅为离子膜的厚度。从而确定在现有NCH电解槽的基础上进行阴极改造成为零极距电解槽（NCHZ）的方案。

（2）阳极焊接更换

通过购买和制作如：剥离器、修边器、高度测定器、变形修正机、气密试验机等辅助设备，通过培训内部员工，使氩弧焊接技术达到阳极焊接要求。

2.2 气相压力变更到最佳值

电解槽经过零极距改造后，氯、氢气压力控制尤为重要。NCH电解槽在原气相压力下在整套电解装置异常停车时氢气放空失压过快，氯气去除害降压较慢，极易产生气相大负压，离子膜会受力偏向阴极损伤阴极弹性体，不能使弹性体恢复原形。同时，零极距电解槽要求负压差不能超过2 m，为避免类似情况发生，将氯、氢气压力变更（降压）的方案。

方案1：氯气压力由4 m水柱变更为0 m、氢气压力由4.4 m水柱变更为0.4 m。该方案优点是经调研使用此压力控制的厂家，零极距电解槽系统压力控制平稳，未出现停车大负压现象。缺点：气相压力降低后，工艺管线需要扩大，此项改造内容及投资较多，周期较长。

方案2：氯气压力由4 m水柱变更为2 m、氢气压力由4.4 m水柱变更为2.4 m。该方案的优点是不会产生较大负压差，运行安全稳定。难点是现有工艺管线及阀门是否能满足高负荷下气体的输送。

通过生产负荷计算氯、氢气调节阀的理论开度，另一方面在停车前进行了气相降压试验（电流12.15 kA，氯气压力2 m水柱，氢气压力2.4 m水柱），记录各气相调节阀的开度和系统各指标的稳定性。依据理论计算和试验数据相结合，判断现有调节阀在总管氯、氢气压力降低后能满足高负荷生产要求，最终确定了方案2。