NBH-2.7型自然循环高电流密度复极式离子膜电解装置运行要点

2014-08-16庞智强

中国氯碱 2014年3期

庞智强

（新疆华泰重化工有限责任公司，新疆乌鲁木齐430019）

1 离子膜电解装置运行情况及存在问题

新疆华泰重化工有限公司生产装置分为A、B线，总产能为30万t/a离子膜烧碱，电解槽采用北化机NBH-2.7电槽，旭化成F-6801膜，设计运行电流为11.34 kA。A线于2010年10月12日送电开车，B线于2010年6月17日送电开车，离子膜已运行至后期。

1.1 纯水洗膜对离子膜性能的影响

电槽运行1年内的电流效率情况见图1。

由图1可以发现，装置开车以来，实际运行时间不足1年，但运行电效已低于95%，而电槽单片槽电压没有涨，稳定在3.0～3.1 V内，经分析认为，计划B线于2010年3月30日，A线于2010年5月30日开车，但实际开车较晚，膜装好后为防止膜干，每隔7天用纯水洗1次，且因用自产电，供电不稳频繁停车，停车后进行洗槽等多次用高纯水洗膜，造成离子膜松弛。使膜收缩主要有2种方法，提高碱浓度或降低运运温度。考虑到降低运转温度，槽电压上涨造成电耗上涨，采用第一种方法。

2011年11月18日，把碱浓度由实际控制31.5%～33.0%提升至33.5%左右。运行1个月后2011年12月20日又降至31.5%～33.0%，A线提升碱浓度前后的运行数据见表1，电槽运行1年内电耗情况见图2。

表1 A线提升碱浓度前后的运行数据

由表1看出，A线电解槽提升碱浓度后，电效上涨0.5%左右，基本稳定在93.9%左右，电耗变化不大，每班单条线产量增加了1.03 t左右。在碱浓度为33.5%时，电耗上涨大约16 kW·h，电效涨约0.2%，表明提升碱浓度对膜收缩有一定作用但效果不很明显。

由图2可以看出，因纯水洗膜，电槽运行后，电耗较低且涨幅不大。单片槽电压开车时较低，1年内没有涨，稳定在3.0～3.1 V，也具有一定的优势。

总之，纯水洗过的膜在电槽运行初期电效较低，但电耗低、成本低，有一定的优势，但随着膜运行至后期，膜的强度有所下降、针孔和微小的损伤增多，离子膜电流效率进一步下降，膜的输水率及反向渗透增加，使膜的性能下降、副反应增多、碱中含盐及氯中含氧量上升，这种优势将不存在。离子膜运行不到3年由于电效较低造成成品碱中含盐和氯酸盐较高，影响碱品质量，也对蒸发降膜管造成腐蚀。因此，在日后的操作中，应尽量减少纯水洗膜的次数，以有利于膜的寿命，降低综合成本。

1.2 频繁开停车对离子膜装置的影响

在离子膜装置开停车时，有可能由于电槽没有及时置换，停槽后盐水中氯气没有置换干净，碱中氢气没有置换干净，断系统后不能投极化电流等原因造成电槽极网涂层损伤，膜受损伤开车后，影响槽电压、电耗等运行参数。本装置由于供电问题及新员工操作等，开停车频繁，直接影响了膜的性能及电槽的性能，以B线为例，2010年6月17日送电开车以来，由于各种原因造成局部停车17次、全停28次，膜的性能大幅度下降。2012年11月4日，B线动力电跳停，对装置的应急操作带来的影响见图3、图4、图5。

通过图3可以看出，11月初B线电流效率均维持为93.65%，本次装置满负荷后电流效率为93.29%，平均下降0.36%。

通过4图可以看出，11月初B线电耗均维持为2 209 kW·h/t碱，本次3#装置满负荷后在2 231 kW·h/t碱，平均上升 22 kW·h/t碱。

通过图5可以看出，B线运行电压对比11月初均上涨 1.0～2.0 V。

通过以上的数据对比，可认为一次动力电跳闸后，电槽的电效下降，电耗、槽电压、碱中含NaCl、氯酸盐量上升，电槽游离氯含量偏高。说明跳闸使电解槽副反应增大。

总之，开停车会造成电槽及膜的整体性能下降，在日常运行中要精心，加强日常管理，尽量减少开停车次数，以有利于电槽的高效运行、延长膜的寿命。

1.3 盐水中氯酸盐对离子膜电解装置的影响

图6为碱中的NaClO3含量随盐水中NaClO3含量的变化情况。

图6显示，盐水中NaClO3含量越高，向阴极室移动的ClO-3量越增加。为了保持碱中的低量NaClO3，保持盐水中NaClO3低量是很重要的。

A、B线安装有2台氯酸盐分解槽，工艺流程为接收由电解槽阳极电解后产生的约1/10的含氯盐水，后进行氯酸盐的分解反应。因NaClO3的溶解度比NaCl的溶解度高，NaClO3的积累会降低NaCl的饱和量，同时会增加电槽阴极32%碱液中的NaClO3的含量（即进槽盐水中的NaClO3浓度高，阴极碱液中的NaClO3浓度就会升高）。为保证本装置及后续车间生产装置的正常运行，要求进槽盐水中的NaClO3浓度指标维持在≤10g/L。但A、B线2台氯酸盐分解槽投用后分解率较差，单台盐水流量15 m3/h，盐水温度90℃，加酸60 L/h，取样分析后发现，进口淡盐水中NaClO3的含量与出口含量变化不大。2011年7月，对氯酸盐分解槽参数进行调节，提高进电解槽高纯酸的流量。在其他相同下，一般地，酸过量越多，分解率越高，理论上15 m3/h盐水含氯酸盐15 g/L需要加酸1.3 m3/h才能完全分解，考虑到设备腐蚀等情况，保持氯酸盐分解率约为百分之八十，加酸1 m3/h，查相关资料氯酸盐分解温度为95℃为最佳。

2012年1月B线盐水中氯酸盐的含量情况见图7。

通过以上数据可以看出通过调整氯酸盐分解槽参数，盐水中氯酸盐含量均保持较低，有利于碱品质量。

总之，盐水中保持较低的氯酸盐含量，有利于碱质量，但当膜运行至后期，电效为90%左右，盐水中含氯酸盐已不是碱中含氯酸盐的主要影响因素，膜的输水率及反向渗透增加，膜的性能下降、副反应增，多造成碱中含盐、氯酸盐量增加。

1.4 提升电流负荷对离子膜电解装置的影响

电流负荷的提升有利于碱品质量，碱中含ClO-3、Cl-受电极的影响将减少。以B线为例，2011年11月，本装置电解槽负荷，由11.34 kA提升至11.8 kA。电效及电耗的变化情况分别见图8、图9。

由图8、图9看出，电解槽电流负荷从11.34 kA升至11.8 kA，电效方面没有明显变化，基本稳定为93.3%、93.6%。电耗上涨30～65 kW·h/t碱。本装置现已提升负荷至12.7 kA。

总之，NBH-2.7型高电密自然循环离子膜电解槽的运行电流在12.0～13.0 kA有良好的长期运行记录。不提倡运行电流长期过高或过低。运行电流过高，对盐水质量的要求也相应提高，对整套系统控制水平的要求也就更高，而且运行电耗上涨成本增加。而当运行电流较低时，装置的能力不能充分发挥，也同样影响经济效益。更重要的是，由于NBH-2.7型高电密自然循环离子膜电解槽的内部结构决定了其内部自然循环的特性。其循环动力来源于电解时气体形成的自身“气举”动力与特殊内部结构的结合。此内部自然循环动力在正常运行时，可以在电解室内依托特殊的循环通道形成完美的循环状态，而在过低电流运行时，电解室内的气体生成量较少、“气举”循环动力低、膜表面电解质流动速度减小、气液分布均匀程度下降，有可能造成电解室内各部位气液分布不均、盐水或碱液浓度差异，造成离子膜受损等不利后果。