零极距离子膜电解槽运行总结

李春江，刘俊杰

（1.新疆天业（集团）有限公司，新疆石河子832000；2.天能化工有限公司，新疆石河子832000）

零极距离子膜电解槽运行总结

李春江1，刘俊杰2

（1.新疆天业（集团）有限公司，新疆石河子832000；2.天能化工有限公司，新疆石河子832000）

介绍了离子膜法烧碱生产中零极距离子膜电解槽运行的工艺指标及注意事项。

零极距；离子膜；电解槽；运行；氯碱生产

天能化工有限公司(以下简称“天能化工”)30万t/a离子膜装置于2010年10月投产，核心装置电解槽采用的是日本旭化成公司的零极距离子膜电解槽，该设备具有电耗低、产品质量好等优点。天能化工共有10台零极距离子膜电解槽，每台电解槽由188台单元槽组成，现已运行6年。

离子膜电解部分生产流程如下：一次盐水使用Na2CO3，Mg(OH)2除去大部分钙镁离子后，送入螯合树脂塔二次精制后送至盐水高位槽，盐水在高位差的作用下自流进入电解单元槽阳极室，在直流电的作用下，精盐水电解产生的氯气和氢气送至氯氢处理工序，电解出来的淡盐水送到脱氯塔进行处理，真空脱出的氯气进入氯气总管，脱吸后的淡盐水返回一次盐水用于化盐，工艺流程示意图见图1。

该公司在实践中不断总结和分析，积累了一些管理和维护零极距离子膜电解槽的方法和经验如下。

图1 工艺流程示意图

1 电解槽电压的控制

1.1 盐水品质控制

二次精制盐水中的Ca2+、Mg2+、Ni2+、Fe3+等进入电解槽，在离子膜表面形成沉淀，导致槽电压上升。尤其是Ca2+、Mg2+对槽电压的影响较大，必须严格控制。采用Ca2+、Mg2+在线分析，持续关注系统Ca2+、Mg2+含量。

1.2 烧碱浓度控制

烧碱浓度过高，膜中含水量减少，膜电压上升，同时阴极液电阻增加，槽电压上升。在保证产品品质要求的情况下，烧碱浓度控制要偏低。将烧碱质量分数范围调整在(32.00±1)%。经过分析和核算，槽电压在烧碱质量分数达31.3%以后上涨迅速。所以综合考虑电流效率后，碱液质量分数应控制在31.3%。

1.3盐水浓度控制

淡盐水浓度要稳定控制。淡盐水浓度过高，膜的含水量减少，导致膜电压上升。为了安全稳定，同时降低槽电压，将淡盐水质量浓度控制在205～230 g/L。

1.4电解槽温度控制

电解槽温度正常控制在85～90℃(具体与负荷有关)，在此范围内温度上升，槽电压降低。温度提高导致膜的孔隙增大，膜的电导率增大，电解液的电导率增大，槽电压下降。电解槽温度受外界温度影响比较大，所以DCS要根据外界气温的变化提前缓慢调整电解液温度。升降温一定要缓慢，否则电压变化剧烈，且一旦电压上涨就很难恢复到之前水平。

1.5 电解槽压差控制

在允许的范围内，增加压差有助于电压下降。压差增大导致离子膜紧贴在阳极上，电解液的气体体积缩小能及时将氯气排出，减少气泡引起电解液电阻下降，槽电压降低。将压差由3.5 kPa调整至4 kPa[1]。

2 逆向电流的危害及防止措施

2.1 逆向电流的危害

在电解过程中，单元槽从平衡状态被极化，分别在阳极和阴极发生如下电解反应：

阳极：2Cl--2e-＝Cl2

阴极：2H2O+2e-＝H2+2OH-

当切断电流后，单元槽又恢复到平衡状态，但阴阳极液的组成发生了变化，阳极液中存在(Cl-/Cl2)电对，阴极液中存在(H2+OH-/H2O)电对，并且阴阳极进出口管路中有导电的液体，于是就构成了原电池发生如下原电池反应，从而形成反向电流。

阳极：Cl2+2e-＝2Cl-

阴极：H2+2OH--2e-＝2H2O[2]

特别是停车后，由于阳极液中溶解有氯气，更容易发生原电池反应，产生逆向电流。除了对膜性能有影响外，零极距电解槽中，由于其阴极涂层不是普通的NiO涂层，而是特殊的Ru涂层，而逆向电流极易造成涂层溶解脱落，降低阴极的使用寿命。

2.2 防止逆向电流的措施

(1)使用极化整流器

在电槽停车，主整流器停止的同时，通过极化整流器给电槽一个比较小的正向极化电流，阻止反向电流的产生。极化整流器给电槽的正向极化电流比较小，低电流运行是很危险的，特别是膜后期(膜运行两三年后)，会造成Cl2中含H2升高，如果运行时间太长，会造成Cl2中含H2超高而爆炸。旭化成公司最早提供的极化整流器运行时间是1 h，后经过试验发现，20 min后，Cl2中含H2明显升高。因此，现在的极化整流器运行时间应减少到15 min。如果有的企业极化整流器的运行时间仍超过20 min，是比较危险的。

(2)阴阳极流量控制

根据前述反向电流的形成原理，降低反向电流的最有效办法是尽快置换出阳极室中的Cl2。可以说加大阳极循环比投入极化整流器更重要。在停车的前65 min，阳极流量越大越好，尽快置换出阳极室中的Cl2；相反，阴极流量越小越好，使H2置换的越慢越好。但要注意，阴极流量过低时，虽然阴极出口软管处可能出现萤火，但不会出现安全问题。

(3)阳极加酸

对于零极距电槽来说，阳极加酸，即降低阳极液中Cl2的溶解度，这是因为Cl2在水中存在如下平衡：

Cl2+H2O→HCl+HClO

所以，电槽尽早加酸，可保证停车时阳极室中Cl2更容易置换，减小逆向电流。

(4)电槽温度控制

电槽温度越高，阳极液中Cl2的溶解度就越低，反向电流就越小。因此，在实际运行中要尽可能保持较高的槽温，不仅可以减少反向电流，还能降低电压，获得更低的电耗。槽温控制还与膜的性能有关，要按照膜供应商的要求控制槽温。

3 严格控制电解槽加酸酸度及pH值

在电解槽中加酸有如下好处。

(1)降低氯气中氧含量，提高氯气纯度。

(2)减少对阳极涂层和钛基体的腐蚀，延长阳极涂层寿命。

(3)提高阳极电流效率，增加氯气产量。

(4)提高氯气纯度和降低氯中氧含量

(5)提高阳极液中NaCl的浓度，降低阳极液电阻，降低槽电压。

(6)降低脱氯系统处理的负荷。

(7)减少对垫片的腐蚀(HClO+HCl→Cl2+H2O；NaClO3+HCl→NaCl+Cl2+H2O；NaOH+HCl→NaCl+ H2O)。

(8)减少淡盐水中的氯酸盐含量。

(9)减少对蒸发和固碱设备的腐蚀，减少成品碱中铁离子的含量。

(10)减少成品碱中Na2CO3含量(Na2CO3+HCl→CO2↑+H2O+NaCl)。

但如果误操作造成加酸过量，不仅使膜氢化，槽电压急剧升高，膜起泡且腐蚀牺牲阳极；酸度太小，使氯中氧含量升高，腐蚀阳极涂层及钛基体，使阳极寿命缩短。因此，要严格控制电解槽阳极液pH值和酸度。

3.1 电解槽加酸应注意的问题

(1)在膜运转的不同阶段，加酸量是不同的，初期加的少，后期加的多。即使加的酸量足够，在膜运转的不同阶段，氯中氧含量也是不同的，其体积分数基本是在0.5%～0.8%，因为加的酸能中和掉大部分OH-，还有少部分不能中和(二者比例为6∶1)。随着膜阴极电流效率的逐渐下降，OH-反渗到阳极室逐渐增多，未被中和的OH-也相应增多，故氯中氧含量略有增加。

(2)氯中氧含量与电解槽阳极液pH值呈线性关系，pH值越高，氯中氧含量就越高，反之亦然。加酸为中和阴极室反渗到阳极室OH-，减少其放电和发生一系列副反应。阴极效率低，要多加酸，提高阳极效率，降低氯中氧含量。但为了防止酸加过量危害膜，要严格控制电解槽进口淡盐水和二次盐水混合盐水酸度。

(3)通过酸度计算出的pH值要比真实的高0.5～1.0。因为含量要影响pH值。

4 结论

零极距离子膜电解槽是整个离子膜装置的核心设备，且电耗占生产成本的60%，所以电解槽稳定运行非常重要。在日常运行中，要严格工艺管理，确保电解槽装置安全、平稳运行。只有保证电解槽稳定、长期、高效运转，才能获得经济效益。

［1］乔进旺，李晓杰.电解槽运行总结.氯碱工业，2015，51（12）：18-20.

［2］唐必勇.离子膜电解槽停车时反向电流的产生、危害及防止措施.中国氯碱，2013，9：1-6.

Operation summary of zero polar distance sub membrane electrolysis cell

LI Chun-jiang1，LIU Jun-jie2
（1.Xinjiang Tianye（Group）Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China；2.Tianneng Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China）

In this paper，the process parameters and the matters needing attention in the operation of the zero polar distance sub membrane electrolysis cell in the production of ion-exchange membrane caustic soda are introduced.

：zero distance；ionic membrane；electrolytic tank；function；chlor-alkali production

TQ114.26+2

：B

：1009-1785(2016)10-0009-02

2016-05-10