ZMBCH 2.7电解槽膜极距改造

2017-03-13肖道兵

氯碱工业 2017年11期

肖道兵

(江苏奥喜埃化工有限公司，江苏泰兴 225434)

江苏奥喜埃化工有限公司(以下简称“江苏奥喜埃”)原为江苏光明化工股份有限公司，2008年被香港凯仕顿投资公司有限收购。1套2.5万t/a离子膜法KOH装置采用蓝星(北京)化工机械有限公司(以下简称“北化机”)生产的自然循环高电流密度电解槽，共有140只单元槽，双头油压，有效电解面积2.7 m2。离子膜选用杜邦N2030 K型膜，于2007年3月投产。

与相同电流密度下的普通电解槽相比，膜极距电解槽拥有特殊的弹簧垫和柔韧的阴极网，有较长的阴极涂层寿命；活性阴极网在弹簧垫的作用下，直接与离子膜接触，极间距只有离子膜的厚度，大大降低了溶液的电压降；且新型电极有较大的导电区域，具有低结构的电压降[1]。因此，膜极距单元槽电压下降170 mV以上，生产1 t KOH的电耗下降83 kW·h，节能降耗和社会经济效益明显。

近几年电解槽膜极距改造工艺日趋成熟，管理水平日益提高，为膜极距改造后的电解槽稳定经济运行提供了有力保障。2014年7月，江苏奥喜埃计划更换此套装置的离子膜，同时对电解槽进行膜极距改造。

1 电解槽膜极距改造

1.1膜极距电解槽改造主要步骤

1.1.1 阴阳极网

电解槽阴阳极涂层预期寿命为8年。江苏奥喜埃电解槽已运行7年，存在阴阳极网变形、涂层老化、槽电压高、电流效率下降、产品品质下降等问题。因此，本次对阴阳极网进行以下改造。①阳极更换为带有特殊涂层的新钛网(DSE)，保证寿命至少8年。②阴极利用旧的活性阴极网，安装新设计的弹簧，安装高性能的活性阴极网，保证寿命至少8年。③新阴阳极网全部原装进口。

1.1.2 单元槽密封垫片

由于新阴极在原有阴极网基础上增加了弹性网和活性阴极网，造成阴极网突出4～5 mm。为了避免阴极网的压力过大刺破离子膜，经过对不同垫片生产厂家的垫片进行硬度和厚度分析后，决定将阴极中框垫片全部改为端框垫片，阳极垫片型号不变。

1.1.3 油压系统

江苏奥喜埃2007年4月开车时，电解槽多次发生垫片密封泄漏着火事故，原因主要为挤压力过大。经反复计算，电解槽挤压力采用改造前运行的7.0 MPa不变。油压系统由北化机技术人员进行保养和部分备件更换。

1.1.4 阴阳极进出料软管

软管预期寿命为8年，本次改造时全部更换。

1.1.5 极化整流器

原电解槽已安装北化机配套的极化整流器，经计算(V极化整流器=2.54n)，其额定容量满足改造后的膜极距电解槽的要求。

1.2膜极距电解槽改造注意事项

1.2.1 单元槽位置

正电位区运行的单元槽可以换至负电位区运行，但负电位区运行的单元槽不允许移动至正电位区运行。因此，拆槽时将单元槽做好编号，按顺序吊装在运输小车上，改造完成后要求厂家按原顺序排列装箱运回。

1.2.2 阳极网

要保护性地拆除旧阳极网。拆除后，要检查边框法兰面和底板是否腐蚀和平整；检查筋板，发生弯曲的要调整；检查进料分布管小孔，堵塞的要清理疏通。新阳极网最好采用自动点焊，焊接后要进行真空测试，测试后要清洗阳极网，然后做焊点、平整度检查，清除焊点毛刺。

1.2.3 阴极网

旧的阴极网作为支撑体(基网)将弹性体焊接在基网上，再铺上活性网。弹性网易出现断丝现象。改造后的单元槽阴极侧要求网表面平整，弹性均匀，网面不应出现可触摸到的断丝、接头。

1.2.4 牺牲电极

检查单元槽牺牲电极是否腐蚀、损坏或脱落，牺牲电极点焊在单元槽进出液接管上。更换时要区分正电位区和负电位区的牺牲电极。

2 电解槽膜极距改造后节能分析

2.1电解槽膜极距改造前后运行数据

电解槽膜极距改造前后，在11.5 kA电流下的运行数据统计见表1。

表1 电解槽膜极距改造前后运行数据Table 1 Operation data of electrolyzers before and after zero-gap remodeling

由表1可知：在相同的运行电流密度下，单元槽平均电压下降了210 mV，节电明显。

2.2电解槽膜极距改造前后校正电压变化情况

电解槽膜极距改造前后校正电压(折标)变化趋势如图1所示。

由图1可知：膜极距改造后槽电压下降明显。在改造后运行初期，槽电压稍高，随后逐渐下降至稳定水平。

2.3电解槽膜极距改造前后能耗比较

在相同电流密度的情况下，电解槽膜极距改造前后能耗比较见表2。

2.4效益核算

改造前直流电耗：

3.18×1 000÷2.094÷96%=

1 581.9 (kW·h/t)。

改造后直流电耗：

2.97×1 000÷2.094÷98%=

1447.3 (kW·h/t)。

以装置年产2.5万t计，年节电：

(1 581.9-1 447.3)×25 000=

336.54万 (kW·h)。

图1 电解槽膜极距改造前后校正电压变化图Fig.2 Change in calibrated cell voltagebefore and after zero-gap remodeling

时间单元槽平均电压/V电流效率/%直流电耗/(kW·h/t)单耗下降/(kW·h/t)改造前3．18961581．90改造后2．97981447．3134．6

以电费0.6元/(kW·h/t)计，年节约电费：

0.6×336.54=201.92(万元)。

年节约的用电量对应折算成节约标煤：

1.229×336.54≈413.6 (t)。

年减排二氧化碳：1 100.2 t。

改造费用分摊到单元槽，平均2.3万元/只，总投资费用：

2.3×140=322(万元)。

年投资回报率62.7%，投资回收期约19个月。

3 膜极距电解槽改造后操作注意事项

阳极侧盐水品质是维持离子交换膜高性能的重要因素[2]。膜极距电解槽对盐水精制工艺要求更严格，对二次精制盐水的质量指标要求更高(见表3)。

正常情况下，阴极室操作压力(25 kPa)高于阳极室操作压力(20 kPa)，维持压差在5.0 kPa。阴极弹性网能承受的压力有限，如果因误操作或生产事故造成大的反向压差，可能对阴极网造成无法修复的损伤，导致槽电压上升，电耗增加。因此，必须严格控制阴、阳极室操作压力和压差。

电解槽正常或紧急停车后，由于电解槽内的电解液因原电池反应产生反向电流，反向电流将会使阴极被氧化。改造前电解槽阴极采用氧化镍涂层，其具有良好的稳定性，不易被氧化，反向电流对其危害较小。改造后电解槽阴极采用镍基加氧化钌涂层，其容易被反向电流氧化而腐蚀(溶解)，并逐渐失去活性(析氢电位上升)，使槽电压上升；同时，溶解下来的镍会污染离子膜，使膜电压上升[3]。因此，电解槽停车后必须供应极化电流，保持每个单元槽电压为1.6～1.8 V。

表3 二次盐水质量指标Table 3 Operating parameters of secondarily refined brine

电解槽停车检修规程变化如下。改造前，根据北化机电解槽操作规程，为确保检修安全和保护极网涂层，停车后电解槽阴阳极室须排液充入纯水水洗2次。膜极距改造后，由于新的阴极涂层中的氧化钌等成分对酸性和中性水几乎没有抗腐蚀性，所以停车后电解槽阳极室充入180 g/L的新鲜盐水、阴极室充入16%～18%的KOH置换后排液，阳极室再次充入纯水、阴极室再次充入质量分数2%～3%KOH清洗阴阳极网，确保阴极涂层不被涂层催化剂和镍基体之间发生的电化学腐蚀所损伤。