两种离子膜电解槽在同一系统上应用小结

2018-09-07唐宇来

中国氯碱 2018年8期

唐宇来

（广西柳化氯碱有限公司，广西柳州 545600）

广西柳化氯碱有限公司烧碱分厂现有15万t/a离子膜烧碱装置。其中一期10万t/a采用4台旭化成NCH型自然循环高电流密度电解槽，二期5万t/a引进2台旭化成NCZ型零极距电解槽。一期、二期离子膜均采用旭化成膜F-6801。两种电解槽共同使用一套二次盐水精制工序及淡盐水脱氯工序，现将两种电解槽的运行情况小结如下。

1 电解槽的技术参数

旭化成NCH型电解槽的技术参数（见表1），旭化成NCZ型电解槽的技术参数（见表2）。

2 运行工艺流程

2.1 一期10万t/a NCH型自然循环高电流密度电解槽工艺流程简述

一次盐水经螯合树脂塔处理后，合格盐水由精盐水泵（离心泵）送至盐水高位槽，从盐水高位槽来的精盐水分两路进入电解槽，一路供正常使用，另一路与纯水配比稀释后供电解槽充液和停车时补充盐水之用。供正常使用的精盐水通过入口连接在总管上的软管进入阳极室，电解产生Cl2，同时NaCl浓度降低，氯气与淡盐水的混合物通过出口软管进入阳极出口汇集管的气液分离器进行气液分离。被分离的液体送入阳极循环槽，经阳极循环泵送入真空脱氯系统，同时相当于入槽盐水流量15%的淡盐

表1 旭化成NCH型电解槽的技术参数

表2 旭化成NCZ型电解槽的技术参数

水引入精盐水总管防止阳极加酸引起的钛管腐蚀。被分离的氯气送至阳极循环槽的顶部进一步分离后并入氯气总管去氯处理工序。

阴极液通过阴极液高位槽送入阴极入口总管，经连接在总管上的软管送入电解槽的阴极室，电解产生H2和NaOH，氢气和阴极液的混合物通过出口软管进入阴极出口汇集管的气液分离器进行气液分离，被分离的液体送入阴极液循环槽后，大部分经阴极循环泵送入阴极高位槽，加入纯水后重新回到电解槽进行电解反应，部分送入成品碱贮槽。被分离的气体送至阴极液循环槽的顶部再次分离后并入氢气总管送到氢处理工序。

2.2 二期5万t/a旭化成NCZ型零极距电解槽改进情况

（1）增加极化电源

在膜极距电解槽中，增加了极化电源，目的是抵消电解槽内的电解液因原电池反应产生的反向电流，从而防止反向电流对电极的损坏而造成的槽电压上升。

（2）阳极液循环系统设置溢流管

为了防止淡盐水循环槽内阳极液上涨过高而堵住氯气出口，进而造成大的反向压差，在淡盐水循环槽的人口处设置1根去往阳极液排放槽的溢流管线，溢流管线的高度应保证在溢流状态下电解液能够充满电解槽的阳极室。溢流管线的直径与进入淡盐水循环槽的淡盐水管线的直径相等。同时，氯气管道不再进入淡盐水循环槽的顶部进行气液分离，而是通过其在管道内的流向改变来实现气液分离。

为防止溢流管内的阳极液长期静置而可能由于温度降低导致的盐水结晶，影响淡盐水在异常状况时向阳极液排放槽的溢流，将淡盐水循环泵出口的淡盐水pH值分析管线连接至溢流管垂直段的中上部，保证淡盐水溢流前其内部的液体处于流动状态，同时起到保持温度的作用。

在破虹吸管线中有少量氯气析出在其上部，设置1根去往废气处理的管线，使得析出的氯气去往除害塔被吸收。该管线改进图见图1。

图1 零极距电解槽管线改进图

（3）增加精盐水贮槽

在高电流密度电解槽的工艺中，精盐水高位槽及碱液高位槽中的电解液是用来在电解槽紧急停车时，向电解槽内供给精制盐水及碱液，以置换滞留在电解槽内的气体。此外，高位槽的设计还能起到稳定电解液供给压力的作用。零极距电解槽采取了较低的压力设计，滞留在电解槽内的气体会更多。意外停车时，需要更多的精制盐水来置换；由于零极距电解槽极距缩小，氢气更容易渗透至阳极室；阳极室内的氯气也更容易进入电解槽的阴极室，腐蚀阴极侧。为了防止以上情况的出现，在零极距电解槽的工艺设计中，增加了精盐水贮槽。

精盐水贮槽有效降低了由于树脂塔故障而导致电解槽停车后不能进行电解液循环的风险；同时，在气源出现故障时，依然有足够的精制盐水对阳极室内的气体进行置换和进行电解液的循环。

（4）增设泵的自启动系统

运行过程中，某台泵由于故障停止时，如果另一台泵能够自动运行并及时补充电解液，即可减少生产中意外停车的次数，因此，引入了泵的自启动系统。

3 两种不同电解槽在同一系统上的运行情况

3.1 高电流密度电解槽运行情况

高电流密度电解槽从2009年12月28日投入生产至2016年期间运行稳定，除旭化成每年要求抽离子膜进行性能分析及电解槽运行后期槽垫片腐蚀泄漏检修外，没有因为离子膜泄漏而拆槽检修过。

3.2 零极距电解槽运行情况

零极距电解槽从2012年8月28日投入生产，2013年11月25日旭化成要求抽离子膜进行性能分析，拆出离子膜后发现离子膜上部靠近垫片1cm左右的位置发白变薄，电解槽框无明显变化；2014年一次计划停车检修，准备开车做膜试漏时发现有E槽15张膜漏，F槽12张膜漏，换新离子膜后正常开车；2015年年初检修停车，做电解槽膜试漏检查，又发现E槽54张膜漏，F槽38张膜漏，换新离子膜后继续开车，到2016年全部更换离子膜。

3.3 存在的主要问题

（1）停车期间阳极室有氯气残留，并通过离子膜腐蚀阴极网，离子膜受到镍污染变黑；

（2）负压系统压力不稳定，有时出现正压泄漏氯气；

（3）电解槽阴极镍丝网整体下垂5～8 mm，槽体设计有待改进；

（4）电解槽有垫片被挤出槽框发生泄漏事故；（5）电解槽密封面腐蚀泄漏；

（6）因电解槽槽前过滤器被树脂堵塞造成盐水流量不足发生过紧急停车事故。

4 对系统存在的问题进行改进

4.1 负压系统改进

（1）原因。原工艺设计中负压系统没有排水管，现氯酸盐分解槽运行，氯气排往负压管，氯气含水高，导致负压管积水无法排除，负压不正常，电解槽停车阳极气相管无负压或负压小于-2 kPa，电解槽阳极内氯气排除不完全。

（2）改进措施。在负压管上增加排液管，在电解槽前负压总管上加一套U型负压测量计。

（3）改进后效益。负压系统改进后，每次停车可以正确判断负压管压力情况，并采取相应措施，保证电解槽停车后阳极氯气置换合格，防止电解槽极网被腐蚀。

4.2 盐水系统树脂二次拦截改进

（1）原因。树脂塔内部因检修过，使用时间过长，底网松动，泄漏少量树脂，虽有进行过滤，但仍有树脂泄漏进精盐水贮槽，打到精盐水高位槽后进入电解槽槽前过滤器，堵塞过滤，导致阳极进液管压力超过140 kPa。电解槽每季度需停车处理一次，每次9 h，总计影响烧碱产量600 t/a（折百碱），产值300万元。

（2）改进措施。在精盐水泵进口管上增加一台过滤器，过滤网使用树脂捕集器余网制作。

（3）改进后效益。精盐水泵进口管增加过滤器后，电解槽槽前过滤器无堵塞，每年大修拆开清理即可，每年可多产烧碱600 t/a（折百碱），增值约240万元。

5 电解槽操作注意事项

（1）离子膜电解槽开车时槽温应不低于65℃。每种电流密度下都有一个最佳电流效率的温度点，但是当槽温降至65℃以下时，电流效率下降迅速，以后即使温度再上升，电流效率也难以恢复到原来的水平。

（2）按照标准操作规程控制氢气压力、氯气压力，氢氯压差控制在2～6 kPa，力求氢氯压差稳定在4 kPa，严禁逆压差。

（3）正确操作，保护零极距电解槽阴极网。a.泡膜时，使用浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液；b.安装槽框时，保护阴极弹簧网，不要使其受力凹陷。在检修单元槽放到电解槽的侧板上时，一定及时把鞍型隔离架安置好；c.安装膜时，不要用纯水冲洗阴极网；d.在进行槽试漏或洗槽时，要保持阴极液pH值不低于12。