8万t/a烧碱装置电解槽节能改造总结

窦素芹，王永杰，刘红彬

（沧州聚隆化工有限公司，河北 沧州 050018）

1 电解槽及离子膜情况介绍

沧州聚隆化工有限公司（以下简称“聚隆化工”）8万t/a离子膜烧碱装置于2003年3月引进氯工程自然循环电解槽，共8台，每台生产能力1万t/a。于2009年11月投产。2014年9月，因市场原因停车，期间对离子膜及电解槽做了在线保护。2016年7月，装置恢复生产。2017年3月底，装置重新开车，电解槽和离子膜是烧碱装置的核心设备，氯工程对阴阳极涂层的寿命保证是6年。至2017年，电解槽在线运行8年（停车在线保护2年）。电解槽离子膜使用的是杜邦N2030WX型，杜邦膜经济使用寿命保障值为3年。自2009年原始开车以来，离子膜已经于2012开始分两次更换，目前使用的离子膜已经在线运行超过5年（其中停车在线保护2年），进入第二次膜更换周期。

开车后由于电解槽在线运行时间较长且能耗较高，与新上装置相比更是存在较大差距，经多次试验换膜降耗仍不能解决问题，为此，需要对电解槽进行技术改造并同时对运行老化的离子膜进行更换，使电解槽恢复低电压高效率运行。

2 电解槽运行基本性能参数及技术指标

（1）基本性能参数

电解槽数:8台（编号分别为 1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#）；单元数:64 片；单台槽生产能力:1 万t/a；膜有效面积:3.276 m2；运行电流:4.2 kA/h。

（2）电解槽运行主要技术指标见表1。

表1 电解槽运行主要技术指标

3 电解槽及离子膜运行状况

2017年3月底开车以来，由于电解槽及离子膜在线运行均超过了制造商的保证期，生产中出现了以下问题:

（1）槽电压持续普遍升高300 mV以上，造成吨碱耗电升高，运行成本增加，即使换新膜槽电压依然较高；（2）产品质量降低（仅能基本上满足客户需求）；（3）电解槽产生的副反应加剧，氯酸盐分解运行费用增加，对设备的腐蚀更加严重；（4）出现了泄漏现象，负荷提满后单元槽及膜的更换频次增加，目前已无备用槽可用；（5）现用离子交换膜为2013年更换，在线使用加上停车时在线保存已经超过5年，远远超出了杜邦公司要求的使用年限。膜的强度大幅降低，形成了很多针孔，既造成经济效益损失也存在着较大的安全隐患。

4 进行电解槽技术改造和更换离子交换膜的必要性

为彻底解决电解槽存在的槽电压升高、产品质量下降、副反应加剧造成对设备的腐蚀、出现泄漏等问题，急需对电解槽进行改造。

（1）满足能耗要求。按照国家能耗标准，离子膜烧碱装置准入值为12个月≤350 kgce/t，24个月≤360 kgce/t，36个月≤370 kgce/t。目前聚隆化工离子膜烧碱装置综合能耗为353 kgce/t，略高于12个月准入值标准，主要因电耗较高所致。通过改造，可以大幅降低电耗，使综合能耗低于350 kgce/t，确保达到国家能耗装置准入值要求。

（2）提升产品成本竞争力需要。目前烧碱行业先进企业离子膜烧碱装置（进行零极距改造的）吨碱电耗在2 100 kW·h左右，该公司吨碱电耗为2 296 kW·h，差距明显，成本不具竞争力，改造后吨碱电耗将达到2 130 kW·h，将接近先进企业水平。

（3）该公司电解槽离子交换膜从投入至今已长达5年之久，存在系统压力波动造成膜撕裂，从而导致重大爆炸事故的安全隐患问题。

因此，为彻底解决当前电解槽运行存在问题，提高电解槽效率，降低生产成本，达到行业先进水平，需要对离子膜电解槽全部进行膜极距的改造，同时进行离子膜第二次更换。

5 具体改造方案

为降低装置电能消耗，该公司以降低槽电压为导向，结合行业调研，2013年，对电解槽实施了改造升级试验，先期拿出15片单元槽分3组与3个加工单位进行技术合作对电解槽进行零极距改造，为电解槽改造获取了基本对比数据，并确定了最优合作商。结合先期改造合作试验结果，2017年形成了成熟的电解槽改造方案:阳极密封面更换为钛钯合金、阳极网更换、阴极膜极距改造。

5.1 阳极改造

根据电解槽阳极网的实际情况，如果使用旧基材，在拆除和安装过程中必定会出现破损，进行重新焊接修补，平整度很难找平，使用过程中会造成离子膜破损，缩短离子膜使用寿命，因此只能更换新的阳极网。将原来的阳极密封面去除，更换新的钛钯材质密封面。

5.2 阴极膜极距改造

通过改造阴极，将现有电极间距由2～5 mm缩小到几乎为零，有效地降低了电极间的极间距阻抗，从而达到降低电解电耗的目的。原有阴极面网不动在之上敷设弹性网，弹性网之外再包覆新阴极面网，新阴极面网固定在原阴极网上。这样通过弹性网的支撑，阳极网、离子膜、阴极网柔性贴合，实现膜极距。

5.3 具体实施方案

为了最大程度地降低对生产的影响，采取了电解槽改造与换膜同时进行的实施方案。通过精心组织，认真研究，多方调研，综合考虑合作厂家加工能力、年度检修、市场及平稳用电等因素，自2018年5月开始对电解槽逐台进行改造，10月全部完成技改。从运行效果看，实现了吨碱耗电降低160 kW·h以上，烧碱产量提高5%，达到了预期效果。电解槽改造后技术指标见表2。

表2 电解槽改造后技术指标

6 结语

2018年该公司全部完成电解槽改造，全年影响离子膜碱产量较正常年份降低4 500 t，由于改造后实现了电耗下降，基本抵消了产量降低对效益的影响，综合考虑全年效益与改造前基本持平。改造后平均槽电压小于等于2.95 V，预计可降低电耗约170 kW·h/t烧碱，电流效率提高5%左右，年可增加烧碱产量4 000 t，装置经济效益达到预期。