离子膜电解槽电耗成本降低措施的探讨

2023-01-15刘宏庞智强

氯碱工业 2022年4期

关键词：烧碱电流效率电耗

刘宏,庞智强

(新疆华泰重化工有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830019)

离子膜烧碱电耗占吨碱成本的60%～65%，电耗主要由工艺用电和供电系统的损耗两部分组成，供电系统的损耗一般占总电耗的5%左右。因此，做好电解工艺的节能降耗工作，降低碱耗交流电，就能有效提高企业的经济效益。

笔者从以下方面探讨了降低离子膜电解电耗费用的措施：提高输送电能的电压，提高功率因数，采用先进的离子膜电解工艺，降低槽电压，提高电流效率，采用错峰用电节约电费，以及加强离子膜电解槽的维护和管理。

1 提高电源电压，减少电源输送的电能消耗

由于输电线路长，须考虑电能的损失。在相同功率下，电压越高，则电流越小。由P=I2R得知,低电流在输送电路上的电能损失更少。因此，提高输送电能的电压,是减少输电线路上电能损耗的有效方法。

2 提高功率因数

提高功率因数的意义在于提高用电质量，提高用电设备利用率，减少线路的功率损失，提高电网输电效率。为保证离子膜烧碱企业的供电质量，减少线路的功率损失，保证供电电压稳定，根据需要，设计投用一定数量的无功补偿装置，保证功率因数在0.96以上。由于整流需要输送的功率负荷较高，通过提高功率因数节约电能，也有很好的效果。

3 采用先进的离子膜电解工艺

离子膜法电解技术是当今世界各国烧碱工业大力发展的清洁生产技术，其中又以高电流密度、复极式、膜极距、自然循环电解槽为最佳。与隔膜法生产烧碱相比，采用离子膜法生产烧碱具有显著优势，电耗大幅降低，碱浓度提高，烧碱品质好，氯气和氢气纯度高。

膜极距电解槽通过降低电解槽阴极侧溶液电压降，达到节能降耗的效果。原有电解槽阴阳极间距为1.8～2.2 mm，溶液电压降为200 mV左右。膜极距电解槽就是改进阴极侧结构，增加弹性构件，使得阴极网贴向阳极网，电极间距为膜的厚度[1]。

膜极距自然循环离子膜电解槽与普通离子膜电解槽相比，同等电流密度下，膜极距电解槽电压降低约180 mV，相应吨碱电耗下降约127 kW·h。按照30万t/a烧碱计算，年节约用电30×127=3 810(万kW·h)，有很好的节电效果。

4 降低槽电压

槽电压升高会增加电解槽电耗，影响离子膜槽电压的因素[2]如下。①膜自身结构。降低膜的羧酸层厚度，有助于降低膜的电压降，从而降低槽电压。②电流密度。电流密度升高，槽电压也逐渐升高。随着膜结构性能的改变，电压曲线的斜率会发生变化，引起膜电压变化。在槽温和烧碱浓度基本稳定时，较高的电流密度，有利于电流效率的提高。③烧碱浓度。电解槽运行中烧碱浓度的升高，引起膜中含水率降低，膜电压升高，槽电压就随之升高。④两极间距。电解槽结构的膜极距化就是缩小两极间距离，溶液电压降随之降低，槽电压相应降低。但极距不小于2 mm为好。⑤阴极液循环量。当阴极液循环量减少时，液体中气泡会增加，气泡在膜上及电极上的附着量增加，引起槽电压上升。⑥电解液温度。电解液温度影响槽电压。温度升高，槽电压下降。但当电解液温度高于90 ℃时，增加了水的蒸发量，使槽电压上升。电解液温度一般控制在85～90 ℃之间。⑦盐水中的金属离子杂质。盐水中铁、钙、镁、锶、钡等金属离子的质量浓度达到一定值时，会引起槽电压升高。⑧电解槽内的压力和压差。提高电解槽内的压力，槽电压降低。电解槽正压差比负压差对降低槽电压影响效果大，阴、阳极室压差一般控制在(2～6) kPa。⑨阳极液的pH值。降低阳极液的pH 值有利于降低槽电压，阳极液pH值一般控制在2～3之间。⑩离子膜电解槽的开停车。离子膜电解槽开停车时压差的波动，会引起膜的振动，使膜受损，导致槽电压上升。

5 提高电流效率

影响电流效率的因素[3]有以下几个方面。①离子膜的交换容量。离子膜阴极一侧的离子交换容量越小, 电流效率越高。②烧碱浓度。离子膜烧碱浓度升高，会引起槽电压升高、电流效率下降。③氯化钠浓度。当离子膜长时间在低氯化钠浓度下运行, 会造成膜膨胀, 严重时导致起泡或脱层分离,使离子膜受损，引起电流效率下降。④电流密度。电流密度在1.5～4.0 kA /m2范围时，电流效率较稳定。运行中应保持电流的稳定，如果电流出现频繁的上升或下降，会使单元槽氯中含氧体积分数、氯中含氢体积分数升高,甚至升高得很快,引起电流效率下降。⑤盐水中的杂质。当盐水中钙、镁等杂质含量增大时, 可以明显地观察到电流效率的下降。⑥向阳极液中添加盐酸。通过中和反应，去除反渗透过来的氢氧根离子,可以提高阳极的电流效率。⑦电解液温度。电解液温度应控制在80～90 ℃。温度降低，则槽电压升高，电流效率下降；但电解液温度高于90 ℃时，水的蒸发量增加，导致汽水比例增加，槽电压上升，电流效率下降。

6 采用错峰用电节约电费[4]

安排好整流负荷的经济用电时间，合理利用峰谷电价差，适当对整流负荷进行调整，将部分高峰用电时间的负荷，转移到低谷时段。采用错峰用电，调整整流电流负荷时，在相同的烧碱产量下，峰谷分时运行电流差距越大，节电费用越显著。峰谷电流负荷的调整，可以减少企业的用电费用，进而达到降低离子膜烧碱的生产成本，提高经济效益的目的。电解槽运行电流在一定范围内波动，对电流效率的影响不大，关键是要随电流负荷的改变，及时调整与电解槽相关的工艺控制指标。

7 加强对离子膜电解槽的维护与管理

7.1 加强对离子膜电解槽的维护

(1)漏液会引起单元槽电压高出平均值。装离子膜前，电解槽极板一定要平整光滑，不能有一丝毛刺。

(2)阴阳极液出口软管喷嘴处堵塞，也易引起槽电压升高，停车时要清理这些喷嘴的堵塞物。

(3)按照电解液温度指标的上限控制，控制85～90 ℃为好。

(4)在树脂塔后增设大容量精盐水储罐，为树脂塔故障时增加缓冲时间。当发现问题时采取紧急措施，可减少对膜的污染。

(5)严禁低电流密度运行。低电流密度下运行，会慢慢损坏离子膜，影响电流效率。

(6)应对膜针孔进行确定,尽可能迅速发现异常、果断停车,否则膜针孔扩大,极易烧穿网袋和极板。

(7)提高紧急情况的处理能力,延长设备使用寿命。

(8)减少电解槽的对地绝缘损失。

7.2 加强对离子膜电解槽的管理

离子膜电解槽的管理重点包括以下几个方面：①做好各类管理人员的分工协调工作，保障离子膜电解槽的运行;②建立电解槽的检修和管理档案，制定电解槽的完好标准;③建立设备的定期维护、校检、检修制度;④建立生产、工艺消耗、设备的月度分析制度，发现问题及时解决;⑤加强职工教育培训工作，提高职工操作水平和处理异常现象的能力;⑥积极开展提高装置运行率、降低生产事故的节能降耗活动。