張 軍，黃華軍，李一青，劉 寅

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津 300480）

不同類型電解槽改制成零極距電解槽的運行總結(jié)

張 軍，黃華軍，李一青，劉 寅

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津 300480）

針對2種不同類型離子膜電解槽改制而成的零極距電解槽在實際運行過程中參數(shù)的完成情況，簡要說明電解槽改制和生產(chǎn)運行中應(yīng)該注意的問題。

復(fù)極；單極；離子膜電解槽；改制；零極距

1 改造前后運行情況簡介

天津渤天化工有限責(zé)任公司現(xiàn)有3套離子膜電解裝置，年產(chǎn)離子膜燒堿近20萬t（各裝置生產(chǎn)能力見表1）。2007年，該公司開始進(jìn)行ML-32NCS型復(fù)極離子膜電解槽（以下簡稱復(fù)極離子膜電解槽）單元槽零極距改制試驗并取得成功。2008年至2009年渤天公司分2期將復(fù)極離子膜一線8臺改制成復(fù)極離子膜零極距電解槽 （以下簡稱復(fù)極零極距電解槽），改制后部分復(fù)極零極距電解槽運行參數(shù)見表2。

說明：

（2）改制后各電解槽運行技術(shù)指標(biāo)為零極距電解槽運行1個月后的實際完成情況。

表1 離子膜電解裝置生產(chǎn)能力表 萬t/a

表2 復(fù)極零極距電解槽改制前后技術(shù)指標(biāo)對照表

（3）改制前電解槽電流效率按93.5%計，改制后電解槽電流效率按95.5%計。

（4）受金融危機(jī)影響，后期改制的電解槽開動電流較低。

2010年，在復(fù)極離子膜電解槽成功改制成復(fù)極零極距電解槽基礎(chǔ)上，該公司著手進(jìn)行單極離子膜電解槽零極距改制工作。受資金和其他因素影響，單極離子膜電解槽零極距改制工作還沒有全部完成，但從已經(jīng)改制的6臺單極零極距電解槽運行參數(shù)完成情況看，改制是有效果的。 改制單極零極距電解槽運行技術(shù)指標(biāo)與改制前完成情況對照表見表3。

表3 單極零極距電解槽改制前后技術(shù)指標(biāo)對照表

說明：

（1）改制前各電解槽運行技術(shù)指標(biāo)為停槽前一天實際完成情況。

（2）改制后各電解槽運行技術(shù)指標(biāo)為零極距電解槽運行一個月后的實際完成情況。

2/美顏蘿卜，為什么這么說呢。很多女性在選擇護(hù)膚品時候，某些貴一點的護(hù)膚品都會有一個功能，那就是抗氧化?？寡趸褪堑钟杂苫鶎τ跈C(jī)體中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等的侵害。可是單單借助外用產(chǎn)品而不注重內(nèi)在身體營養(yǎng)的流失是不行的，這時候，胡蘿卜素就又派上用場了，胡蘿卜素具有顯著的抗氧化功能，其分子結(jié)構(gòu)中含有多個共軛雙鍵，能有效抑制自由基的活性，從而減少其對細(xì)胞遺傳物質(zhì)和細(xì)胞膜的傷害。

（3）改制前電解槽電流效率按93.5%計，改制后電解槽電流效率按95.5%計。

2 改制零極距電解槽運行體會

2.1 改制質(zhì)量是實現(xiàn)高效益運行的關(guān)鍵

由于該公司是國內(nèi)第一家采用國內(nèi)技術(shù)進(jìn)行復(fù)極離子膜電解槽改制復(fù)極零極距電解槽的企業(yè)，從復(fù)極離子膜單元槽改制復(fù)極零極距單元槽試驗開始到整臺電解槽進(jìn)行改制，改制技術(shù)也是不斷提高、逐漸完善的過程。在前期復(fù)極單元槽改制試驗過程中，18個改制后的復(fù)極零極距單元槽槽電壓在開動電流8 985 kA的情況下，單元槽初期平均槽電壓完成3.054 V，其中，最高3.22 V，最低2.94 V。在半年后陸續(xù)進(jìn)行的復(fù)極離子膜電解槽整臺改制過程中，由于改制技術(shù)的不斷提高和成熟，改制后的復(fù)極零極距電解槽平均槽電壓又有所降低，具體完成情況見表4。

在離子膜電解槽改制零極距電解槽方面，以下幾個問題應(yīng)引起重視。

表4 改制復(fù)極零極距電解槽單元槽運行1周后平均電壓完成情況

（1）彈性體材質(zhì)和彈性體鋪墊均勻程度影響改制零極距電解槽的運行

一般情況下，改制零極距電解槽彈性體厚度保持為5.0～6.0 mm。如果彈性體材質(zhì)不好，改制后的零極距電解槽會在壓力尤其是反壓差的作用下出現(xiàn)彈性體形變而不能夠很好地恢復(fù)原狀，從而形成有極距電解槽。離子膜電解槽改制過程中，彈性體鋪墊過于松散，對保持陰極平整度非常不利，輕微的壓力就會使陰陽極間產(chǎn)生極距，因此，均勻進(jìn)行彈性體鋪墊對改制零極距電解槽平穩(wěn)運行極為重要。

（2）陰極網(wǎng)片絲徑和中心距影響槽電壓

陰極極網(wǎng)孔大，成本相對低，但槽電壓會上升，因為陰極表面積減小了；網(wǎng)孔小，電解槽槽電壓會有一定幅度的下降，但網(wǎng)孔過小，對氫氣釋放不利，會產(chǎn)生阻礙作用，對降低槽電壓產(chǎn)生負(fù)面影響。該公司1臺單極離子膜電解槽改制零極距電解槽 （槽號：324#）曾采用絲徑0.10 mm、絲中心距 0.5 mm、折合50目左右的鎳網(wǎng)制作陰極網(wǎng)片，雖然陰極面積有所增大，但投入運行后槽電壓運行狀況并不理想（見表3）。一般情況下，改制零極距電解槽陰極網(wǎng)片選擇標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)目數(shù)為42目，絲徑0.15 mm、絲中心距0.6 mm。

（3）復(fù)極離子膜電解槽的改制效果明顯好于單極離子膜電解槽

渤天公司ML-32NCS型復(fù)極離子膜電解槽陰陽極極間距一般為1.5～1.8 mm，由于改制后的零極距電解槽陰陽極極間距只有離子膜的厚度，陰陽極極間距的降低使第二類導(dǎo)體電壓降大大降低，電解單元直流電耗明顯下降。對于AZM-T3.4-F2型和MMC-3.4.3型單極離子膜電解槽而言，由于改制前就是采用彈簧片來降低陰陽極極間距的，運行初期可以視作是零極距或小極距離子膜電解槽，但隨著運行時間的推移，彈性墊產(chǎn)生金屬疲勞或極片在壓力作用下局部產(chǎn)生變形，使之逐漸成為有極距電解槽，由此造成槽電壓和電解單元直流電耗的升高。

正是因為單極離子膜電解槽運行初始狀態(tài)可以看作是零極距電解槽，所以在采用彈性網(wǎng)改制成單極零極距電解槽后，陰極內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，有效空間被大大降低、絲中心距大大減小、陰極網(wǎng)絲經(jīng)變細(xì)等造成氫氣釋放阻力增加，限制了槽電壓的進(jìn)一步降低。1994年，該公司單極離子膜投入生產(chǎn)運行，運行穩(wěn)定后，在開動電流為32.80 kA的情況下，單元槽平均電壓完成3.112 V，而改制單極零極距電解槽在開動電流30.56 kA的情況下，單元槽平均電壓完成3.033 V，換算成相同的電流密度，單元槽電壓相差并不是很大。

2.2 極化整流器對改制零極距電解槽運行至關(guān)重要

為了考察、確定極化整流器在零極距電解槽運行過程中的作用，對零極距單元槽在沒有安裝極化整流器條件下的運行情況進(jìn)行了跟蹤。

C槽上復(fù)極零極距單元槽半年內(nèi)技術(shù)指標(biāo)完成情況表明，在C槽上的8個復(fù)極零極距單元槽在經(jīng)歷20次停槽情況下，平均槽電壓由3.01V上升至3.25 V，累計升高0.24 V，如果還原成相同電流密度，C槽上的零極距復(fù)極單元槽平均電壓相當(dāng)于升高0.26 V。

F槽上復(fù)極零極距單元槽半年內(nèi)技術(shù)指標(biāo)完成情況表明，安裝在F槽上的10個復(fù)極零極距單元槽在經(jīng)歷6次停槽情況下，平均槽電壓由3.10 V上升至3.22 V，累計升高0.12 V，在還原成相同電流密度的情況下，F(xiàn)槽上的零極距復(fù)極單元槽平均電壓升高0.11 V。

以復(fù)極離子膜A電解槽為例，在改制成復(fù)極零極距電解槽后極化整流器同步投入運行，在半年運行時間內(nèi)，因各種原因A槽累計停車19次。從技術(shù)指標(biāo)完成情況統(tǒng)計可以看出，由復(fù)極離子膜電解槽改制而成的復(fù)極零極距電解槽在增加極化整流器并實現(xiàn)同步運行的情況下，半年內(nèi)A槽單元槽平均電壓由2.976 V上升至3.029 V，還原成相同電流密度后單元槽平均電壓由2.976 V下降至2.952 V，單元槽平均電壓累計升高0.077 V。

通過以上比較可以說明，在沒有安裝極化整流器同步運行情況下，復(fù)極零極距單元槽經(jīng)過多次停槽后，槽電壓升高明顯。而對于安裝極化整流器，實現(xiàn)對復(fù)極零極距（電解）單元槽停送電時實施保護(hù)的情況下，單元槽電壓升高幅度明顯減小，所以，極化整流器對改制零極距電解槽運行至關(guān)重要。

2.3 鹽水質(zhì)量決定改制后的運行質(zhì)量

正常生產(chǎn)情況下，合格二次精鹽水中的水合鈉離子通過離子交換由陽極側(cè)遷移至陰極側(cè)，與陰極電化學(xué)產(chǎn)物OH-結(jié)合生成NaOH。當(dāng)二次精鹽水中雜質(zhì)離子（Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、I-、SiO2）含量超標(biāo)時，一方面，雜質(zhì)離子進(jìn)入離子膜并在羧酸層內(nèi)與鈉離子搶奪水分子，造成離子膜處于脫水狀態(tài)，使鈉離子的移動性能下降，導(dǎo)致電解槽電流效率出現(xiàn)降低趨勢。另一方面，雜質(zhì)離子之間或雜質(zhì)離子與陰極反遷移的OH-會在離子膜內(nèi)部結(jié)合生成微粒子雜質(zhì)沉淀，隨著雜質(zhì)離子不斷進(jìn)入離子膜羧酸層內(nèi)，形成的微粒子雜質(zhì)沉淀逐漸增大，最終形成大粒子雜質(zhì)沉淀時，就會堵塞離子膜內(nèi)部通道，使羧酸層樹脂遭到破壞，OH-反遷移阻力明顯減小，電解槽電流效率快速下降。

對于零極距電解槽，由于離子膜與陰陽極極片貼在一起，加上陰極網(wǎng)絲中心距只有0.5~0.6 mm，在陰極側(cè)就形成了一種“格柵效應(yīng)”，不合格鹽水對零極距電解槽的影響程度尤其是對離子膜的影響程度將會被放大，鐵離子含量偏高會使這種狀況更加明顯。目前，國外大型研究機(jī)構(gòu)也未能將這種影響程度進(jìn)行完全定量分析。零極距電解槽離子膜更換前后電壓相差較大主要是入槽鹽水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成的。大型氯堿設(shè)備供應(yīng)商明確表示，對于離子膜二次鹽水質(zhì)量完成不好或職工操作技術(shù)水平不高、處理突發(fā)問題能力不強(qiáng)的企業(yè)，不推薦使用零極距電解槽。2011年4月，該公司對最先改制的2臺復(fù)極零極距電解槽（A、B電解槽）進(jìn)行了換膜大修，從換膜前后復(fù)極零極距電解槽技術(shù)指標(biāo)完成情況（見表5）和近3年鹽水質(zhì)量指標(biāo)完成情況（見表6）看，鹽水質(zhì)量在一定程度上決定著改制零極距電解槽的運行質(zhì)量。

表5 換膜前后復(fù)極零極距電解槽技術(shù)指標(biāo)完成情況表

2.4 選擇最佳改制時期

改制時期選擇過早，原離子膜電解槽運行經(jīng)濟(jì)效益沒有得到充分發(fā)揮；改制時間過晚，改制后的零極距電解槽運行經(jīng)濟(jì)效益得不到充分發(fā)揮。

離子膜電解槽改制時間過早，原離子膜電解槽的經(jīng)濟(jì)效益沒有得到充分發(fā)揮，運行指標(biāo)完成情況還處在最佳期范圍內(nèi)，雖然陽極系統(tǒng)可以保留現(xiàn)狀而不增加投入，但陰極系統(tǒng)在其經(jīng)濟(jì)效益還沒有充分發(fā)揮的情況下就被新陰極取代，改制費用的增加加大了生產(chǎn)成本，這種情況下改制的零極距電解槽電耗下降幅度也有限， 所以，對于運行時間不長、電解槽各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成良好的離子膜電解槽，沒有必要過早進(jìn)行離子膜電解槽改制工作。

表6 近3年二次精鹽水質(zhì)量指標(biāo)完成情況表

離子膜電解槽改制時間過晚，不但陰陽極涂層已經(jīng)完全失去活性，離子膜電解槽組成部分已經(jīng)嚴(yán)重老化，此時，在投入大量資金進(jìn)行陽極活性涂層重涂、陰極進(jìn)行零極距改制的情況下，電解單元直流電耗在一段時間內(nèi)會呈現(xiàn)非常明顯的下降趨勢，但隨后，因為原電解槽基體已經(jīng)嚴(yán)重老化，改制的零極距電解槽會因部分單元槽微小變型而產(chǎn)生內(nèi)漏需要經(jīng)常停槽檢修，雖然改制的零極距電解槽配置了極化整流器，但經(jīng)常性的停槽對零極距電解槽今后運行還是有一定影響的。個別問題嚴(yán)重的零極距單元槽會因此無法繼續(xù)使用，白白投入改制費用。

離子膜電解槽改制的最佳時機(jī)一般是由離子膜電解槽的運行狀態(tài)決定的。在最佳改造期內(nèi)進(jìn)行改造，電解槽的組成部分還沒有完全老化，同電解槽初開車時相比，陰陽極殘余涂層活性已經(jīng)大大降低，此時進(jìn)行陽極涂層重涂和陰極系統(tǒng)零極距改造的時機(jī)最好。通過與離子膜電解槽零極距改制設(shè)備廠家交流和對部分進(jìn)行改制零極距電解槽的氯堿企業(yè)運行狀況的了解，在離子膜電解槽正常運行情況下，在該電解槽到達(dá)質(zhì)量保證期前2年左右進(jìn)行零極距改制所獲得的經(jīng)濟(jì)效益最高。

Operation summary of zero polar distance electrolyzer transformation

ZHANG Jun,HUANG Hua-jun,LI Yi-qing,LIU Yin
(Tianjin Botian Chemical Co.,Ltd.,Tianjin 300480,China)

According to parameters in the actual operation process of the two different types ionic membrane electrolyzer change to zero polar distance electrolyzer,the Matters needing attention of Reconstruction and operating of electrolyzer were elaborated.

bipolar type;monopolar type;ion exchange membrane electrolyze;reconstruction;zero polar distance

TQ114.26

文章編號：1009－1785(2011)11-0008-03

2011-05-19