楊振偉，崔曉兵

（中鹽常州化工股份有限公司，江蘇 金壇 213200）

1 國(guó)產(chǎn)離子膜應(yīng)用情況回顧

2010年5月14日，2張DF988離子膜在藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司的試驗(yàn)基地河北黃驊氯堿有限公司投入運(yùn)行。

2010年6月30日，DF988離子膜在山東東岳氟硅材料有限公司1萬(wàn)t裝置上投入運(yùn)行。

2010年8月20日，30張 （1臺(tái)）DF988離子膜在中鹽常州化工股份有限公司AZEC-F2-563型電解槽上運(yùn)行。

2011年12月7日，30張 （1臺(tái)）DF988離子膜在上海氯堿化工股份有限公司AZEC-F2-563型電解槽上運(yùn)行。

2011年12月24日，DF988離子膜山東魯北化工股份有限公司在ICI-FM21SP電解槽上成功送電開(kāi)車(chē)。

2012年1月18日，DF988離子膜在江蘇蘇化集團(tuán)張家港有限公司的INEOS電解槽上成功應(yīng)用。

2012年3月9日，DF988離子膜在贏創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司的DD350電解槽一次性送電成功。

2012年4月1日，30張 （1臺(tái)）DF2801離子膜（帶犧牲芯材）在中鹽常州化工股份有限公司AZEC-F2-563型電解槽上投入運(yùn)行。

2 全氟離子膜的結(jié)構(gòu)

全氟羧酸磺酸復(fù)合離子膜主要由全氟磺酸/PTFE增強(qiáng)網(wǎng)布/全氟羧酸復(fù)合而成，全氟磺酸層和全氟羧酸層的外表面再涂親水涂層。靠近陰極側(cè)的羧酸層為阻擋層，具有高正離子選擇滲透性，對(duì)Na+有高度的選擇性而阻擋OH-反滲透，電流效率取決于該層?？拷?yáng)極側(cè)的磺酸層具有高離子傳導(dǎo)性，電壓取決于該層。PTFE增強(qiáng)網(wǎng)布為離子膜的骨架，主要是為了提高膜的強(qiáng)度。離子膜的外表面的涂層主要是為了使電解槽產(chǎn)生的氣體能快速逸出，從而降低槽電壓。圖1為DF988離子膜截面的示意圖。

由于對(duì)羧酸層和磺酸層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化以及對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行了優(yōu)選，使得DF988具有較低的膜電阻和較高的電流效率，同時(shí)，對(duì)鹽水中的雜質(zhì)離子具有較高的耐受性。DF2801由于在成膜過(guò)程中增加了犧牲芯材，增加了離子膜中離子的通道，使得DF2801離子膜具有更低的膜電阻和更高的電流效率。

3 運(yùn)行電解槽介紹

中鹽常州化工股份有限公司現(xiàn)有3套電解裝置，其中，6萬(wàn)t/a燒堿裝置是日本旭硝子公司AZEC-F2-563型電解槽，為自然循環(huán)單極式離子膜電解槽，有效面積為1.71m2，設(shè)計(jì)電流密度為3.33 kA/m2，共計(jì)32臺(tái)，每臺(tái)電解槽有30個(gè)電解單元，1997年投入運(yùn)行，2003年進(jìn)行陰、陽(yáng)極的再生重涂，并且經(jīng)歷了搬遷的過(guò)程，平均離子膜壽命＞36個(gè)月。目前使用的離子膜是旭硝子F-8020、F-8030、F-8031及杜邦 N982TX、N2010TX、N2030TX。

該公司于2010年8月20日在AZEC-F2-563型電解槽EM-307安裝30張國(guó)產(chǎn)離子膜，離子膜型號(hào)為DF988。2012年4月1日，在AZEC-F2-563型電解槽EM-312安裝30張國(guó)產(chǎn)離子膜，離子膜型號(hào)為DF2801。這2臺(tái)電解槽運(yùn)行至今，各項(xiàng)安全指標(biāo)，工藝指標(biāo)均不遜于國(guó)外同類(lèi)型號(hào)離子膜，整個(gè)運(yùn)行情況安全、平穩(wěn)，跟蹤分析數(shù)據(jù)良好穩(wěn)定。

4 DF988運(yùn)行數(shù)據(jù)

2010年8月20日上午，安裝國(guó)產(chǎn)離子膜DF988的EM-307電解槽安裝就位，同時(shí)，充液循環(huán)升溫，至13時(shí)10分送電并網(wǎng)。

啟動(dòng)時(shí)電流為40 kA，槽溫為74℃（陽(yáng)極側(cè)溫度），燒堿濃度25.5%。運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 DF988離子膜72 h運(yùn)行數(shù)據(jù)（電槽不加酸）

在國(guó)產(chǎn)離子膜投用的前72 h內(nèi)，應(yīng)該增加分析頻次，修槽和有關(guān)人員值班、實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)巡回檢查以實(shí)現(xiàn)電解槽的安全平穩(wěn)運(yùn)行，跟蹤分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

從2010年8月試車(chē)成功至今，運(yùn)行平穩(wěn)，2012年1月以來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

2012年1月以來(lái)的陽(yáng)極電流效率見(jiàn)表3。

5 DF2801運(yùn)行數(shù)據(jù)

2012年4月1日，國(guó)產(chǎn)離子膜DF2801安裝就位到EM-312槽位，同時(shí)充液循環(huán)升溫，至13時(shí)30分送電并網(wǎng)。啟動(dòng)時(shí)電流45 kA，槽溫68℃，（陽(yáng)極側(cè)溫度），燒堿濃度26%。運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

2012年4-9月對(duì)EM-312進(jìn)行了陽(yáng)極電流效率的測(cè)定，電流效率為97%。

6 同期進(jìn)口離子膜運(yùn)行數(shù)據(jù)

2012年8月27日，某型號(hào)進(jìn)口離子膜安裝就位到EM-316槽位，同時(shí)，充液循環(huán)升溫，啟動(dòng)時(shí)電流45 kA，槽溫65℃，（陽(yáng)極側(cè)溫度），燒堿濃度27%。

表3 DT988運(yùn)行期間陽(yáng)極電流效率/%

從2012年1月至今運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

7 數(shù)據(jù)分析

DF988離子膜運(yùn)行至今已達(dá)25個(gè)月，各項(xiàng)安全指標(biāo)、工藝指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)外同類(lèi)型號(hào)離子膜標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)運(yùn)行情況安全、平穩(wěn)，分析數(shù)據(jù)良好穩(wěn)定。DF2801離子膜運(yùn)行5個(gè)月，從目前的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于同期的DF988膜。

表2 DF988運(yùn)行數(shù)據(jù)（電槽不加酸）

表4 DF2801離子膜運(yùn)行數(shù)據(jù)

表5 進(jìn)口離子膜運(yùn)行數(shù)據(jù)（電槽不加酸）

（1）安全指標(biāo)氯氣含氫均為“檢不出”；單元電壓穩(wěn)定，分布均勻，整個(gè)運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)有安全隱患。

（2）由于單極槽的特殊性，在電解槽啟動(dòng)時(shí)，采用瞬間高電流送電，在高電流的沖擊下，DF988膜和DF2801膜能保持安全穩(wěn)定。

（3）DF988離子膜在運(yùn)行中經(jīng)歷調(diào)峰運(yùn)行，計(jì)劃停車(chē)，連鎖停車(chē)，長(zhǎng)期停車(chē)1個(gè)月的考驗(yàn)，30%和32%堿交替運(yùn)行，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)離子膜的適應(yīng)性較強(qiáng)。

（4）DF988初期運(yùn)行時(shí)，氯氣純度為97.0%～97.6%，一段時(shí)間運(yùn)行后，基本能保持98.0%，（電槽運(yùn)行不加酸），目前，陽(yáng)極電流效率能保持95.8%。

（5）槽電壓基本穩(wěn)定，與國(guó)外同類(lèi)離子膜相當(dāng)。

（6）優(yōu)等品要求堿中含鹽≤40×10-6，目前，能穩(wěn)定在小于 35×10-6；

（7）使用DF2801的電解槽氯氣純度和陽(yáng)極電流效率均優(yōu)于同期使用DF988的電解槽。

8 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)氯堿離子膜DF988和DF2801運(yùn)行結(jié)論表明，（1）氯中含氫、氯氣純度等分析結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)離子膜工業(yè)化運(yùn)行安全性能達(dá)標(biāo)，單元電壓穩(wěn)定，分布均勻；（2）本次使用的國(guó)產(chǎn)離子膜DF988是屬于無(wú)犧牲芯材的高強(qiáng)度離子膜，運(yùn)行性能指標(biāo)，達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的水平，有部分指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品；（3）國(guó)產(chǎn)離子膜對(duì)碘有較強(qiáng)的耐受性；（4）DF2801是帶犧牲芯材的高強(qiáng)度離子膜，由于本次的離子膜DF2801厚度大于DF988，因此，安全性能進(jìn)一步提高，電壓雖有所下降，但未達(dá)到預(yù)期值，建議在確保安全的前提下，能夠研發(fā)出膜電阻更低的離子膜；（5）要確保離子膜的安全穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行管理是關(guān)鍵，特別是，保證鹽水質(zhì)量，嚴(yán)格控制電槽陰極液、陽(yáng)極液濃度、電槽槽溫，嚴(yán)格控制氣體壓差，升降電流的及時(shí)調(diào)整；（6）應(yīng)盡快制定國(guó)產(chǎn)離子膜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確保對(duì)離子膜的制造、生產(chǎn)、使用能有進(jìn)一步提升。