肖道兵

(江蘇奧喜埃化工有限公司，江蘇 泰興 225434)

江蘇奧喜?；び邢薰?以下簡(jiǎn)稱“江蘇奧喜?！?原為江蘇光明化工股份有限公司，2008年被香港凱仕頓投資公司有限收購(gòu)。1套2.5萬t/a離子膜法KOH裝置采用藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司(以下簡(jiǎn)稱“北化機(jī)”)生產(chǎn)的自然循環(huán)高電流密度電解槽，共有140只單元槽，雙頭油壓，有效電解面積2.7 m2。離子膜選用杜邦N2030 K型膜，于2007年3月投產(chǎn)。

與相同電流密度下的普通電解槽相比，膜極距電解槽擁有特殊的彈簧墊和柔韌的陰極網(wǎng)，有較長(zhǎng)的陰極涂層壽命；活性陰極網(wǎng)在彈簧墊的作用下，直接與離子膜接觸，極間距只有離子膜的厚度，大大降低了溶液的電壓降；且新型電極有較大的導(dǎo)電區(qū)域，具有低結(jié)構(gòu)的電壓降[1]。因此，膜極距單元槽電壓下降170 mV以上，生產(chǎn)1 t KOH的電耗下降83 kW·h，節(jié)能降耗和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

近幾年電解槽膜極距改造工藝日趨成熟，管理水平日益提高，為膜極距改造后的電解槽穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力保障。2014年7月，江蘇奧喜埃計(jì)劃更換此套裝置的離子膜，同時(shí)對(duì)電解槽進(jìn)行膜極距改造。

1 電解槽膜極距改造

1.1膜極距電解槽改造主要步驟

1.1.1 陰陽極網(wǎng)

電解槽陰陽極涂層預(yù)期壽命為8年。江蘇奧喜埃電解槽已運(yùn)行7年，存在陰陽極網(wǎng)變形、涂層老化、槽電壓高、電流效率下降、產(chǎn)品品質(zhì)下降等問題。因此，本次對(duì)陰陽極網(wǎng)進(jìn)行以下改造。①陽極更換為帶有特殊涂層的新鈦網(wǎng)(DSE)，保證壽命至少8年。②陰極利用舊的活性陰極網(wǎng)，安裝新設(shè)計(jì)的彈簧，安裝高性能的活性陰極網(wǎng)，保證壽命至少8年。③新陰陽極網(wǎng)全部原裝進(jìn)口。

1.1.2 單元槽密封墊片

由于新陰極在原有陰極網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了彈性網(wǎng)和活性陰極網(wǎng)，造成陰極網(wǎng)突出4～5 mm。為了避免陰極網(wǎng)的壓力過大刺破離子膜，經(jīng)過對(duì)不同墊片生產(chǎn)廠家的墊片進(jìn)行硬度和厚度分析后，決定將陰極中框墊片全部改為端框墊片，陽極墊片型號(hào)不變。

1.1.3 油壓系統(tǒng)

江蘇奧喜埃2007年4月開車時(shí)，電解槽多次發(fā)生墊片密封泄漏著火事故，原因主要為擠壓力過大。經(jīng)反復(fù)計(jì)算，電解槽擠壓力采用改造前運(yùn)行的7.0 MPa不變。油壓系統(tǒng)由北化機(jī)技術(shù)人員進(jìn)行保養(yǎng)和部分備件更換。

1.1.4 陰陽極進(jìn)出料軟管

軟管預(yù)期壽命為8年，本次改造時(shí)全部更換。

1.1.5 極化整流器

原電解槽已安裝北化機(jī)配套的極化整流器，經(jīng)計(jì)算(V極化整流器=2.54n)，其額定容量滿足改造后的膜極距電解槽的要求。

1.2膜極距電解槽改造注意事項(xiàng)

1.2.1 單元槽位置

正電位區(qū)運(yùn)行的單元槽可以換至負(fù)電位區(qū)運(yùn)行，但負(fù)電位區(qū)運(yùn)行的單元槽不允許移動(dòng)至正電位區(qū)運(yùn)行。因此，拆槽時(shí)將單元槽做好編號(hào)，按順序吊裝在運(yùn)輸小車上，改造完成后要求廠家按原順序排列裝箱運(yùn)回。

1.2.2 陽極網(wǎng)

要保護(hù)性地拆除舊陽極網(wǎng)。拆除后，要檢查邊框法蘭面和底板是否腐蝕和平整；檢查筋板，發(fā)生彎曲的要調(diào)整；檢查進(jìn)料分布管小孔，堵塞的要清理疏通。新陽極網(wǎng)最好采用自動(dòng)點(diǎn)焊，焊接后要進(jìn)行真空測(cè)試，測(cè)試后要清洗陽極網(wǎng)，然后做焊點(diǎn)、平整度檢查，清除焊點(diǎn)毛刺。

1.2.3 陰極網(wǎng)

舊的陰極網(wǎng)作為支撐體(基網(wǎng))將彈性體焊接在基網(wǎng)上，再鋪上活性網(wǎng)。彈性網(wǎng)易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。改造后的單元槽陰極側(cè)要求網(wǎng)表面平整，彈性均勻，網(wǎng)面不應(yīng)出現(xiàn)可觸摸到的斷絲、接頭。

1.2.4 犧牲電極

檢查單元槽犧牲電極是否腐蝕、損壞或脫落，犧牲電極點(diǎn)焊在單元槽進(jìn)出液接管上。更換時(shí)要區(qū)分正電位區(qū)和負(fù)電位區(qū)的犧牲電極。

2 電解槽膜極距改造后節(jié)能分析

2.1電解槽膜極距改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

電解槽膜極距改造前后，在11.5 kA電流下的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 電解槽膜極距改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 1 Operation data of electrolyzers before and after zero-gap remodeling

由表1可知：在相同的運(yùn)行電流密度下，單元槽平均電壓下降了210 mV，節(jié)電明顯。

2.2電解槽膜極距改造前后校正電壓變化情況

電解槽膜極距改造前后校正電壓(折標(biāo))變化趨勢(shì)如圖1所示。

由圖1可知：膜極距改造后槽電壓下降明顯。在改造后運(yùn)行初期，槽電壓稍高，隨后逐漸下降至穩(wěn)定水平。

2.3電解槽膜極距改造前后能耗比較

在相同電流密度的情況下，電解槽膜極距改造前后能耗比較見表2。

2.4效益核算

改造前直流電耗：

3.18×1 000÷2.094÷96%=

1 581.9 (kW·h/t)。

改造后直流電耗：

2.97×1 000÷2.094÷98%=

1447.3 (kW·h/t)。

以裝置年產(chǎn)2.5萬t計(jì)，年節(jié)電：

(1 581.9-1 447.3)×25 000=

336.54萬 (kW·h)。

圖1 電解槽膜極距改造前后校正電壓變化圖Fig.2 Change in calibrated cell voltagebefore and after zero-gap remodeling

時(shí)間單元槽平均電壓/V電流效率/%直流電耗/(kW·h/t)單耗下降/(kW·h/t)改造前3．18961581．90改造后2．97981447．3134．6

以電費(fèi)0.6元/(kW·h/t)計(jì)，年節(jié)約電費(fèi)：

0.6×336.54=201.92(萬元)。

年節(jié)約的用電量對(duì)應(yīng)折算成節(jié)約標(biāo)煤：

1.229×336.54≈413.6 (t)。

年減排二氧化碳：1 100.2 t。

改造費(fèi)用分?jǐn)偟絾卧?，平?.3萬元/只，總投資費(fèi)用：

2.3×140=322(萬元)。

年投資回報(bào)率62.7%，投資回收期約19個(gè)月。

3 膜極距電解槽改造后操作注意事項(xiàng)

陽極側(cè)鹽水品質(zhì)是維持離子交換膜高性能的重要因素[2]。膜極距電解槽對(duì)鹽水精制工藝要求更嚴(yán)格，對(duì)二次精制鹽水的質(zhì)量指標(biāo)要求更高(見表3)。

正常情況下，陰極室操作壓力(25 kPa)高于陽極室操作壓力(20 kPa)，維持壓差在5.0 kPa。 陰極彈性網(wǎng)能承受的壓力有限，如果因誤操作或生產(chǎn)事故造成大的反向壓差，可能對(duì)陰極網(wǎng)造成無法修復(fù)的損傷，導(dǎo)致槽電壓上升，電耗增加。因此，必須嚴(yán)格控制陰、陽極室操作壓力和壓差。

電解槽正常或緊急停車后，由于電解槽內(nèi)的電解液因原電池反應(yīng)產(chǎn)生反向電流，反向電流將會(huì)使陰極被氧化。改造前電解槽陰極采用氧化鎳涂層，其具有良好的穩(wěn)定性，不易被氧化，反向電流對(duì)其危害較小。改造后電解槽陰極采用鎳基加氧化釕涂層，其容易被反向電流氧化而腐蝕(溶解)，并逐漸失去活性(析氫電位上升)，使槽電壓上升；同時(shí)，溶解下來的鎳會(huì)污染離子膜，使膜電壓上升[3]。因此，電解槽停車后必須供應(yīng)極化電流，保持每個(gè)單元槽電壓為1.6～1.8 V。

表3 二次鹽水質(zhì)量指標(biāo)Table 3 Operating parameters of secondarily refined brine

電解槽停車檢修規(guī)程變化如下。改造前，根據(jù)北化機(jī)電解槽操作規(guī)程，為確保檢修安全和保護(hù)極網(wǎng)涂層，停車后電解槽陰陽極室須排液充入純水水洗2次。膜極距改造后，由于新的陰極涂層中的氧化釕等成分對(duì)酸性和中性水幾乎沒有抗腐蝕性，所以停車后電解槽陽極室充入180 g/L的新鮮鹽水、陰極室充入16%～18%的KOH置換后排液，陽極室再次充入純水、陰極室再次充入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～3%KOH清洗陰陽極網(wǎng)，確保陰極涂層不被涂層催化劑和鎳基體之間發(fā)生的電化學(xué)腐蝕所損傷。

4 結(jié)語

利用電解槽陰、陽極涂層的壽命周期和離子膜的更換周期進(jìn)行膜極距改造，能較好地節(jié)省投資，較大幅度地降低電耗，達(dá)到清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

[1] 章斯淇，李永毛，李濤，等.BiTAC離子膜電解槽膜極距改造的降耗效果和經(jīng)濟(jì)分析[J].氯堿工業(yè)，2015，51(2)：5-7.

[2] 蔡德忠，熊鵬，陳敏.膜極距電解對(duì)鹽水質(zhì)量的要求及影響因素[J].氯堿工業(yè)，2014，50(11)：1-4.

[3] 曹亞格.膜極距改造的降耗效果和經(jīng)濟(jì)分析[J].氯堿工業(yè)，2015，51(1):20-21.