吳雙根

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

【電 解】

電解槽膜極距改造前后電耗對(duì)比

吳雙根*

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

膜極距改造；電解槽；節(jié)能降耗

介紹了氯工程BiTAC電解槽擴(kuò)能及膜極距改造的相關(guān)過程，并通過不同電解槽的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，說明膜極距改造能有效降低電解電耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1 電解槽膜極距改造的目的

近年來，中國氯堿行業(yè)發(fā)展迅速，隔膜法燒堿工藝已經(jīng)淘汰，新建和改造項(xiàng)目都采用離子膜法燒堿工藝。離子膜法燒堿工藝因節(jié)能、產(chǎn)品品質(zhì)好、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)被世界公認(rèn)為最合理的制堿方法。

隨著離子膜法電解工藝的日趨完善及操作水平、管理水平的不斷提高，節(jié)能降耗的途徑主要集中在電解槽結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的改進(jìn)，以及膜性能的提高等方面[1]。在離子膜法燒堿生產(chǎn)過程中，電耗是最重要的生產(chǎn)成本。根據(jù)電解原理，要降低電耗，就要獲得較高的電流效率和低的槽電壓。對(duì)于電解槽單元，極間距(極距)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，極距越小，單元槽電解電壓越低，相應(yīng)的生產(chǎn)電耗也越低。膜極距電解槽通過降低電解槽陰極側(cè)溶液電壓降，達(dá)到節(jié)能降耗的效果[2]。

普通電解槽也可以通過陰極極網(wǎng)改良接觸面、增加極網(wǎng)面等方式來實(shí)現(xiàn)膜極距改造，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[3]。

2 重慶映天輝膜極距改造情況

重慶市映天輝氯堿化工有限公司(以下簡稱“重慶映天輝”)電解裝置原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10萬t/a，由4個(gè)回路8臺(tái)電解槽共536個(gè)氯工程BiTAC單元槽組成。2015年為配套重慶巴斯夫MDI項(xiàng)目而進(jìn)行了擴(kuò)能改造，在原有基礎(chǔ)上增加氯工程新型膜極距n-BiTAC槽型327個(gè)，達(dá)到18萬t/a燒堿能力；并對(duì)原有BiTAC單元槽進(jìn)行了膜極距改造，達(dá)到了擴(kuò)能降耗的目的。

2.1 膜極距改造原理

普通電解槽，極間距為1.8～2.2 mm，溶液電壓降為200 mV左右。想達(dá)到節(jié)能降耗的目的，可以縮小極間距降低電解槽陰極側(cè)溶液電壓降。膜極距電解槽就是改進(jìn)陰極側(cè)結(jié)構(gòu)，增加彈性構(gòu)件，減小極間距(近似0)，此時(shí)極間距基本為膜的厚度。與普通電解槽相比，同等電流密度下膜極距電解槽電壓降低約180 mV，相應(yīng)噸堿電耗下降約127 kW·h。

普通電解單元槽結(jié)構(gòu)如圖1所示，膜極距電解單元槽結(jié)構(gòu)如圖2所示。

膜極距改造就是利用原有陰極作支撐，在支撐層上面固定有彈性的增距層，同時(shí)在增距層上面固定含活性涂層的陰極，以達(dá)到減小極間距的目的[4]。

2.2 重慶映天輝膜極距改造實(shí)施方式

重慶映天輝氯工程BiTAC電解單元槽膜極距改造交由氯工程公司完成，并于2014年5月16日與氯工程公司技術(shù)簽定《i-BiTAC改造項(xiàng)目技術(shù)附件》，其主要性能約束為：改造完成初期，在電流負(fù)荷每回路16.38 kA、電流密度5 kA/m2、離子膜F8080情況下，單元校正電壓小于3.0 V。

圖1 普通電解單元槽結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 膜極距電解單元槽結(jié)構(gòu)簡圖

改造完成的單元槽型命名為i-BiTAC單元槽。改造采用陽極網(wǎng)重涂，陽極法蘭面更換為鈦鈀合金；在原陰極網(wǎng)內(nèi)加裝鎳絲編織成的彈性網(wǎng)，再裝回陰極活性極網(wǎng)，通過鎳帶固定。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過陰極網(wǎng)內(nèi)加裝的鎳絲網(wǎng)的彈力，使離子膜緊緊貼向陽極，以降低極距[5]。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施情況

該擴(kuò)能改造項(xiàng)目自2014年9月24日開始，采用單回路停車逐步改造的方式進(jìn)行，于 2015年6月23日全部完成，每回路改造完成后均一次性開車成功。電解槽現(xiàn)場準(zhǔn)備及安裝時(shí)間共38個(gè)工作日，平均每個(gè)回路6.33個(gè)工作日。

電解槽全部改造完成后運(yùn)行初期的槽壓情況如表1所示。

表1 改造完成后電解槽運(yùn)行狀況(2015年7月22日)

改造完成后，電解裝置單元槽數(shù)量由原來536個(gè)增加到864個(gè)，其中改造為i-BiTAC膜極距單元槽537個(gè)，n-BiTAC新型膜極距單元槽327個(gè)(10個(gè)備用)。在5 kA電流密度(16.38 kA)下，燒堿生產(chǎn)能力達(dá)到16.2 萬t/a；運(yùn)行5.5電流密度(18.0 kA)電流時(shí)，燒堿生產(chǎn)能力達(dá)到17.8 萬t/a。

通過表1可以看出：本次改造完成后，電解槽運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到技術(shù)附件要求。

3 各型單元槽電壓情況

3.1 氯工程BiTAC電解單元槽初開車電耗情況

重慶映天輝電解裝置第1期4個(gè)回路燒堿生產(chǎn)能力10萬t/a(電流16.2 kA，效率96.5%)，1#、2#回路2009年9月20日搭電投運(yùn)，3#、4#回路2010年1月20日搭電投運(yùn)。表2～表5為重慶映天輝原氯工程BiTAC電解槽初開車時(shí)電壓情況記錄表，為取值準(zhǔn)確、有代表性，取值均為初開車的7個(gè)數(shù)據(jù)。

表2 R2001電解單元槽運(yùn)行情況

表3 R2002電解單元槽運(yùn)行情況

表4 R2003電解單元槽運(yùn)行情況

表5 R2004電解單元槽運(yùn)行情況

由表2～表5可見：標(biāo)準(zhǔn)條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%計(jì))，上述時(shí)間段平均槽壓為2.985 V。

3.2 膜極距改造后初開車槽壓情況

重慶映天輝膜極距改造項(xiàng)目完成后，i-BiTAC單元槽位于1#、2#、5#、6#回路。表6～表9為重慶映天輝膜極距改造單元槽i-BiTAC初開車時(shí)電壓情況記錄表，為使取值準(zhǔn)確、有代表性，取值均為初開車的7個(gè)數(shù)據(jù)。

表6 R2001電解單元槽運(yùn)行情況

表7 R2002電解單元槽運(yùn)行情況

表8 R2005電解單元槽運(yùn)行情況

表9 R2006電解單元槽運(yùn)行情況

由表6～表9可知：標(biāo)準(zhǔn)條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%計(jì))，上述時(shí)間段平均槽壓為2.904 V。

3.3 膜極距電解槽n-BiTAC單元槽電壓情況

重慶映天輝新購買的n-BiTAC單元槽位于3#、4#回路。表10、表11為重慶映天輝新膜極距單元槽n-BiTAC初開車時(shí)電壓情況記錄表，為使取值準(zhǔn)確、有代表性，選取開車初期的7個(gè)數(shù)據(jù)。

表10 R2003電解單元槽運(yùn)行情況

表11 R2004電解單元槽運(yùn)行情況

由表10、表11可知：標(biāo)準(zhǔn)條件下(以電流13.104 kA、溫度90 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%計(jì))，上述時(shí)間段平均槽壓為2.821 V。

4 各類型單元槽對(duì)比

通過本次擴(kuò)能改造，重慶映天輝現(xiàn)有單元槽中，有2種槽型，即原生的膜極距單元槽n-BiTAC和膜極距改造單元槽i-BiTAC，和原來的普通單元槽BiTAC詳細(xì)指標(biāo)對(duì)比情況如表12所示。

表12 電流效率96.5%時(shí)，各型單元槽性能對(duì)比

從表12可以看出：采用全新膜極距n-BiTAC型電解單元槽，性能有大幅提高，與普通單元槽相比，標(biāo)準(zhǔn)槽電壓低164 mV，生產(chǎn)1 t燒堿的標(biāo)準(zhǔn)直流電耗低113.9 kW·h，膜極距電解槽能夠大幅降低電耗。但從實(shí)際成本出發(fā)，不可能全部直接更換新膜極距槽型。采用普通單元槽型改造的i-BiTAC型電解單元槽，性能介于二者之間，較改造前的普通單元槽電壓低81 mV，生產(chǎn)1 t燒堿的標(biāo)準(zhǔn)直流電耗低56.26 kW·h。

以上為各類型單元槽運(yùn)行初期性能對(duì)比，實(shí)際上受各種運(yùn)行條件的影響，各型單元槽在運(yùn)行中、后期的性能不可能和初始狀態(tài)完全一樣，但總體而言，膜極距改造性能始終優(yōu)于普通電解槽。

5 結(jié)語

膜極距電解槽比普通電解槽的性能更優(yōu)異。普通電解槽進(jìn)行膜極距改造也能大幅降低電解槽電壓及直流電耗[6]，但在分析和評(píng)價(jià)電解槽改造收益時(shí)，不能局限于電解槽電壓的降低，還應(yīng)綜合考慮電解槽運(yùn)行時(shí)間、涂層壽命等因素，結(jié)合離子膜更換周期，適時(shí)進(jìn)行膜極距改造，才能發(fā)揮出電解槽改造的最佳經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊世飛，王延軍.兩種膜極距改造電解槽運(yùn)行的對(duì)比[J].氯堿工業(yè)，2014，50(4)：22-23.

[2] 李明.電解槽膜極距改造的綜合效益分析與改造時(shí)機(jī)選擇[J].氯堿工業(yè)，2014，50(4)：16-18.

[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.

[4] 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.

[5] 段東山.離子膜電解槽膜極距改造后運(yùn)行情況總結(jié)[J].氯堿工業(yè)，2016，52(4):11-13.

[6] 費(fèi)巍.電解槽膜極距改造與運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[J].氯堿工業(yè)，2014，50(11):9-11.

[編輯：蔡春艷]

Electricity consumption comparison of eletrolyzers before and after zero-gap remodeling

WUShuanggen,RAOXin

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

zero-gap remodeling; electrolyzer; energy-saving and consumption reduction

The course of capacity expansion and zero-gap remodeling of electrolyzers Chlorine Engineers BiTAC was introduced. The operation data of different eletrolyzers were compared, showing that zero-gap remodeling could effectively decrease electricity consumption of electrolysis and realize the aims of energy saving and consumption reduction.

2017-02-07，饒鑫

TQ114.262

B

1008-133X(2017)03-0016-05

*[作者簡介] 吳雙根(1982—)，男，助理工程師，2002年畢業(yè)于四川理工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)為重慶市映天輝氯堿化工有限公司氯堿車間主任，從事生產(chǎn)管理、車間管理工作。