隗　健 ，張　鐸 ，王學(xué)軍

（1.含氟功能膜材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東桓臺(tái)256401；2.山東東岳高分子材料有限公司，山東淄博256401）

全氟離子交換膜在氯堿工業(yè)的成功應(yīng)用是世界氯堿工業(yè)發(fā)展的里程碑，也是20世紀(jì)氯堿世界化工發(fā)展歷史上的重大成就。在國家“863計(jì)劃”和國家“十一五”科技支撐計(jì)劃的支持下，山東東岳集團(tuán)與上海交通大學(xué)經(jīng)過十幾年的科技攻關(guān)，2009年9月22日，中國研發(fā)的全氟氯堿離子膜在東岳集團(tuán)成功下線。

2015年9月，科技部正式公布第3批企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)名單（國科發(fā)基〔2015〕329號(hào)），東岳集團(tuán)“含氟功能膜材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”榜上有名，成為中國唯一一個(gè)含氟功能材料領(lǐng)域國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也是淄博市首個(gè)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，更是為數(shù)不多的建在民營企業(yè)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這表明東岳集團(tuán)在該領(lǐng)域的研究已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

山東東岳集團(tuán)不斷提高技術(shù)要求，加大研發(fā)力度，在國產(chǎn)離子膜的研發(fā)生產(chǎn)中，通過不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改進(jìn)膜材料性能結(jié)構(gòu)，特別是引進(jìn)國外先進(jìn)的離子膜生產(chǎn)加工設(shè)備，提高加工精度，使離子膜厚度等各項(xiàng)指標(biāo)都能夠精確控制，使國產(chǎn)離子膜的性能有了大幅度提升。本文主要介紹了國產(chǎn)離子膜新一代離子膜在東岳萬噸實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行情況。

1　電解槽介紹

山東東岳氟硅材料有限公司燒堿產(chǎn)能29萬t/a（包含1套萬噸實(shí)驗(yàn)裝置），槽型為氯工程BiTAC、北化機(jī)萬噸實(shí)驗(yàn)裝置。

采用國產(chǎn)DF2806膜的電解裝置為北化機(jī)膜極距電解槽，產(chǎn)能為1萬t/a，該裝置2010年6月投產(chǎn)以來，一直作為國產(chǎn)離子膜主要工業(yè)化實(shí)驗(yàn)裝置，并且經(jīng)歷過多次膜的安裝運(yùn)行測(cè)試，為國產(chǎn)膜的研發(fā)提供強(qiáng)有力的工業(yè)數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)該電解槽為國產(chǎn)離子膜工業(yè)測(cè)試的數(shù)據(jù)更貼近氯堿市場(chǎng)，對(duì)電解槽單元槽進(jìn)行膜極距改造，以提高離子膜的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)為能夠得到每一張膜的氯氣純度，特在每個(gè)單元槽陽極側(cè)添加氯氣取樣口等，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，為離子膜的研發(fā)提供真實(shí)有效的工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)裝置電槽型號(hào)：北化機(jī)ZMBCH-2.7/72；循環(huán)方式：復(fù)極式自然循環(huán)；電解槽數(shù)：1臺(tái)；電極有效面積：2.7m2；單元槽數(shù)：72 片；運(yùn)行電流密度：5.5 kA/m2；膜尺寸：1 350 mm×2 465 mm。

2　DF2806離子膜的結(jié)構(gòu)

DF2806氯堿工業(yè)用離子膜是帶有犧牲芯材的離子膜，采用親水涂層/全氟磺酸/PTFE網(wǎng)布（犧牲新材）/全氟羧酸膜/親水涂層結(jié)構(gòu)。羧酸層較薄，對(duì)Na+有高度的選擇性，阻擋氫氧根離子反滲，提高電流效率；全氟磺酸層較厚，具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，對(duì)膜的電壓起到關(guān)鍵作用；PTFE骨架起到增強(qiáng)離子膜的力學(xué)性能的作用；親水涂層使電解槽產(chǎn)生的Cl2和H2快速逸出降低電壓和電耗[1]見圖1。

圖1　國產(chǎn)DF28系列膜結(jié)構(gòu)

3　運(yùn)行總結(jié)

2016年9月7日，萬噸實(shí)驗(yàn)裝置安裝72張氯堿離子膜DF2806（尺寸為1 350 mm×2 465 mm，有效面積2.7 m2），通過精心的安裝及嚴(yán)格的離子膜檢漏，一次性通電開車成功。運(yùn)行至今，整個(gè)運(yùn)行情況安全、各項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)行平穩(wěn)。單槽電壓走勢(shì)見圖2，氯氣純度走勢(shì)見圖3。

圖2　單槽電壓走勢(shì)

圖3　氯氣純度走勢(shì)

通過電解槽幾個(gè)月數(shù)據(jù)運(yùn)行可以看出，國產(chǎn)離子膜在萬噸實(shí)驗(yàn)電解槽上的電解性能表現(xiàn)穩(wěn)定。在運(yùn)行中間經(jīng)歷過多次開停車及檢修長時(shí)間停車，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)沒有產(chǎn)生變化，并且各項(xiàng)參數(shù)都保持在良好和安全的水平上，如氯氣純度：＞98%（電槽未加酸）。燒堿濃度30%～32%（開車時(shí)堿濃度略低）；堿中含鹽≤40×10-6，達(dá)到優(yōu)級(jí)品規(guī)格。

在與進(jìn)口膜的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比中，同樣的運(yùn)行時(shí)間，通過7個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)并不輸于國外離子膜，甚至有些方面還要優(yōu)于國外膜，可以看出國產(chǎn)離子膜已經(jīng)完全適合氯堿裝置的運(yùn)行。

4　膜性能穩(wěn)步提升

DF2806膜的運(yùn)行數(shù)據(jù)與國產(chǎn)上一代膜的運(yùn)行，在性能上有了較大提升。在保持了上代膜高強(qiáng)度性能等的同時(shí)有了大幅提升。通過表1和圖4可以看出，各離子膜的性能更加穩(wěn)定，特別是電壓穩(wěn)定性表現(xiàn)更好，各膜間的電壓差在20～30 mV。

5　結(jié)語

國產(chǎn)離子膜已經(jīng)完成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模建設(shè)，進(jìn)入商業(yè)化階段。工業(yè)化的大規(guī)模電解裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品性能。國產(chǎn)離子膜在多套氯堿裝置上的成功運(yùn)行將為國產(chǎn)全氟離子膜在全行業(yè)的工業(yè)應(yīng)用形成示范， 為中國氯堿工業(yè)的健康發(fā)展提供重要的保障，對(duì)中國氯堿工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和節(jié)能減排具有重要意義。

表1　國產(chǎn)離子膜（2016年9月7日開車以來）萬噸電槽運(yùn)行數(shù)據(jù)

圖4　萬噸電解槽在單槽電壓

山東東岳集團(tuán)一直秉承客戶至上，堅(jiān)持以“零損失使用、零距離運(yùn)輸、零抱怨服務(wù)”的三零服務(wù)方針服務(wù)于客戶。國產(chǎn)離子膜也將始終堅(jiān)持三零方針，更好的為氯堿行業(yè)服務(wù)，為氯堿工業(yè)的發(fā)展做好有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

［1］王學(xué)軍，于昌國，王婧等.國產(chǎn)氯堿離子膜工業(yè)應(yīng)用與研究進(jìn)展.中國氯堿，2012，6：1-4.