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（青島海灣化學有限公司，山東 青島 266409）

青島海灣化學有限公司（原青島海晶化工集團有限公司，簡稱海灣化學）燒堿裝置設計能力30萬t/a，離子膜電解槽采用蒂森克虜伯伍德氯工程公司的改進型n-BiTAC型號，運行電流18 kA，離子膜采用科慕化學的N2030，其中還試用了旭化成F6803、旭硝子F8080、科慕N2050離子膜。下面就海灣化學這幾種離子膜的實際使用情況進行總結(jié)，并對海灣化學在保持離子膜穩(wěn)定運行、延長離子膜使用壽命的生產(chǎn)操作經(jīng)驗進行介紹。

1 離子膜特點介紹

氯堿生產(chǎn)用離子膜是一種對鈉離子有選擇透過性的高分子膜，是由四氟乙烯與具有離子交換基團的全氟乙烯基醚單體的共聚物組成，并通過耐腐蝕材料聚四氟乙烯織物來進行增強。為防止起泡附著在膜表面，離子膜兩側(cè)涂有涂層。目前市場上主流的離子膜型號主要有美國科慕的N2050、日本旭硝子的F8080、日本旭化成的F6803，這3種型號離子膜各有特點，在行業(yè)內(nèi)均廣泛應用。

（1）科慕N2050離子膜

科慕N2050離子膜是N2030的升級產(chǎn)品，適用于窄極距和零極距電解槽，于2016年推向市場。該型號離子膜采用的高分子材料、增強材料與N2030相同，因此機械強度和穩(wěn)定性保持不變，電壓較上一代N2030降低了50～70 mV，電流效率、鹽水雜質(zhì)抵抗能力一樣。離子膜陽極側(cè)和陰極側(cè)的表層結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，更有利于氣體釋放，降低槽電壓。

（2）旭硝子F8080離子膜

F8080系列離子膜是在F8020離子膜的基礎上研制的，采用了新一代樹脂，電壓比F8020降低約50 mV。該型號離子膜降低了磺酸層的含水率，進一步提高了膜的機械強度和穩(wěn)定性，提高了離子膜的樹脂交換容量和離子通道均勻性，雜質(zhì)耐受能力更強，尤其提高了抗Ca污染的能力。

（3）旭化成F6803離子膜

旭化成F6803離子膜沿用了F6801的基礎設計，機械強度不變，電壓比F6801降低了50 mV，對雜質(zhì)具有更高的耐受性，耐褶皺性比F6801也有提高。

2 不同型號離子膜使用情況對比

海灣化學電解裝置自2016年5月開車運行，至2018年6月已穩(wěn)定運行2年。電解槽所用離子膜主要是科慕N2030型號離子膜，還有部分其他型號的試用離子膜，其中10#A電解槽的40#、41#、42#單元使用旭化成的F6803離子膜，5#B電解槽的57#～64#單元使用旭硝子的F8080離子膜，65#～72#單元使用科慕N2050離子膜。在實際運行中，這三種型號試用膜的電壓均低于科慕N2030離子膜，電壓由低到高排序為：科慕N2050＜旭硝子F8080＜旭化成F6803＜科慕N2030。由于無法測得每個單元槽的堿流量，對單元槽的淡鹽水、氫氣、氯氣也不做分析，因此無法從電流效率上對這幾種離子膜進行比較，下面從單元電壓上對不同型號離子膜進行對比。

2.1 旭化成F6803與科慕N2030運行情況對比

10#A電解槽的40#、41#、42#單元使用旭化成的F6803離子膜，其余單元為科慕N2030離子膜。從實際使用情況來看，使用F6803離子膜單元的槽電壓比N2030低36 mV左右。在經(jīng)過2年的運行，多次開停車后，F(xiàn)6803依舊比N2030低36 mV左右，可見F6803離子膜不僅電壓低，機械強度也較好。旭化成F6803與科慕N2030離子膜的槽電壓對比見表1，電壓對比曲線見圖1。

表1 F6803與N2030電壓對比

圖1 F6803與N2030電壓對比曲線

2.2 旭硝子F8080、科慕N2050與科慕N2030運行情況對比

5#B電解槽的57#～64#單元使用旭硝子的F8080離子膜，65#～72#單元使用科慕N2050離子膜，其余單元為科慕N2030。以科慕N2030為基準值進行對比，旭硝子使用F8080離子膜單元的槽電壓比N2030離子膜低50 mV左右，科慕N2050比N2030低87 mV左右。旭硝子F8080、科慕N2050與科慕N2030離子膜的槽電壓對比見表2，電壓對比曲線圖見圖2。

圖2 F8080、N2050與N2030電壓對比曲線

2.3 旭化成F6803、旭硝子F8080、科慕N2050槽電壓情況對比

由于旭化成F6803安裝在10#電解槽，旭硝子F8080、科慕N2050安裝在5#電解槽，各個電解槽運行情況不同，不能通過單元槽電壓對這三種離子膜進行對比，因此我們通過這3種離子膜分別與各自電解槽科慕N2030槽電壓差值情況進行比較，其中科慕N2050離子膜的槽電壓最低，旭硝子F8080離子膜次之。比較情況見表3，槽電壓對比差值對比曲線見圖3。

3 生產(chǎn)操作經(jīng)驗介紹

離子膜是離子膜電解制燒堿技術(shù)的核心，由于離子膜對運行條件要求較苛刻，如果控制不當，會影響其使用壽命，通常以離子膜的使用壽命來評估一個氯堿企業(yè)管理水平的高低。海灣化學使用的科慕N2030離子膜已使用兩年多時間，目前運行狀況良好，電流效率仍保持在96.5%左右。下面對海灣化學在保證離子膜性能上的一些生產(chǎn)操作經(jīng)驗進行介紹。

表3 F6803、F8080、N2050電壓對比

圖3 F6803、F8080、N2050與N2030槽電壓差值對比曲線

3.1 嚴格控制鹽水質(zhì)量

進入離子膜電解槽的鹽水質(zhì)量直接影響。槽電壓、電流效率及產(chǎn)品質(zhì)量，從而影響膜的使用壽命。鹽水中含有多種雜質(zhì)離子，雜質(zhì)離子會在電場的作用下或者隨水遷移進入離子膜，以氫氧化物、鹽或復合鹽的形式，沉積在膜的陽極側(cè)表面或者沉積在膜的里面（其所沉積的位置和顆粒的大小決定了其對離子膜性能的影響）。如果雜質(zhì)沉積在靠近離子膜的陰極側(cè)表面的位置，會對膜造成機械損傷并導致電流效率下降；如果雜質(zhì)沉積在膜中，那么將導致電壓上升。雜質(zhì)造成的影響是累積的，即使雜質(zhì)的量不大，其長時間的影響將是很大的。因此，嚴格控制鹽水質(zhì)量可以有效延長離子膜的使用壽命。

按照專利商的設計要求，二次鹽水鈣鎂含量控制在20×10-9以下即可。為更好的保證二次鹽水質(zhì)量，延長離子膜使用壽命。海灣化學實際要求二次鹽水鈣鎂含量控制在10×10-9以下，一般在5×10-9左右。良好的二次鹽水質(zhì)量有效保證了離子膜的高效、穩(wěn)定運行。二次鹽水ICP分析指標情況見表4。

表4 二次鹽水ICP分析指標

3.2 嚴格控制陽極液NaCl濃度

陽極液中的NaCl濃度對電流效率、槽電壓、堿液含鹽量的影響是很明顯的，NaCl濃度太低不僅對提高電流效率、降低堿中含鹽不利，而且會造成離子膜鼓泡，將導致槽電壓上升和電流效率下降。當陽極液中NaCl的濃度＜170 g/L時，隨Na+透過膜的水遷移量會迅速增大，短時間內(nèi)超過膜的輸出能力，致使膜鼓泡；同時，當陽極液中NaCl濃度＜170 g/L，酸度過大，pH值＜2時，H+會攜帶大量電流與Na+競爭，帶電質(zhì)子會酸化膜的羧酸層，使離子膜剝離分層，造成離子膜永久性損壞。但當陽極液中NaCl濃度＞230 g/L時，膜阻增大，水遷移能力下降，這時，特別在高電流密度或較低溫度下操作，很容易造成膜能力過載，損壞離子膜。

海灣化學陽極液NaCl濃度控制在210 g/L左右，為防止陽極液濃度過低的情況出現(xiàn)，在工藝上設置了入槽鹽水流量低聯(lián)鎖，每4 h分析一次電解槽陽極液NaCl濃度，現(xiàn)場每小時都要對電解槽陽極液打比重，通過這些措施有效保證了陽極液NaCl濃度控制在指標范圍內(nèi)。

3.3 嚴格控制陰極液NaOH濃度

NaOH濃度在一定范圍內(nèi)的升高，會使陰極一側(cè)膜的含水率減少，固定離子濃度增大，電流效率增加。但是隨著NaOH濃度的繼續(xù)升高，膜中OH－濃度增大，反遷移的OH－增多，電流效率明顯下降。且膜會因含水率降低而收縮，導致導電率下降，如果NaOH濃度過高，會造成電流效率的永久性下降。因此，長期穩(wěn)定的控制NaOH濃度是非常重要的。

海灣化學采用科慕離子膜，要求陰極液濃度控制在32%左右，對陰極液濃度的控制與陽極液相同，工藝上設置了循環(huán)堿流量低聯(lián)鎖，每4 h分析一次電解槽陰極液濃度，現(xiàn)場每小時都要對電解槽陰極液打比重，保證陰極液濃度控制在指標范圍內(nèi)。

3.4 控制氯氣氫氣壓力及壓差穩(wěn)定

陽極室的氯氣和陰極室的氫氣的壓差的變化，會使離子膜同電極反復摩擦受到機械損傷，特別是離子膜已經(jīng)有皺紋時，就容易在膜上產(chǎn)生裂紋。幾乎所有離子膜電解槽都是控制陰極室的壓力大于陽極室的壓力，但是如果將離子膜過分地壓向陽極表面也會導致離子膜的損傷。因此控制陽極室和陰極室的壓差，使其保持在一定范圍內(nèi)是非常重要的。

海灣化學氯氣壓力控制在-20mmH2O左右，氫氣壓力控制在480 mmH2O左右，壓差控制在500 mmH2O。為保證氯氣、氫氣壓力及壓差穩(wěn)定，設置了氯氣高壓、低壓水封和氫氣水封，氯氣總管設置了氯氣壓力自控調(diào)節(jié)閥，氫氣總管設置了氯氣氫氣壓差調(diào)節(jié)閥。同時氫氣總管還設置了一個氯氣氫氣壓差放空自控閥，當壓差超過560 mmH2O時自動開啟放空，進一步保證了氯氣氫氣壓差的穩(wěn)定。

3.5 開停車注意事項

電槽停車時，電解槽的“原電池效應”產(chǎn)生的反向電流會使膜起泡。頻繁地開停車，離子膜頻繁地升溫與降溫，膜隨之頻繁地膨脹和收縮，使膜“過度疲勞”，造成膜物理松弛，起皺折，甚至鼓泡，引起膜性能下降；同時，開停車過程，避免不了的陰陽極壓差波動，對膜又造成雙倍的損壞。因此，日常操作中要保持電解槽平穩(wěn)運行，盡量減少電解槽的開停車次數(shù)。

在氯工程電解槽的設計中，為阻止反向電流的產(chǎn)生，保證電極的使用壽命，當電流＜3 000 A即自動投入極化電流，但是在緊急停車的情況下，陽極側(cè)尚未溢流，容易造成“干膜”區(qū)離子膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞。因此，海灣化學在實際操作中在確認陽極側(cè)溢流后，手動投入極化電流。停車后每個單元槽以250 L/h的精鹽水沖洗1.5 h，當分析出槽鹽水游離氯含量小于20×10-6時，停極化電流。最大程度減小反向電流對離子膜和電解槽的影響。

信越化學美國PVC擴能一期項目開始建設

日本信越化學近日表示，其在美國的子公司信越科技公司位于路易斯安那州普拉克明的聚氯乙烯（PVC）綜合工廠一期項目已開始建設。

3.6 長期停車保管措施

海灣化學9#、10#電解槽于2015年12月3日一次投料試車成功，后因港口開放許可原因，外購原料無法進港，下游裝置無法開車，因此于12月底停車。由于海灣化學是全廠整體停車，停車期間無法供應精鹽水及堿液，停車時間也不可預知，因此采取了特殊的處理方法。海灣化學采取的做法是將陽極側(cè)用濃度200 g/L的鹽水進行置換，陰極側(cè)用濃度16%的堿液進行置換，斷開電解槽銅排連接電纜，打開陽極側(cè)單槽取樣閥。由于陽極側(cè)的水分會向陰極側(cè)遷移，每隔幾天向陽極側(cè)補充純水直到剛好溢流。為防止低溫對離子膜造成損傷，為兩臺電解槽搭建了一個臨時板房，板房內(nèi)裝有空調(diào)，保持溫度在20℃以上。

在采取該措施近5個月后重新開車，由于保管處理得當，離子膜及電解槽性能并未受到影響，槽電壓反而大幅下降。停車前電流效率大約97.5%，重新開車后的電流效率同樣為97.5%左右，未對離子膜性能造成影響。停車前9#、10#電解槽的槽電壓數(shù)據(jù)對比見表5。

表5 停車前后的槽電壓對比

4 結(jié)語

隨著離子膜技術(shù)的進步，各離子膜廠家推出的新型號離子膜性能不斷提升，電壓越來越低，為氯堿企業(yè)節(jié)約了電力成本，提高了經(jīng)濟效益。而氯堿企業(yè)也應不斷提高管理水平，通過嚴格控制各項工藝指標，按照操作規(guī)程精細操作，使離子膜發(fā)揮出最佳性能，達到節(jié)能降耗、降低運行成本的目的，增強企業(yè)在市場中的競爭力。

收稿日期：2018-06-13

信越化學表示，新建PVC綜合工廠位于信越科技公司在普拉克明現(xiàn)有PVC工廠附近，一期項目將增加29萬t/a的PVC和27萬t/a的燒堿產(chǎn)能。

這個投資14.9億美元項目預計在2020年底完成。