膜极距电解槽改造时机及改造方案

第50卷第9期氯碱工业Vol 50. No 92014年9月Chlor-Alkali Industry2014【电解】膜极距电解槽改造时机及改造方案蔡智勇·,樊新艳(南京金浦锦湖化工有限公司,江苏南京210048)[关镛词]膜极距;电解槽;电压降;改造[摘要]探讨根据电解槽的运行状况确定膜极距改造时机。给出膜极距改造方案和相关厂家改造后电解槽的运行数据。指出改造后生产操作中的注意事项。[中图分类号]TQ114.262[文献标志码]B[文章编号]1008-133x(2014)09-0023-04Timing of transforming ion-exchange membrane electrolyzersinto membrane thickness electrode-distance type and plansCal Zhiyong, FAN XinyanNanjing KUMHO GPRO Chemical Co, Ltd, Nanjing 210048, China)Key words: membrane-thickness electrode- distance; electrolyzer; voltage drop; transformationAbstract: The timing of transforming electrolyzers into the tynessdistance according to their running behaviors was discussed. Transformation plans were introduced. Therunning data of electrolyzers transformed by different factoones wenre given. Matters needing attention inoperation after transformation were pointed out.截至2013年底,我国氯碱产能达到3850万用膜与电极紧密接触的构造使离子膜表面电流密∪a。但受下游市场疲软及产能过剩的影响,近两年度分布更为均匀,电压降损失最小;离子迁移路径进烧碱装置的开工率只有0%左右。目前娆碱行业一步被压缩保证装置的电压降更低。电解产生的进入结构调整期产能过剩的压力加剧。随着离子气体在气室内因气体存在受限空间能保证气体很膜法烧碱在国内占主导地位,同时国家节能减排政快逸出,不致因充气度过高而导致槽电压升高。策的严格实施,烧碱生产企业在高新技术等方面投人非常大,进一步提升了我国氯碱生产技术,同时1.2膜极距电解组成进了行业发展。最近我国氯碱行业积极寻求节能控膜极距电解槽主要由3部分组成:选择透过性制技术,从电极、极间距、离子膜等方面寻求突破。离子交换膜、电极、固定集电装置。有效降低装置能耗是离子膜法烧碱技术发展的关2南京金浦锦湖化工有限公司生产现状及键。使用先进技术——膜极距技术,有利于提高企膜极距改造时机业的经济效益,进一步降低能耗。2.1烧碱生产设备介绍根据各地区的电价差异,烧碱生产中电价占成2008年6月投入生产的10万U/a离子膜电解本的55%~65%。目前在氯碱企业推广膜极距技术是必然的趋势。装置采用日本氯工程电解生产技术,电解槽为Bi1膜极距说明TAC-874,共有8台电解槽生产装置,组成4个系1.1膜极距和电压降统,每台电解槽由1个阳极终端、73个单元槽、1个膜极距电解槽就是电极直接与离子膜接触,阴阴极终端74张离子膜组成。具体参数如下。阳两电极之间只有离子膜的距离。膜极距技术是利中国煤化工CNMHG[作者简介]蔡智勇(1976-),男,助理工程师现从事离子膜法烧碱的生厂又不音理⊥TF[收稿日期]2014-02-27电解氯碱工业2014年交换膜类型Flemion 020解槽内阴阳极筋板采用波纹状结构,改善了槽内液电解梢类型BaTAC◆-874体流动方式提高了导电率。电解槽无油压系统单电解槽单元的数量74阳极反应区3.276m2x74元数调节范围大。每个单元槽都可测定氯气纯度,以判断电解槽运行情况。采用自然循环方式,能耗活性阴极低,也可延长膜及涂层的寿命。额定电流14.75kA2.2烧碱生产情况及膜极距改造时机额定电流密度4.5 kA/r质量(空载)每台电解槽大约194t南京金浦锦湖化工有限公司(以下简称“金浦质量(工作)每台电解槽大约33.9t锦湖”)离子膜电解装置自2008年6月开始运行电解槽数量8套2012年9月涂钯、换膜,现又运行近6年。跟踪分该电解槽特点是:阳极为扩张阳极。单元槽导析成品碱(见表1),表明离子膜目前状况良好。电面积为3.276m2离子膜利用度可达895%。电表12013年12月2日9:00,常温下成品碱品质情况Table 1 Quality of finished caustic soda at room temperatreat9:00on2013-12-21w( NaOH)/%(Na2SO4)/0(NaCO3)/106wo( cao)/10测定值指标测定值指标测定值指标测定值指标≤10w(Fe2O3)/1I0-6(Al2O3)/10wo( NaCi)/10(N2C3)0测定值测定值指标测定值指标测定值指标≤400注:成品碱中Na的质量分数一般3年内控制在低于6.0×10-5,最初的一年内控制在不高于40×103。(1)工艺电耗方面情况如下。93%时,实施电解槽的改造计划。离子膜电解装置设计的直流电耗为2103(3)离子交换膜评价。kW·h/t,前3年运行期间单元槽的阴极和阳极的装置运行前3年,更换了3张离子交换膜;2012涂层损失将导致单元槽电压上升90mV左右离子年9月到现在更换了2张离子膜,总体运行状况较膜因污染将导致单元槽电压上升30mV左右折算为理想。2012年9月拆除下来的离子膜底部有少直流电耗约86kW·b/t。而且涂钯换膜前装置的许气泡,离子膜表面较为洁净。现在装置上运行的电压上升,直流电耗应达到2279kW·h/t涂钯、离子膜是F-8080,气体逸出情况、电流效率、氯气换膜后,直流电耗均达到2180kW·h/t。电解槽进产量等因素表明离子膜运行情况较为理想。电压比入第2生产运行周期后,必须及时分析电压上涨幅之前使用的F-8020离子膜低60~80mV,能耗可度依据可承担成本及生产周期落实改造计划。当能下降45kW·h/t,且耐盐水污染的能力更强。根单元槽电压上涨至34V时根据直流电耗=(平均据以上情况分析,在盐水品质正常、压差控制正常的单元槽电压x1000)÷1.492×电流效率计算出直情况下,能够确保F-8080离子膜在装置第2个周流电耗2450kW·h/t左右,烧碱的运行成本增加,期内优质运行。为不经济运行。因此,实施电解槽的改造计划。(4)单元槽评价。(2)电流效率状况。装置投产初期,单元槽电压为3.08V(电流电解装置投产初期,电流效率约为96.15%。14.75kA、槽温88℃);至202年6月20日,装置正常装置每运行1年装置的电流效率下降1%,故单元槽电压为3.23V(电流1475kA、槽温88℃),2012年9月装置的电流效率为93.15%,属于正常上升了0.15V。对照相同工艺厂家,与金浦锦湖装水平。但依据每天生产量293t统计,装置的电流效置的槽电压上升幅度基本一致。单元槽的电压上升率为939%,较为理想。装置因电流效率下降导致不仅因为单元槽涂层损失,也可能因为单元槽的极工艺电耗上升50kW·h/t,统计的工艺电耗仅为网变形或其他因素。涂钯、换膜后金浦锦湖电解槽2289kW·h/t,说明综合状况较理想。当电解槽生平均槽电压为3.17V左右。但是现在金浦锦湖电产进入第2个周期后期时,要依据每天统计的生产解槽运行已接中国煤化工等都会损伤量,计算阴极电流效率。阴极电流效率=碱实际生电解槽涂层。控制范围内。CNM产量/理论产量=碱实际生产量/(1.492×电流x在第2个周期,x灰划墨你七槽阳极。在单元槽个数×时间)。当装置的电流效率下降接近离子膜电解槽保证期间,如果正常操作条件下所测第9期蔡智勇等:膜极距电解槽改造时机及改造方案电解量的阴极或阳极月平均电压值比考核初期平均槽电低不少,但室框厚度增加,安装时要将总管备用接口压升高150mV或更高同时确认电压升高是由于移到电解槽中间。初始安装的阴极或阳极劣化所致则该阴极或阳极3.2阴极的传统修复工序已寿命终结;或由供方检测该电极的涂层量小于原拆下旧阴极网,修补网面破损,用喷砂法除去旧始涂层量的35%以下,亦可认定。企业进行电解槽涂层,退火校平,阴极网重涂,焊接到阴极盘上。阴改膜极距的考虑来源于节能减排、提高市场竞争力、极的膜极距改造是通过改造阴极,将电极间距由2节约维修成本等25mm缩小到几乎为0有效地降低了电极间的极间3金浦锦湖膜极距改造方案距阻抗,达到降低电解电耗的目的。弹性网弹性均烧碱生产企业进行电解槽改造时主要考虑:单匀,阳极网、离子膜、阴极网柔性贴合,实现膜极距元槽结构改动、涂层性能稳定、后续极网维护、改造使电流分布均匀,比表面积增大。采用热氧化法贵周期、改造后工艺运行质量和成本等。改造说明:①金属涂层,提高了阴极活性涂层性能,且网面光滑,先改造检修1组、完成后运行,接着进行第2组改造不会对膜产生机械损伤。检修,逐渐替换(停车一改造一开车一停车—改1)阴极的膜极距改造。造);②增加改造检修后电解槽的产能,即增加单元固定原阴极网,通过镍条(宽5mm,厚25mm)将槽数量或者增加1组电解槽减少电解槽改造造成阴极网与盘牢固地焊在一起然后铺设弹性网利用镍的产能损失。条(宽4mm,厚0.1mm)将面网压焊在阴极法兰面上3.1阳极修复工序改造前、后阴极与膜接触面积分别如图1、2所示。内容概述:拆下旧阳极网,修补网面破损,用喷砂法除去旧涂层,退火校平,阳极网重涂,改造更换阳极法兰面,阳极网焊接到阳极盘上。(1)校平阳极。将不平阳极网用炙手铁板夹住,高温处理后再自然冷却,让网面平整,平面度在0.5mm(2)涂覆阳极。涂层配方会对电解槽电压、氯气中的氧含量等相关指标造成影响,因而极网涂层配方选择高氧配方还是低氯酸盐配方要慎重(3)检验阳极。利用检测仪器检测阳极涂层的性能:电位、涂层量、均匀度等。(4)安装阳极。将新的或重涂的阳极网通过氩图1改造前阴极与膜接触面积图示弧焊或电阻焊的方法固定到阳极盘上。Fig. 1 Contact area of cathode and(5)阳极法兰面的保护。BTAC阳极系统的密membrane before transformation封面部位极易发生间隙腐蚀。通常采取的保护措施是:在垫片处电镀上一层含钯的保护膜。在长期使用中,钛表面的保护膜一旦被划伤碰破,很快就会产生间隙腐蚀。因为耗材比较贵,有的公司将密封面换成钛钯材质;有的公司直接在原密封面上贴层0.7mm厚的钛钯板。阳极密封面更换钛钯后可以一劳永逸,杜绝了钛密封面的间隙腐蚀,不需镀钯,清理方便。图2改造后阴极与膜接触面积图示(6)切割阳极将原法兰面更换为钛钯法兰面。ig 2 Contact area of cathode and(7)或者对阳极法兰面加钛钯板。直接在原密封面上贴一层0.7mm厚的钛钯板,内侧一周焊接,(2)膜极“中国煤化工比外侧点焊更换钛钯CNMH〔的成本,但节该方法与(6)相比,泄漏的风险和工作量都降省了之后的镀钯、阳极腐蚀的修复等很多费用;阴极电解氯碱2014年总好侧膜极距改造与阴极重涂相比仅增加了一些材料,V。改造前电压326V,电流15kA。还有西北某氯包括焊在盘上的镍条、弹性网覆盖网阴极面网基碱企业将 BiTAC电解槽改造成迅 MitAC电解槽,使材镍条等。每个单元槽的改造成本高出传统维修用旭硝子离子膜,92单元/台,膜极距改造后于2013成本约5000元。年4月11日开车,运行电流16.4kA,平均槽温83(3)膜极距改造的优势。85℃,碱质量分数32.5%,槽电压在3.03~3.05V苏北某企业改造后的膜极距电解槽在装置上的稳定运行。校正至5kA/m2(90℃、32%碱)时,电运行结果显示:槽电压明显降低,在运行电流为16压298V。改造前运行电流5kA,电压3.25V。kA、槽温90℃、进口盐水质量浓度(305±5)g/L氯氢气压差4~5kPa、碱质量分数32%的条件下单元槽平均电压为3.00V左右,节能效果明显。3.3改造时需要考虑的事项田(1)涂层质量保证。现在进行膜极距改造的企d+tH290Lr业很多,涂层配方也很多,都有自己的先进技术特点,但是在生产中能否经受腐蚀和反向电流的影响,需要进一步确认。还要考虑对槽电压、氯气中的氧含量等相关指标是否造成影响,以及是否影响到下日期游工序。平均电压;一X5Mm时校正电压;(2)膜极距改造方式。改造企业多,改造技术士4579km时校正电压方案更多要采用适合自己电解槽的方式,以达到提图3改造后膜极距电解槽指标趋势图高产量和节能降耗的目的。Fig 3 Trend chart of index of membrane-thickness(3)现场管路方面。改造是系统工程。在进行electrode-distance transformed electrolyzers膜极距改造之前需要对系统进行分析,确定清洗计预计金浦锦湖改造后的膜极距电解槽在运行电划、控制技术操作技术,分析系统设备材质、管道、流14.75kA、槽温88℃、进槽盐水质量浓度(305仪表是否有限制。5)g/L、氯氢气压差35kPa、碱质量分数32%的条34生产操作中的注意事项件下,单元槽平均电压为3.00V左右(电流效率膜极距电解槽的改造是发展方向。改造后的电9.5%),节能效果明显。以1个系统为计算单元,解槽运行后,要及时测量统计关键工艺参数,如槽按电价0.68元/(Wh)、运行时间每年80计温电流流量、单元槽电压等。当发现有相关槽电算,仅因电解槽部分直流电压降而节约的电费:W=压上涨时,取样分析相关氯气纯度、碱中盐含量,检(U1-U2)×l×8000×0.68。查出口软管带气量颜色等。造成电压上涨的原因式中W为节约电费,元;U1为改造前电压,V;可能是运行一段时间后弹性网失去弹性或部分脱2为改造后开车电压,V;为满负荷运行电流,落。换膜时要注意避免损坏阴极网造成寿命缩短。14.75kA减少计划停车,避免异常停车否则有可能造成膜针W=(469.42-447.22)×14.75×8000孔。针孔多容易导致碱中NaCl含量高,使阳极涂层0.68=1781328(元)。和基材容易腐蚀。氯碱企业应考虑逐步更换改造原有的单元槽,4相关厂家改造数据对比我国相关厂家BTAC槽改为膜极距后各项指以达到最佳经济益(s。分参考献标如图3所示。[]高旭东2012年国内氯碱形势综述[J].氯碱工业,苏北某氯碱企业将BTAC电解槽改造成2013,49(6):1-11[2]齐闯常极距离子膜电解槽膜极距改造总结[J氯碱工iBiTAC电解槽。有4个单元电解槽膜极距改造后于业,2014,50(3):17-192011年12月6日开车,使用旭硝子离子膜现已运3]张国华离行近2年,运行电流15.0~16.5kA,平均槽温V凵中国煤化工警与职工职业操作企业安CNMHG].北京:化学6.0~87.5℃,槽电压在2.950~2.990V稳定运工业科技出双社,∠0U:行。校正至5kAm2(90℃/32%碱)时,电压2970[编辑:蔡春艳