国产氯碱离子膜最新应用情况

杨振伟，崔晓兵

（中盐常州化工股份有限公司，江苏 金坛 213200）

1 国产离子膜应用情况回顾

2010年5月14日，2张DF988离子膜在蓝星（北京）化工机械有限公司的试验基地河北黄骅氯碱有限公司投入运行。

2010年6月30日，DF988离子膜在山东东岳氟硅材料有限公司1万t装置上投入运行。

2010年8月20日，30张 （1台）DF988离子膜在中盐常州化工股份有限公司AZEC-F2-563型电解槽上运行。

2011年12月7日，30张 （1台）DF988离子膜在上海氯碱化工股份有限公司AZEC-F2-563型电解槽上运行。

2011年12月24日，DF988离子膜山东鲁北化工股份有限公司在ICI-FM21SP电解槽上成功送电开车。

2012年1月18日，DF988离子膜在江苏苏化集团张家港有限公司的INEOS电解槽上成功应用。

2012年3月9日，DF988离子膜在赢创三征（营口）精细化工有限公司的DD350电解槽一次性送电成功。

2012年4月1日，30张 （1台）DF2801离子膜（带牺牲芯材）在中盐常州化工股份有限公司AZEC-F2-563型电解槽上投入运行。

2 全氟离子膜的结构

全氟羧酸磺酸复合离子膜主要由全氟磺酸/PTFE增强网布/全氟羧酸复合而成，全氟磺酸层和全氟羧酸层的外表面再涂亲水涂层。靠近阴极侧的羧酸层为阻挡层，具有高正离子选择渗透性，对Na+有高度的选择性而阻挡OH-反渗透，电流效率取决于该层。靠近阳极侧的磺酸层具有高离子传导性，电压取决于该层。PTFE增强网布为离子膜的骨架，主要是为了提高膜的强度。离子膜的外表面的涂层主要是为了使电解槽产生的气体能快速逸出，从而降低槽电压。图1为DF988离子膜截面的示意图。

由于对羧酸层和磺酸层的结构进行了优化以及对树脂进行了优选，使得DF988具有较低的膜电阻和较高的电流效率，同时，对盐水中的杂质离子具有较高的耐受性。DF2801由于在成膜过程中增加了牺牲芯材，增加了离子膜中离子的通道，使得DF2801离子膜具有更低的膜电阻和更高的电流效率。

3 运行电解槽介绍

中盐常州化工股份有限公司现有3套电解装置，其中，6万t/a烧碱装置是日本旭硝子公司AZEC-F2-563型电解槽，为自然循环单极式离子膜电解槽，有效面积为1.71m2，设计电流密度为3.33 kA/m2，共计32台，每台电解槽有30个电解单元，1997年投入运行，2003年进行阴、阳极的再生重涂，并且经历了搬迁的过程，平均离子膜寿命＞36个月。目前使用的离子膜是旭硝子F-8020、F-8030、F-8031及杜邦 N982TX、N2010TX、N2030TX。

该公司于2010年8月20日在AZEC-F2-563型电解槽EM-307安装30张国产离子膜，离子膜型号为DF988。2012年4月1日，在AZEC-F2-563型电解槽EM-312安装30张国产离子膜，离子膜型号为DF2801。这2台电解槽运行至今，各项安全指标，工艺指标均不逊于国外同类型号离子膜，整个运行情况安全、平稳，跟踪分析数据良好稳定。

4 DF988运行数据

2010年8月20日上午，安装国产离子膜DF988的EM-307电解槽安装就位，同时，充液循环升温，至13时10分送电并网。

启动时电流为40 kA，槽温为74℃（阳极侧温度），烧碱浓度25.5%。运行数据见表1。

表1 DF988离子膜72 h运行数据（电槽不加酸）

在国产离子膜投用的前72 h内，应该增加分析频次，修槽和有关人员值班、实时监控，加强巡回检查以实现电解槽的安全平稳运行，跟踪分析数据稳定。

从2010年8月试车成功至今，运行平稳，2012年1月以来的运行数据见表2。

2012年1月以来的阳极电流效率见表3。

5 DF2801运行数据

2012年4月1日，国产离子膜DF2801安装就位到EM-312槽位，同时充液循环升温，至13时30分送电并网。启动时电流45 kA，槽温68℃，（阳极侧温度），烧碱浓度26%。运行数据见表4。

2012年4-9月对EM-312进行了阳极电流效率的测定，电流效率为97%。

6 同期进口离子膜运行数据

2012年8月27日，某型号进口离子膜安装就位到EM-316槽位，同时，充液循环升温，启动时电流45 kA，槽温65℃，（阳极侧温度），烧碱浓度27%。

表3 DT988运行期间阳极电流效率/%

从2012年1月至今运行数据见表5。

7 数据分析

DF988离子膜运行至今已达25个月，各项安全指标、工艺指标均能达到国外同类型号离子膜标准，整个运行情况安全、平稳，分析数据良好稳定。DF2801离子膜运行5个月，从目前的各项数据分析，各项指标均优于同期的DF988膜。

表2 DF988运行数据（电槽不加酸）

表4 DF2801离子膜运行数据

表5 进口离子膜运行数据（电槽不加酸）

（1）安全指标氯气含氢均为“检不出”；单元电压稳定，分布均匀，整个运行中未发现有安全隐患。

（2）由于单极槽的特殊性，在电解槽启动时，采用瞬间高电流送电，在高电流的冲击下，DF988膜和DF2801膜能保持安全稳定。

（3）DF988离子膜在运行中经历调峰运行，计划停车，连锁停车，长期停车1个月的考验，30%和32%碱交替运行，说明国产离子膜的适应性较强。

（4）DF988初期运行时，氯气纯度为97.0%～97.6%，一段时间运行后，基本能保持98.0%，（电槽运行不加酸），目前，阳极电流效率能保持95.8%。

（5）槽电压基本稳定，与国外同类离子膜相当。

（6）优等品要求碱中含盐≤40×10-6，目前，能稳定在小于 35×10-6；

（7）使用DF2801的电解槽氯气纯度和阳极电流效率均优于同期使用DF988的电解槽。

8 结论

国产氯碱离子膜DF988和DF2801运行结论表明，（1）氯中含氢、氯气纯度等分析结果表明，国产离子膜工业化运行安全性能达标，单元电压稳定，分布均匀；（2）本次使用的国产离子膜DF988是属于无牺牲芯材的高强度离子膜，运行性能指标，达到国际同类产品的水平，有部分指标优于国外同类产品；（3）国产离子膜对碘有较强的耐受性；（4）DF2801是带牺牲芯材的高强度离子膜，由于本次的离子膜DF2801厚度大于DF988，因此，安全性能进一步提高，电压虽有所下降，但未达到预期值，建议在确保安全的前提下，能够研发出膜电阻更低的离子膜；（5）要确保离子膜的安全稳定运行，运行管理是关键，特别是，保证盐水质量，严格控制电槽阴极液、阳极液浓度、电槽槽温，严格控制气体压差，升降电流的及时调整；（6）应尽快制定国产离子膜国家标准，确保对离子膜的制造、生产、使用能有进一步提升。