新旧离子膜混装时的加酸控制

郭丰彪

（滨州海洋化工有限公司，山东 滨州 256800）

新旧离子膜混装时的加酸控制

郭丰彪

（滨州海洋化工有限公司，山东 滨州 256800）

通过理论计算和实际操作，说明新旧离子膜混装时如何控制加酸量更有利用安全运行。

离子膜；加酸；电解槽；控制

电解槽在运行过程中不可避免的会出现离子膜损坏和更换，随着近年来控制手段的完善及管理水平的提高，运行中离子膜的更换现象逐渐减少。某公司烧碱装置采用的是旭化成高电密自然循环电解槽，离子膜使用的是旭化成F-6801。第一批离子膜上机时间四年左右，20万t/a产能运行过程中仅16张离子膜出现了针孔微量泄漏的现象。在生产运行中更换出现针孔的离子膜，因考虑到电解槽的加酸一般选择运行电流效率相近的旧离子膜替换，以免出现个别离子膜加酸过多引起酸化或加酸过少引起副反应过高造成电极腐蚀。

1　理论计算

通过与旭化成技术人员交流得知，旭化成F-6801离子膜的酸化条件是出槽淡盐水的酸度＞0.05N。以此为标准进行计算整台电解槽中离子膜之间电流效率允许的最大差值。电解槽的加酸主要是为了中和阴极液通过离子膜反渗至阳极液中的OH-，从而抑制氧的生成减少阳极副反应的发生及降低对阳极电极电催化性能的影响，其氢氧根在阳极的反应式为：［OH］→1/2［H2O］+1/4［O2］。这部分氢氧根的量等于1-CE，当电解槽运行电流为10.8 kA/h时，一个单元槽的理论产量是10.8×37.3=402.8（eq）。电流效率分别为96%、94%、92%、90%运行时的酸度要求见表1。

表1　电流效率96%、94%、92%、90%运行时的酸度需求

由上可以看出电流效率之间相差2%的离子膜，在同台电解槽上按低电流效率的离子膜控制加酸运行，高电流效率的离子膜其阳极液的酸度仍然能够维持在0.05 N以下，运行是安全的。

根据旭化成的离子膜酸化条件＞0.05 N，电解槽在10.8 kA/h运行时也可以推算出其淡盐水中高出的过酸量为（0.05－0.003）×170=7.99（eq），7.99 eq的盐酸与氢氧化钠反应同样需要7.99 eq的氢氧化钠。这个7.99 eq的氢氧化钠即是一台电解槽中离子膜之间相比允许的最大氢氧根反渗量，这个反渗量占理论碱产量402.8 eq的1.98%。即：当电解槽上平均离子膜的氢氧化钠反渗量较新更换的离子膜氢氧化钠反渗量高出7.99 eq以上时，这张新离子膜在按照总出槽淡盐水酸度指标控制运行时，由于进槽盐水中的盐酸得不到足够量氢氧化钠的中和，这张新离子膜将发生过酸现象。

以上两种计算可知，同台电解槽中单张离子膜的最高电流效率不能高于整台电解槽离子膜平均电流效率的2%。

2　实际运行情况

某公司在2012年10月底系统进行停车检修，8#槽在进行离子膜试漏时发现一张离子膜存在肥皂水鼓泡现象，用流量计检测发现泄漏量较小，但为了安全运行还是对该离子膜拆卸后进行了更换。由于电解槽的运行中离子膜更换较少，备用的离子膜中并没有与该台电解槽电流效率相当的膜，当时8#槽的离子膜电流效率已达到了92%。根据运行记录选择了备用膜中电流效率最低的一张离子膜进行了替换，该张离子膜是2010年更换下修补的旧膜，其电流效率接近95%。其开车后电流11.2 kA/h的运行数据见表2。

表2　出口阳极液指标对比

从阳极液的酸度上看新更换的离子膜已远远超出了旭化成要求的＞0.05 N，通过酸度及其他的指标也可以看出该张离子膜的电流效率要远远高于未更换的其他离子膜。该张离子膜单元槽电压明显高于其他电解槽。分析高出的电压是由三部分组成：（1）由于该离子膜电流效率高，膜内杂质较少，膜电阻相对较大；（2）由于该离子膜阳极液酸度相对较高，存在酸化现象引起；（3）新垫片的更换造成了极距增加，从而引起了电解液的电阻上升。

随后的生产运行中该张离子膜因阳极液取样需要轻卸电解槽出口软管工作太危险，故阳极液的指标一直未再分析。但在电解槽日常管理中却发现该单元槽电压在运行过程中逐渐下降，最后稳定在了较其他单元槽高约60 mV后未再变化。并且在将电解槽的加酸减小一半时，能够发现该张离子膜的单元槽电压下降的幅度较大并与其他单元槽电压的差距减小。通过这两点分析：该张离子膜存在酸化现象，但是运行电压没有持续上升说明该离子膜没有大面积的因酸化起泡、分层等持续的恶化，可以继续安全的运行，见图1。

图1　运行电压对比

该离子膜一直在8#槽运行到2013年6月随8#槽整体更换离子膜，下槽后观察该张离子膜在极室的底部垫片边缘有轻微的鼓泡现象，但没有影响到整张离子膜的运行，分析是单元槽阳极室底部进口分配管处酸度相对于整个单元槽阳极室内阳极液酸度偏大的原因引起。

3　小结

旭化成 F-6801的离子膜在出口阳极液酸度＞0.05 N将出现酸化，根据实际的运行情况来看似乎有点保守，但是生产运行中不可能做到每张离子膜都分析出口阳极液的酸度，也不可能做到整台电解槽的离子膜效率一致，每个单元槽阳极室内部阳极液中的酸度分布也不是完全均匀。旭化成要求正常运行中电解槽整体的出槽阳极液酸度控制在0.003 N，也是考虑这些因素从安全运行角度而规定的。

离子膜电解槽在进行离子膜更换时一定要兼顾所更换离子膜和整台电解槽离子膜平均电流效率的差异，要尽量将整台电解槽离子膜之间的电流效率差异控制在2%之内。如果无法做到这一点，那么电解槽的加酸要适当兼顾电流效率高的离子膜，加酸量应适当降低。

对于电解槽中新更换离子膜的运行情况，可以在电解槽加酸与不加酸时分别测量单元槽电压做对比，对于变化幅度较大的单元槽要重点分析和监控。对于电流效率较高的离子膜特别是新离子膜不得不更换至低电流效率电解槽的情况，建议在新更换离子膜单元槽的阳极液出口上安装旭化成专用的取样软管，以便随时取样分析指标掌握其运行状况，避免出现单张离子膜的酸化现象。

Adding acid control when old and new ion-exchange membrane mix-loading

GUO Feng-biao
（Binzhaou Ocean Chemical Co.，Ltd.，Binzhou 256800，China）

Through theoretical calculation and practical operation，how to control the acid adding when old and new ion-exchange membrane mix-loading to ensure safe operation were introduced.

ion-exchange membrane；adding acid；electrolytic cell；control

TQ114.26+2

B

1009-1785（2016）09-0011-02

2016-08-29