膜极距改造电解槽运行探讨

邵党恩*



膜极距改造电解槽运行探讨

邵党恩*

（河南神马氯碱化工股份有限公司，河南平顶山，467001）

分析了河南神马氯碱化工股份有限公司膜极距电解槽运行情况，通过与未改造电解槽的指标对比，指出了改造后出现的问题，并对问题原因进行了深入分析，从电解槽结构上提出了今后改造中应注意的原则。

膜极距电解槽；改造；槽电压

引言

膜极距技术以其显著的节能效果，目前已在氯碱企业广泛采用。据统计，与普通极距电解槽相比，膜极距电解槽吨碱电耗可下降80-100KWh。在国内，多数氯碱企业采用将运行中的普通极距离子膜电解槽进行膜极距改造的方案，以达到降低电耗的目的，但在降低电耗的同时，离子膜的电流效率和寿命也受到了较大的影响，从而使膜极距技术节能带来的经济效益打了不小的折扣，因此，总结膜极距改造的经验教训，可以扬长避短，推进膜极距技术不断完善。

1 公司基本情况及膜极距改造方案

河南神马氯碱化工股份公司于2005年首次引进复极离子膜电解装置，采用蓝星（北化机）公司的ZMBCH-2.7型复极离子膜电解槽两台，建成一条年产5万吨离子膜烧碱的复极烧碱生产线。该装置A、B两槽于2006年6月投入运行。2007年，淘汰2.5万吨/年金属阳极装置，新增C、D两台ZMBCH-2.7型复极离子膜电解槽，接着，于2009年利用C、D槽厂房空地条件再增加一台该型电解槽，使复极离子膜烧碱生产系统达到12.5万吨/年的生产能力。2011年，A、B、C、D槽分别达到2个和1个膜周期，而E槽运行指标较差，根据各槽运行状况先后对B、C、E、A槽进行了膜极距改造。D槽因第二个膜周期内运行指标良好，未做改造，以留作观察对比。

2 改造后电解槽运行情况

2.1 膜极距改造的技术方案

所谓膜极距就是指电解槽的阴极和阳极之间只有一个离子膜厚的距离，与普通极距电解槽相比，由于极距的缩小减小了两极间的电阻值，从而使槽电压得以降低，达到降低电耗的目的。在具体改造中，通常采用的方法是，在原来的阴极网上敷设一层由镍丝编织的弹性网，在弹性网上覆盖涂有活性涂层的面网，面网用镍条压在密封面上或翻折固定在原阴极网背面，电解槽安装离子膜后，由于弹性网的作用，阴极网将离子膜挤向阳极网，达到所谓膜极距。

2.2 改造后各槽运行效果

（1）2011年11月B槽由蓝星（北京）化工公司改造，改造前170个单元槽，改造后为168个单元槽，改造后所用离子膜为旭化成F6801。

运行情况总结：B槽膜极距改造后单槽电压下降320mv，运行至2012年12月31日，电压上升57mv，氯气纯度于2012年3月开始下降，至12年底降至97.7%，含氧达1.3%，阳极电流效率为94.95%，下降2.59%。至2013年5月，阳极电效显著下降。（见表1）

表1 B槽改造前后运行情况比较

（2）2011年12月C槽由江阴宏泽公司改造， 168个单元槽，改造后用122张杜邦N2030，46张旭化成F6801膜。

运行情况总结：C槽膜极距改造后单槽电压下降218mv，但运行后电压一直上涨，至2012年8月，电压上升至3.17mv，比改造后上涨149mv，随后电压开始下降，至12年底电压为3.065mv，纯度自2012年3月开始下降，至12月底下降至97.2%，含氧为1.4%，阳极电效为94.25%，下降3.29%，至2013年5月，阳极电效显著下降。

表2 C槽改造前后运行情况比较

（3）2012年3月A槽由江宏泽公司改造，改造前170个单元槽，改造后为168个单元槽，改造后所用离子膜为旭化成F6801。

运行情况总结：A槽膜极距改造后单槽电压下降308mv，运行至2012年12月31日，电压上升113mv，纯度于2012年11月开始下降，至12月底为98.6%，含氧0.7%，阳极电效为96.21%，下降2.1%。

说明：单槽电压上升或下降指单槽折标电压（4.0KA/m2，90℃，32%）

表3 A槽改造前后运行情况比较

（4）D槽于2007年投入运行，到2012,年已运行4年，未作膜极距改造，其运行情况如下（见表4）：

表4 D槽运行情况

可见，运行四年，未作改造的D槽虽然槽电压升高，但电流效率仍高于运行一年多至两年的膜极距改造电解槽。

（5）电槽运行中出现的异常情况

1）碱中含盐上升，2012年12月4日发现成品碱碱中含盐突然上升，由平时的40ppm上升至70ppm，到2013年2月已上升至104 ppm。

2）电耗上升，2011年底BCE电槽膜极距改造后电耗下降明显，由改造前的2389kw.h下降至三台改造后的2165kw.h，3月升为2242kw.h，2012年3月A槽膜极距改造后电耗又下降为2194 kw.h。之后，电耗平均每月上涨15-20 kw.h，至2012年12月，电耗达到为2320 kw.h。

3）电流效率下降显著，运行不到两年，阳极电效已下降到90%左右，超过了运行四年的高电密电解槽。

3 问题及原因分析

3.1 主要问题

上述统计结果显示，各槽在进行膜极距改造后，出现槽电压先降后升，之后又持续下降的情况，而电耗呈现不断升高的趋势，直至超过未进行改造且运行时间达到4年的D槽。针对这种情况，我们进行了全面的原因分析。

3.2 原因分析

我们从盐水质量、离子膜状况、电解槽结构等三个方面进行了分析。

3.2.1 盐水质量分析

盐水质量是影响槽电压的一个重要因素，2012年3月，我们取了二次盐水样品，委托专业机构进行了分析。结果如下（见表5）：

结果表明，盐水中个别指标虽然超标，但不至于产生如此严重的后果，且D槽在同样盐水条件下，未出现上述情况。

表5 二次盐水分析结果

3.2.2 离子膜状况分析

我们从离子膜的角度进行了分析。4台槽子分别使用了杜邦公司F4403D 离子膜和旭化成8261离子膜，从指标上很难判断两种膜的差别。为了进一步分析离子膜状况，我们将各槽运行中的两种膜分别选出一张，送杜邦和旭化成本部进行分析实验。结果如下（见表6）：

离子膜生产商分别对送检的离子膜在实验槽上测试了电流效率。测试结果如下（见表7）：

表6 离子膜分析结果

表7 实验室测定结果

以上结果表明，同等条件下，运行1.5年的膜极电解槽电效比运行4年的普通极距电解槽还有显著降低，送检离子膜已经达到了更换的条件。

电镜分析情况

两公司对离子膜作了电镜分析，结果如下：

羧酸层表面状态，整体可见杂质的脱落痕迹。羧酸层表层整体严重皲皱。

结果表明，离子膜羧酸层受到较严重的物理损伤。大面积分离脱落。

3.2.3 电解槽结构

针对离子膜羧酸层出现损伤的情况，我们从操作方法、工艺指标、电解槽结构等方面进行了分析，我们认为，电槽结构是影响离子膜运行的主要因素。

膜极距电解槽的阴极网由镍基材底网、弹性网和有涂层的面网三部分组成，其阴极高出密封面4-5mm，正常运行时，阴、阳极之间只有离子膜的厚度，而有极距电解槽阴极网与离子膜之间存在1.8-2.2mm的距离（1），正是这个差别导致离子膜运行条件发生了变化。

离子膜由磺酸层、中间骨架和羧酸层三部分组成，其中，磺酸层厚度大、强度高，是离子膜强度的保证，而羧酸层薄而脆弱，但它是离子膜选择性的保证，也就是电流效率的保证。在有极距电解槽中，由于压差的作用，离子膜的磺酸层保持紧贴光滑的阳极网上，其羧酸层始终保持自由状态，在温度变化等因素造成离子膜收缩时，羧酸层不会受到摩擦损伤。而在膜极距电解槽中，由于带弹性的阴极将离子膜挤向阳极网，所以，在温度变化及碱液流动时，离子膜收缩或振动均会引起羧酸层与阴极网的摩擦，从而对羧酸层造成伤害，挤压越紧，伤害越大，在早期的膜极距改造理念中，追求极距越小越好，导致上述情况更加严重，这一点，在与D槽的对比观察中得到了很好的印证。也是后来各厂家不断改进工艺的重要原因。

4 对膜极距改造的认识及建议

膜极距技术是当前氯碱技术发展的方向，应该积极推广，但在实施过程中，要兼顾极距减小与离子膜保护两个方面，理想状态是在保持离子膜自由伸缩或其羧酸层强度能够耐受的前提下，缩小极距，使电耗下降的优势保持在离子膜的合理周期内，只有这样，才能取得稳定而实际的节能效果。

[1] 杜军. 膜极距电解槽与高电流密度电解槽的区别及操作要点[J]. 氯碱工业, 2015, (11): 13-17.

[2] 章斯淇, 李永毛, 李涛, 等. BiTAC离子膜电解槽膜极距改造的降耗效果和经济分析[J]. 氯碱工业, 2015, 51(2): 5-7.

[3] 邢家悟, 刘东升. 离子膜法制烧碱操作问答[M]. 北京化学工业出版社, 2009, 48-51.

Discuss on Running of Membrane-thickness Electrode-Distance Transformed Electrolyzers

SHAO Dangen*

(Henan Shenma Chlor-alkali chemical Co,Ltd, Henan Pingdingshan 467001, China)

The operation of the membrane pole distance electrolyzer in Henan Shenma Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd was analyzed. The problems of the modified electrode were compared with those of the unmodified electrolytic cell. The problems were analyzed and the causes of the problem were analyzed. The structure put forward in the future transformation should pay attention to the principle.

membrane-thickness electrode-distance electrolyzers；transformation; cell voltage

邵党恩. 膜极距改造电解槽运行探讨[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 61-62.

SHAO Dangen. Discuss on Running of Membrane-thickness Electrode-Distance Transformed Electrolyzers[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 61-62.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.025

TQ114

A

1672-9129(2017)05-0061-02

2017-01-18；

2017-02-26。

邵党恩 （1964-），男，河南郑州，工程师，，研究方向：轻工业学院化学工程与工艺专业。E-mail: kdzp001@163.com