兩種離子膜電解槽在同一系統(tǒng)上應(yīng)用小結(jié)

唐宇來

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600）

廣西柳化氯堿有限公司燒堿分廠現(xiàn)有15萬t/a離子膜燒堿裝置。其中一期10萬t/a采用4臺旭化成NCH型自然循環(huán)高電流密度電解槽，二期5萬t/a引進(jìn)2臺旭化成NCZ型零極距電解槽。一期、二期離子膜均采用旭化成膜F-6801。兩種電解槽共同使用一套二次鹽水精制工序及淡鹽水脫氯工序，現(xiàn)將兩種電解槽的運(yùn)行情況小結(jié)如下。

1 電解槽的技術(shù)參數(shù)

旭化成NCH型電解槽的技術(shù)參數(shù)（見表1），旭化成NCZ型電解槽的技術(shù)參數(shù)（見表2）。

2 運(yùn)行工藝流程

2.1 一期10萬t/a NCH型自然循環(huán)高電流密度電解槽工藝流程簡述

一次鹽水經(jīng)螯合樹脂塔處理后，合格鹽水由精鹽水泵（離心泵）送至鹽水高位槽，從鹽水高位槽來的精鹽水分兩路進(jìn)入電解槽，一路供正常使用，另一路與純水配比稀釋后供電解槽充液和停車時補(bǔ)充鹽水之用。供正常使用的精鹽水通過入口連接在總管上的軟管進(jìn)入陽極室，電解產(chǎn)生Cl2，同時NaCl濃度降低，氯氣與淡鹽水的混合物通過出口軟管進(jìn)入陽極出口匯集管的氣液分離器進(jìn)行氣液分離。被分離的液體送入陽極循環(huán)槽，經(jīng)陽極循環(huán)泵送入真空脫氯系統(tǒng)，同時相當(dāng)于入槽鹽水流量15%的淡鹽

表1 旭化成NCH型電解槽的技術(shù)參數(shù)

表2 旭化成NCZ型電解槽的技術(shù)參數(shù)

水引入精鹽水總管防止陽極加酸引起的鈦管腐蝕。被分離的氯氣送至陽極循環(huán)槽的頂部進(jìn)一步分離后并入氯氣總管去氯處理工序。

陰極液通過陰極液高位槽送入陰極入口總管，經(jīng)連接在總管上的軟管送入電解槽的陰極室，電解產(chǎn)生H2和NaOH，氫氣和陰極液的混合物通過出口軟管進(jìn)入陰極出口匯集管的氣液分離器進(jìn)行氣液分離，被分離的液體送入陰極液循環(huán)槽后，大部分經(jīng)陰極循環(huán)泵送入陰極高位槽，加入純水后重新回到電解槽進(jìn)行電解反應(yīng)，部分送入成品堿貯槽。被分離的氣體送至陰極液循環(huán)槽的頂部再次分離后并入氫氣總管送到氫處理工序。

2.2 二期5萬t/a旭化成NCZ型零極距電解槽改進(jìn)情況

（1）增加極化電源

在膜極距電解槽中，增加了極化電源，目的是抵消電解槽內(nèi)的電解液因原電池反應(yīng)產(chǎn)生的反向電流，從而防止反向電流對電極的損壞而造成的槽電壓上升。

（2）陽極液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置溢流管

為了防止淡鹽水循環(huán)槽內(nèi)陽極液上漲過高而堵住氯氣出口，進(jìn)而造成大的反向壓差，在淡鹽水循環(huán)槽的人口處設(shè)置1根去往陽極液排放槽的溢流管線，溢流管線的高度應(yīng)保證在溢流狀態(tài)下電解液能夠充滿電解槽的陽極室。溢流管線的直徑與進(jìn)入淡鹽水循環(huán)槽的淡鹽水管線的直徑相等。同時，氯氣管道不再進(jìn)入淡鹽水循環(huán)槽的頂部進(jìn)行氣液分離，而是通過其在管道內(nèi)的流向改變來實(shí)現(xiàn)氣液分離。

為防止溢流管內(nèi)的陽極液長期靜置而可能由于溫度降低導(dǎo)致的鹽水結(jié)晶，影響淡鹽水在異常狀況時向陽極液排放槽的溢流，將淡鹽水循環(huán)泵出口的淡鹽水pH值分析管線連接至溢流管垂直段的中上部，保證淡鹽水溢流前其內(nèi)部的液體處于流動狀態(tài)，同時起到保持溫度的作用。

在破虹吸管線中有少量氯氣析出在其上部，設(shè)置1根去往廢氣處理的管線，使得析出的氯氣去往除害塔被吸收。該管線改進(jìn)圖見圖1。

圖1 零極距電解槽管線改進(jìn)圖

（3）增加精鹽水貯槽

在高電流密度電解槽的工藝中，精鹽水高位槽及堿液高位槽中的電解液是用來在電解槽緊急停車時，向電解槽內(nèi)供給精制鹽水及堿液，以置換滯留在電解槽內(nèi)的氣體。此外，高位槽的設(shè)計還能起到穩(wěn)定電解液供給壓力的作用。零極距電解槽采取了較低的壓力設(shè)計，滯留在電解槽內(nèi)的氣體會更多。意外停車時，需要更多的精制鹽水來置換；由于零極距電解槽極距縮小，氫氣更容易滲透至陽極室；陽極室內(nèi)的氯氣也更容易進(jìn)入電解槽的陰極室，腐蝕陰極側(cè)。為了防止以上情況的出現(xiàn)，在零極距電解槽的工藝設(shè)計中，增加了精鹽水貯槽。

精鹽水貯槽有效降低了由于樹脂塔故障而導(dǎo)致電解槽停車后不能進(jìn)行電解液循環(huán)的風(fēng)險；同時，在氣源出現(xiàn)故障時，依然有足夠的精制鹽水對陽極室內(nèi)的氣體進(jìn)行置換和進(jìn)行電解液的循環(huán)。

（4）增設(shè)泵的自啟動系統(tǒng)

運(yùn)行過程中，某臺泵由于故障停止時，如果另一臺泵能夠自動運(yùn)行并及時補(bǔ)充電解液，即可減少生產(chǎn)中意外停車的次數(shù)，因此，引入了泵的自啟動系統(tǒng)。

3 兩種不同電解槽在同一系統(tǒng)上的運(yùn)行情況

3.1 高電流密度電解槽運(yùn)行情況

高電流密度電解槽從2009年12月28日投入生產(chǎn)至2016年期間運(yùn)行穩(wěn)定，除旭化成每年要求抽離子膜進(jìn)行性能分析及電解槽運(yùn)行后期槽墊片腐蝕泄漏檢修外，沒有因?yàn)殡x子膜泄漏而拆槽檢修過。

3.2 零極距電解槽運(yùn)行情況

零極距電解槽從2012年8月28日投入生產(chǎn)，2013年11月25日旭化成要求抽離子膜進(jìn)行性能分析，拆出離子膜后發(fā)現(xiàn)離子膜上部靠近墊片1cm左右的位置發(fā)白變薄，電解槽框無明顯變化；2014年一次計劃停車檢修，準(zhǔn)備開車做膜試漏時發(fā)現(xiàn)有E槽15張膜漏，F(xiàn)槽12張膜漏，換新離子膜后正常開車；2015年年初檢修停車，做電解槽膜試漏檢查，又發(fā)現(xiàn)E槽54張膜漏，F(xiàn)槽38張膜漏，換新離子膜后繼續(xù)開車，到2016年全部更換離子膜。

3.3 存在的主要問題

（1）停車期間陽極室有氯氣殘留，并通過離子膜腐蝕陰極網(wǎng)，離子膜受到鎳污染變黑；

（2）負(fù)壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，有時出現(xiàn)正壓泄漏氯氣；

（3）電解槽陰極鎳絲網(wǎng)整體下垂5～8 mm，槽體設(shè)計有待改進(jìn)；

（4）電解槽有墊片被擠出槽框發(fā)生泄漏事故；（5）電解槽密封面腐蝕泄漏；

（6）因電解槽槽前過濾器被樹脂堵塞造成鹽水流量不足發(fā)生過緊急停車事故。

4 對系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)

4.1 負(fù)壓系統(tǒng)改進(jìn)

（1）原因。原工藝設(shè)計中負(fù)壓系統(tǒng)沒有排水管，現(xiàn)氯酸鹽分解槽運(yùn)行，氯氣排往負(fù)壓管，氯氣含水高，導(dǎo)致負(fù)壓管積水無法排除，負(fù)壓不正常，電解槽停車陽極氣相管無負(fù)壓或負(fù)壓小于-2 kPa，電解槽陽極內(nèi)氯氣排除不完全。

（2）改進(jìn)措施。在負(fù)壓管上增加排液管，在電解槽前負(fù)壓總管上加一套U型負(fù)壓測量計。

（3）改進(jìn)后效益。負(fù)壓系統(tǒng)改進(jìn)后，每次停車可以正確判斷負(fù)壓管壓力情況，并采取相應(yīng)措施，保證電解槽停車后陽極氯氣置換合格，防止電解槽極網(wǎng)被腐蝕。

4.2 鹽水系統(tǒng)樹脂二次攔截改進(jìn)

（1）原因。樹脂塔內(nèi)部因檢修過，使用時間過長，底網(wǎng)松動，泄漏少量樹脂，雖有進(jìn)行過濾，但仍有樹脂泄漏進(jìn)精鹽水貯槽，打到精鹽水高位槽后進(jìn)入電解槽槽前過濾器，堵塞過濾，導(dǎo)致陽極進(jìn)液管壓力超過140 kPa。電解槽每季度需停車處理一次，每次9 h，總計影響燒堿產(chǎn)量600 t/a（折百堿），產(chǎn)值300萬元。

（2）改進(jìn)措施。在精鹽水泵進(jìn)口管上增加一臺過濾器，過濾網(wǎng)使用樹脂捕集器余網(wǎng)制作。

（3）改進(jìn)后效益。精鹽水泵進(jìn)口管增加過濾器后，電解槽槽前過濾器無堵塞，每年大修拆開清理即可，每年可多產(chǎn)燒堿600 t/a（折百堿），增值約240萬元。

5 電解槽操作注意事項(xiàng)

（1）離子膜電解槽開車時槽溫應(yīng)不低于65℃。每種電流密度下都有一個最佳電流效率的溫度點(diǎn)，但是當(dāng)槽溫降至65℃以下時，電流效率下降迅速，以后即使溫度再上升，電流效率也難以恢復(fù)到原來的水平。

（2）按照標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程控制氫氣壓力、氯氣壓力，氫氯壓差控制在2～6 kPa，力求氫氯壓差穩(wěn)定在4 kPa，嚴(yán)禁逆壓差。

（3）正確操作，保護(hù)零極距電解槽陰極網(wǎng)。a.泡膜時，使用濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液；b.安裝槽框時，保護(hù)陰極彈簧網(wǎng)，不要使其受力凹陷。在檢修單元槽放到電解槽的側(cè)板上時，一定及時把鞍型隔離架安置好；c.安裝膜時，不要用純水沖洗陰極網(wǎng)；d.在進(jìn)行槽試漏或洗槽時，要保持陰極液pH值不低于12。

6 結(jié)語

旭化成NCH型自然循環(huán)高電流密度電解槽與NCZ型零極距電解槽都具有各自的特點(diǎn)，經(jīng)過部分工藝改進(jìn)后能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但也存在一些不足，因此，在離子膜裝置運(yùn)行過程中，還要注意以下幾點(diǎn)：

（1）電解槽已運(yùn)行8年多，各設(shè)備零部件老化，鹽水系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，要加強(qiáng)對備品備件的貯存管理，保證隨時處于備用狀態(tài)，以免出現(xiàn)泄漏造成停車。

（2）加強(qiáng)操作巡檢，DCS主控人員要監(jiān)控好各種數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常絕不放過；現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)問題及時溝通聯(lián)系，及時處理。

（3）要定期檢測槽電壓，確保數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確；對分析數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)作綜合分析處理，科學(xué)調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)。