NBH-2.7型自然循環(huán)高電流密度復極式離子膜電解裝置運行要點

龐智強

（新疆華泰重化工有限責任公司，新疆烏魯木齊430019）

1 離子膜電解裝置運行情況及存在問題

新疆華泰重化工有限公司生產(chǎn)裝置分為A、B線，總產(chǎn)能為30萬t/a離子膜燒堿，電解槽采用北化機NBH-2.7電槽，旭化成F-6801膜，設計運行電流為11.34 kA。A線于2010年10月12日送電開車，B線于2010年6月17日送電開車，離子膜已運行至后期。

1.1 純水洗膜對離子膜性能的影響

電槽運行1年內(nèi)的電流效率情況見圖1。

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，裝置開車以來，實際運行時間不足1年，但運行電效已低于95%，而電槽單片槽電壓沒有漲，穩(wěn)定在3.0～3.1 V內(nèi)，經(jīng)分析認為，計劃B線于2010年3月30日，A線于2010年5月30日開車，但實際開車較晚，膜裝好后為防止膜干，每隔7天用純水洗1次，且因用自產(chǎn)電，供電不穩(wěn)頻繁停車，停車后進行洗槽等多次用高純水洗膜，造成離子膜松弛。使膜收縮主要有2種方法，提高堿濃度或降低運運溫度?？紤]到降低運轉(zhuǎn)溫度，槽電壓上漲造成電耗上漲，采用第一種方法。

2011年11月18日，把堿濃度由實際控制31.5%～33.0%提升至33.5%左右。運行1個月后2011年12月20日又降至31.5%～33.0%，A線提升堿濃度前后的運行數(shù)據(jù)見表1，電槽運行1年內(nèi)電耗情況見圖2。

表1 A線提升堿濃度前后的運行數(shù)據(jù)

由表1看出，A線電解槽提升堿濃度后，電效上漲0.5%左右，基本穩(wěn)定在93.9%左右，電耗變化不大，每班單條線產(chǎn)量增加了1.03 t左右。在堿濃度為33.5%時，電耗上漲大約16 kW·h，電效漲約0.2%，表明提升堿濃度對膜收縮有一定作用但效果不很明顯。

由圖2可以看出，因純水洗膜，電槽運行后，電耗較低且漲幅不大。單片槽電壓開車時較低，1年內(nèi)沒有漲，穩(wěn)定在3.0～3.1 V，也具有一定的優(yōu)勢。

總之，純水洗過的膜在電槽運行初期電效較低，但電耗低、成本低，有一定的優(yōu)勢，但隨著膜運行至后期，膜的強度有所下降、針孔和微小的損傷增多，離子膜電流效率進一步下降，膜的輸水率及反向滲透增加，使膜的性能下降、副反應增多、堿中含鹽及氯中含氧量上升，這種優(yōu)勢將不存在。離子膜運行不到3年由于電效較低造成成品堿中含鹽和氯酸鹽較高，影響堿品質(zhì)量，也對蒸發(fā)降膜管造成腐蝕。因此，在日后的操作中，應盡量減少純水洗膜的次數(shù)，以有利于膜的壽命，降低綜合成本。

1.2 頻繁開停車對離子膜裝置的影響

在離子膜裝置開停車時，有可能由于電槽沒有及時置換，停槽后鹽水中氯氣沒有置換干凈，堿中氫氣沒有置換干凈，斷系統(tǒng)后不能投極化電流等原因造成電槽極網(wǎng)涂層損傷，膜受損傷開車后，影響槽電壓、電耗等運行參數(shù)。本裝置由于供電問題及新員工操作等，開停車頻繁，直接影響了膜的性能及電槽的性能，以B線為例，2010年6月17日送電開車以來，由于各種原因造成局部停車17次、全停28次，膜的性能大幅度下降。2012年11月4日，B線動力電跳停，對裝置的應急操作帶來的影響見圖3、圖4、圖5。

通過圖3可以看出，11月初B線電流效率均維持為93.65%，本次裝置滿負荷后電流效率為93.29%，平均下降0.36%。

通過4圖可以看出，11月初B線電耗均維持為2 209 kW·h/t堿，本次3#裝置滿負荷后在2 231 kW·h/t堿，平均上升 22 kW·h/t堿。

通過圖5可以看出，B線運行電壓對比11月初均上漲 1.0～2.0 V。

通過以上的數(shù)據(jù)對比，可認為一次動力電跳閘后，電槽的電效下降，電耗、槽電壓、堿中含NaCl、氯酸鹽量上升，電槽游離氯含量偏高。說明跳閘使電解槽副反應增大。

總之，開停車會造成電槽及膜的整體性能下降，在日常運行中要精心，加強日常管理，盡量減少開停車次數(shù)，以有利于電槽的高效運行、延長膜的壽命。

1.3 鹽水中氯酸鹽對離子膜電解裝置的影響

圖6為堿中的NaClO3含量隨鹽水中NaClO3含量的變化情況。

圖6顯示，鹽水中NaClO3含量越高，向陰極室移動的ClO-3量越增加。為了保持堿中的低量NaClO3，保持鹽水中NaClO3低量是很重要的。

A、B線安裝有2臺氯酸鹽分解槽，工藝流程為接收由電解槽陽極電解后產(chǎn)生的約1/10的含氯鹽水，后進行氯酸鹽的分解反應。因NaClO3的溶解度比NaCl的溶解度高，NaClO3的積累會降低NaCl的飽和量，同時會增加電槽陰極32%堿液中的NaClO3的含量（即進槽鹽水中的NaClO3濃度高，陰極堿液中的NaClO3濃度就會升高）。為保證本裝置及后續(xù)車間生產(chǎn)裝置的正常運行，要求進槽鹽水中的NaClO3濃度指標維持在≤10g/L。但A、B線2臺氯酸鹽分解槽投用后分解率較差，單臺鹽水流量15 m3/h，鹽水溫度90℃，加酸60 L/h，取樣分析后發(fā)現(xiàn)，進口淡鹽水中NaClO3的含量與出口含量變化不大。2011年7月，對氯酸鹽分解槽參數(shù)進行調(diào)節(jié)，提高進電解槽高純酸的流量。在其他相同下，一般地，酸過量越多，分解率越高，理論上15 m3/h鹽水含氯酸鹽15 g/L需要加酸1.3 m3/h才能完全分解，考慮到設備腐蝕等情況，保持氯酸鹽分解率約為百分之八十，加酸1 m3/h，查相關資料氯酸鹽分解溫度為95℃為最佳。

2012年1月B線鹽水中氯酸鹽的含量情況見圖7。

通過以上數(shù)據(jù)可以看出通過調(diào)整氯酸鹽分解槽參數(shù)，鹽水中氯酸鹽含量均保持較低，有利于堿品質(zhì)量。

總之，鹽水中保持較低的氯酸鹽含量，有利于堿質(zhì)量，但當膜運行至后期，電效為90%左右，鹽水中含氯酸鹽已不是堿中含氯酸鹽的主要影響因素，膜的輸水率及反向滲透增加，膜的性能下降、副反應增，多造成堿中含鹽、氯酸鹽量增加。

1.4 提升電流負荷對離子膜電解裝置的影響

電流負荷的提升有利于堿品質(zhì)量，堿中含ClO-3、Cl-受電極的影響將減少。以B線為例，2011年11月，本裝置電解槽負荷，由11.34 kA提升至11.8 kA。電效及電耗的變化情況分別見圖8、圖9。

由圖8、圖9看出，電解槽電流負荷從11.34 kA升至11.8 kA，電效方面沒有明顯變化，基本穩(wěn)定為93.3%、93.6%。電耗上漲30～65 kW·h/t堿。本裝置現(xiàn)已提升負荷至12.7 kA。

總之，NBH-2.7型高電密自然循環(huán)離子膜電解槽的運行電流在12.0～13.0 kA有良好的長期運行記錄。不提倡運行電流長期過高或過低。運行電流過高，對鹽水質(zhì)量的要求也相應提高，對整套系統(tǒng)控制水平的要求也就更高，而且運行電耗上漲成本增加。而當運行電流較低時，裝置的能力不能充分發(fā)揮，也同樣影響經(jīng)濟效益。更重要的是，由于NBH-2.7型高電密自然循環(huán)離子膜電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)部自然循環(huán)的特性。其循環(huán)動力來源于電解時氣體形成的自身“氣舉”動力與特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)合。此內(nèi)部自然循環(huán)動力在正常運行時，可以在電解室內(nèi)依托特殊的循環(huán)通道形成完美的循環(huán)狀態(tài)，而在過低電流運行時，電解室內(nèi)的氣體生成量較少、“氣舉”循環(huán)動力低、膜表面電解質(zhì)流動速度減小、氣液分布均勻程度下降，有可能造成電解室內(nèi)各部位氣液分布不均、鹽水或堿液濃度差異，造成離子膜受損等不利后果。

2 結(jié)語

保證裝置安全平穩(wěn)運行有利于實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。但要注意由此而產(chǎn)生的對裝置不安全因素，例如在實現(xiàn)裝置廢水零排放過程中，化鹽水中碘離子的超標，碘離子無法在鹽水精制過程中除去，會與其他金屬離子形成高碘酸鹽沉積在離子膜內(nèi)，使電流效率急劇下降，而槽電壓并不出現(xiàn)明顯變化。