國(guó)產(chǎn)離子膜DF988在DD350電解槽上的應(yīng)用

張佳興，齊長(zhǎng)亮，董文虎，孫廣軍，孫玉堂，陳光強(qiáng)

（營(yíng)創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司 遼寧營(yíng)口 115003）

在營(yíng)創(chuàng)三征試用國(guó)產(chǎn)離子膜之前，國(guó)產(chǎn)離子膜已在5家氯堿工廠開(kāi)始了應(yīng)用。營(yíng)創(chuàng)三征及這前應(yīng)用的單位和槽型見(jiàn)表1。

作為國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的第一代離子膜DF988，其定位特點(diǎn)就是高強(qiáng)度和安全性，若想驗(yàn)證DF988真正具有高強(qiáng)度和高安全性，最好的辦法就是在DD350電解槽上試用，因?yàn)樵撾娊獠垭姌O有效面積3.5 m2，是目前電極面積最大，對(duì)離子膜要求最苛刻的電解槽。東岳集團(tuán)國(guó)產(chǎn)離子膜生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)項(xiàng)目人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察首選營(yíng)創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司作為試用單位，并上報(bào)國(guó)家科技部獲得批準(zhǔn)。

1 DF988離子膜特性

DF988與國(guó)外同類型高強(qiáng)度離子膜物理性能對(duì)比見(jiàn)表2。

從表中可以看出，國(guó)產(chǎn)DF988與國(guó)外同類型膜物理性能相近甚至高于國(guó)外膜。

表1 國(guó)產(chǎn)DF988在營(yíng)創(chuàng)三征及之前應(yīng)用單位和槽型統(tǒng)計(jì)

表2 DF988與國(guó)外同類型高強(qiáng)度離子膜物理性能對(duì)比

與國(guó)外同類型高強(qiáng)度膜一樣，DF988是無(wú)犧牲芯材的離子膜，為了發(fā)揮羧酸樹(shù)脂和磺酸樹(shù)脂各自優(yōu)勢(shì)，DF988同樣用較厚的磺酸層/PTFE 網(wǎng)布/較薄的羧酸層復(fù)合而成，這樣才能保證在較高的電流效率前提下，膜電阻最小。當(dāng)然，為了降低氣泡效應(yīng)對(duì)槽電壓的影響，性能卓越的親水涂層也用來(lái)改善膜表面。

DF988采用了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利技術(shù)，全氟磺酸層和全氟羧酸層之間形成無(wú)界面融合狀態(tài)，與國(guó)外膜相比，DF988大大提高了2層之間結(jié)合的牢固度，具有更優(yōu)良的抗起泡能力，同時(shí)，通過(guò)層間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和樹(shù)脂匹配，賦予離子膜突出的對(duì)鹽水雜質(zhì)耐受性。

2 DD350氯堿裝置特性

該公司迪諾拉DD350氯堿裝置燒堿生產(chǎn)能力20 000 t/a，共有5臺(tái)電解槽組成，其DD350型電解槽技術(shù)特性如下。

電解槽形式： 復(fù)極，純自然循環(huán)

極間距：0（膜極距）

有效電極面積：3.5 m2

單元槽數(shù)量：30

設(shè)計(jì)負(fù)載：11.7 kA

電流密度：3.35 kA/m2

最大電流運(yùn)行：13 kA

最大電流密度：3.71 kA/m2

原設(shè)計(jì)離子膜選型：N966

離子膜尺寸：1 310×3 000 mm

DD350電解槽的獨(dú)特的性能，也必然對(duì)配套離子膜有著極度苛刻的要求：

（1）在所有的電解槽中，DD350是有效電極面積最大的槽型，也必然對(duì)離子膜強(qiáng)度要求最高，原裝置專利商意大利迪諾拉轉(zhuǎn)讓當(dāng)初明確指定，唯一滿足配套強(qiáng)度要求離子膜是杜邦N966。

（2）由于DD350電極面積大，陰、陽(yáng)極液體又采用純自然循環(huán)，不能保證整個(gè)膜面的電解液濃度分布均勻性，因此，對(duì)離子膜抗氣泡能力有極高的要求，而DF988采用自主專利技術(shù)，使磺酸層與羧酸層形成無(wú)界面融合狀態(tài)，理論上應(yīng)有更強(qiáng)的抗起泡能力。

（3）循環(huán)液分布不均，能引起局部的氣泡效應(yīng)增強(qiáng)，DF988采用卓越的親水性涂層，以降低氣泡效應(yīng)對(duì)槽電壓的影響就顯得十分的重要。

由此可見(jiàn)，DD350電解槽對(duì)離子膜的特殊要求，DF988的設(shè)計(jì)者都被重點(diǎn)考慮和給出很好的解決方案。

3 運(yùn)行情況

營(yíng)創(chuàng)三征（營(yíng)口）精細(xì)化工有限公司現(xiàn)有兩套電解裝置，其中，年產(chǎn)4萬(wàn)t燒堿裝置采用3臺(tái)藍(lán)星北化機(jī)ZMBCH-2.7型電解槽，為自然循環(huán)復(fù)極式電解槽。另一套裝置就是年產(chǎn)2萬(wàn)t燒堿，5臺(tái)DD350電解槽，為零極距復(fù)極式電解槽自然循環(huán)工藝。該套裝置已運(yùn)行18年，裝置配有實(shí)時(shí)在線單元槽電壓檢測(cè)和離子膜泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)離子膜的試用數(shù)據(jù)采集十分有利。

2012年1月20日，該公司DD350裝置的變壓器因局部絕緣老化燒壞，新做1臺(tái)變壓器周期需要至少50天，于是用這次更換變壓器，電解槽停車檢修時(shí)機(jī)，安裝國(guó)產(chǎn)DF988膜試用，同期也將B、C 槽整臺(tái)更換了進(jìn)口新膜。

2012年3月9日上午，電解送直流電，開(kāi)車一次成功。經(jīng)過(guò)72 h 運(yùn)行考核，國(guó)產(chǎn)DF988和進(jìn)口膜性能都能達(dá)到都達(dá)到設(shè)計(jì)保證值95%以上，DF988和進(jìn)口膜電流效率均保證在95%以上，裝DF988膜E 槽比裝進(jìn)口膜的B、C 槽單元槽電壓低約20 mV。

DF988運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)表明DF988與進(jìn)口膜保持穩(wěn)定一致電流效率，運(yùn)行電流效率對(duì)比見(jiàn)圖1。

運(yùn)行14個(gè)月統(tǒng)計(jì)裝DF988膜的電解槽與裝進(jìn)口膜電解槽的單元槽電壓比見(jiàn)圖2。

安裝DF988膜和同期進(jìn)口膜運(yùn)行已14個(gè)月，期間停車4次，非計(jì)劃停車2次，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)離子膜有明顯的影響。

有2張DF988膜，運(yùn)行10個(gè)月，電壓在線監(jiān)測(cè)表現(xiàn)異常，檢修時(shí)下線，檢查發(fā)現(xiàn)分別有大約15 mm、20 mm 的裂口，分析認(rèn)為，可能2張膜在裁剪或安裝過(guò)程產(chǎn)生過(guò)折傷，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行逐漸變成裂口。該公司采用進(jìn)口膜補(bǔ)丁，嘗試了補(bǔ)膜。DF988膜修補(bǔ)效果和以往進(jìn)口膜沒(méi)有什么區(qū)別，準(zhǔn)備重新裝槽，征求國(guó)產(chǎn)膜生產(chǎn)企業(yè)的意見(jiàn)，認(rèn)為沒(méi)經(jīng)過(guò)檢測(cè)，僅憑經(jīng)驗(yàn)感覺(jué)就直接使用存在一定風(fēng)險(xiǎn)，有必要先經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，再考慮裝槽，于是2張膜發(fā)回東岳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

表3 DF988運(yùn)行數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

DF988作為高強(qiáng)度離子膜研發(fā)，其檢測(cè)指標(biāo)已達(dá)到和部分指標(biāo)已超過(guò)國(guó)外同類型膜水平。在DD350電解槽上的應(yīng)用運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：

（1）在具有最大電極面積電解槽的情況來(lái)看，屬于的高強(qiáng)度膜。從強(qiáng)度性能看，DF988膜將能滿足當(dāng)前所有電解槽對(duì)離子膜的強(qiáng)度要求。

（2）在最大電極面積，純自然循環(huán)淡鹽水濃度分布不均的電解槽表現(xiàn)優(yōu)良出的抗起泡能力，將能滿足其他槽型對(duì)離子膜抗起泡性能的要求。

（3）DF988比國(guó)外同類型離子膜具有較低的膜電阻。

（4）DF988電流效率與國(guó)外進(jìn)口同類型膜保持同等水平。

（5）親水涂層有利于降低槽電壓，如果DF988在有極距槽型應(yīng)用，為了降低氣泡效應(yīng)的影響，親水涂層更是不可或缺的。

（6）DF988作為無(wú)犧牲芯材離子膜，建議在電流密度≤4.5 kA/m2的電解槽上使用。對(duì)于運(yùn)行電流密度大于4.5 kA/m2的電解槽，應(yīng)該考慮選用國(guó)產(chǎn)有犧牲芯材的離子膜DF2801。

（7）DF988膜與國(guó)外膜應(yīng)該同樣具有針孔和小的裂口的可修補(bǔ)性，希望東岳方面盡快進(jìn)行國(guó)產(chǎn)膜的修補(bǔ)相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)和修補(bǔ)方法的進(jìn)一步研究。同時(shí)，也能配套提供專用的膜補(bǔ)丁。

［1］張文雷.氯堿行業(yè)2012年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及2013年走勢(shì)展望.中國(guó)氯堿，2012，（2）：1－3.

［2］于昌國(guó)，王 婧，王學(xué)軍，張 恒，張永明.萬(wàn)噸級(jí)國(guó)產(chǎn)離子膜示范裝置運(yùn)行情況.氯堿工業(yè)，2012，48（11）：17－19.

［3］高自宏，王學(xué)軍，張恒，張永明.氯堿用國(guó)產(chǎn)離子膜研發(fā)及應(yīng)用.氯堿工業(yè)，2010，46（10）：11－16.

［4］楊振偉，崔曉兵.國(guó)產(chǎn)離子膜DF988的應(yīng)用.中國(guó)氯堿，2011，（8）：11－13.

［5］王學(xué)軍，于昌國(guó)，王 婧，張永明，張恒.國(guó)產(chǎn)氯堿離子膜的應(yīng)用與研究進(jìn)展.中國(guó)氯堿，2012，（6）：1－4.

［6］楊振偉，崔曉兵.國(guó)產(chǎn)氯堿離子膜最新應(yīng)用情況.中國(guó)氯堿，2012，（11）：7－10.

［7］方 度，楊維驛.全氟離子交換膜－制法、性能和應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，1993，6.