離子膜法電解槽洗膜情況

張永國，鄭德興，王文峰

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 壽光 262700)

【電解】

離子膜法電解槽洗膜情況

張永國*，鄭德興，王文峰

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 壽光 262700)

離子交換膜；電解槽；洗膜；電解槽電壓

對槽電壓高的電解槽進(jìn)行洗膜處理，有效去除沉積在離子膜及極網(wǎng)表面的雜質(zhì)，電解槽電壓得到不同程度的降低。經(jīng)計算，第1次洗膜后每月可增加利潤301 600元；第2次洗膜后每月增加利潤362 928元。介紹了該洗膜方法。

1 裝置概況

山東新龍集團(tuán)有限公司(以下簡稱“山東新龍”)2010—2012年分2期全面淘汰隔膜法電解生產(chǎn)裝置，全套引進(jìn)了英國INEOS公司的BICHLO電解槽，同時通過對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，實現(xiàn)了真正意義上的離子膜法燒堿生產(chǎn)。目前離子膜法燒堿生產(chǎn)能力為20萬t/a，共有8臺電解槽，采用的是杜邦N2030和旭硝子F8020SP兩種型號離子膜。投運(yùn)后第1、2期裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各項控制參數(shù)均達(dá)到考核要求和預(yù)定目標(biāo)。

隨著電解槽裝置運(yùn)行時間的延長，日積月累沉積在離子膜上的雜質(zhì)越來越多，槽電壓及噸堿直流電單耗也隨之逐步攀升，增加了裝置運(yùn)行成本。為了盡可能地降低電解槽的直流電單耗，山東新龍在優(yōu)化操作條件的同時，努力尋找降低電解槽電壓的方法。通過多次與兄弟單位交流探討，認(rèn)為及時對槽電壓高的電解槽進(jìn)行洗膜處理，不僅能有效地去除沉積在離子膜表面的雜質(zhì)，而且可以降低電解槽電壓，使運(yùn)行成本得到不同程度的降低。

2 洗膜方法

山東新龍通過多次洗槽實踐操作并對洗槽數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，總結(jié)歸納出一套相對較好的洗槽方法，僅供大家參考。

(1)盡可能借用生產(chǎn)總負(fù)荷有減降需求的時機(jī)進(jìn)行合理調(diào)配后，按正常停車步驟對槽壓高的電解槽輪流進(jìn)行停槽洗膜處理。

(2)電解槽停電完畢，對陽極側(cè)出液置換完游離氯后，退出極化電流，調(diào)溫控制電解槽陰陽極循環(huán)洗液溫度在60 ℃左右。

(3)在調(diào)溫的過程中，陽極側(cè)加脫鹽水(純水)，將入槽精鹽水質(zhì)量濃度稀釋到(220±10) g/L[1]；陰極側(cè)保持新鮮的32%堿液循環(huán)。

(4)調(diào)好濃度和溫度后，適當(dāng)增大進(jìn)槽循環(huán)液流量，到30～35 m3/h。

(5)如果時間允許，盡量延長洗膜時間，保持在15～20 h最好。

(6)不建議對所有離子膜整體運(yùn)行時間較長且膜性能狀況明顯較差的電解槽洗膜；若某一臺或某幾臺單元槽離子膜性能狀況不好，可在整臺電解槽洗膜完成后，單獨(dú)更換這些離子膜。

3 洗膜數(shù)據(jù)及對比分析

3.1第1次洗槽時的數(shù)據(jù)

針對電解槽投運(yùn)后電解槽電壓逐步上升的現(xiàn)實狀況，山東新龍決定于2013年6月4日對所有8臺電解槽進(jìn)行輪流停槽洗膜處理，并根據(jù)不同電解槽的電壓上漲情況，訂出了此次洗槽的先后順序，依次為4#、2#、3#、1#、6#、5#、8#、7#。同時對各電解槽在不同洗槽時段內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，表1為這次洗膜的全套數(shù)據(jù)。

表1 各電解槽洗膜過程數(shù)據(jù)Table 1 Data of various electrolyzers during membrane cleaning

從表1數(shù)據(jù)可以看出如下特點。

(1)電解槽洗液流量由25 m3/h提升到35 m3/h時，各電解槽電壓開始大幅下降的時間由4.5 h左右縮短到3 h左右，也就是說沉積在離子膜表面的雜質(zhì)被大量洗掉的時間縮短了。

(2)第1期(1#～4#電解槽)膜電壓下降幅度大于第2期膜。2#電解槽后期電壓增長較快，此次洗膜也降得最多；1#電解槽洗膜后電壓下降到了第2期電解槽開車(2012年10月)前該槽洗槽后的電壓值；2#、3#、4#電解槽洗膜后雖然電壓比前一次(第2期電解槽開車前的一次簡單小洗)輪流洗槽后的電壓值高10～20 mV，但整體均有不同程度下降。

(3)3#、4#電解槽洗膜前后電壓都相近，并且均高于1#。5#～8#電解槽規(guī)律也相同，證明洗膜時間都在15 h左右的情況下，第1期各電解槽沖洗下來的雜質(zhì)數(shù)量相近，第2期各電解槽沖洗下來的雜質(zhì)數(shù)量也相近；同時能看出第1期電解槽因運(yùn)行時間長于第2期電解槽，故沖洗下來的雜質(zhì)較多，洗膜后電壓下降值明顯多于第2期電解槽下降值。

(4)此次洗槽鹽水質(zhì)量濃度控制在210～235 g/L，從表1數(shù)據(jù)比較能夠看出濃度在這個范圍內(nèi)波動未對電解槽及離子膜性能造成太大的影響；并且各電解槽在洗膜后再次開車時從電壓上升速度及陽極變色情況來看，此次洗槽對膜性能的影響暫時也沒體現(xiàn)出來。

(5)另外，通過對洗槽時出槽堿液進(jìn)行取樣分析，并與洗槽前后出槽堿液作對比(如表2)，看出洗膜時出槽堿中Fe3+、Al3+、Si4+、Mn4+等離子含量偏高，而其他離子前后變化不大，可見電解槽電壓的升高與這些離子在膜陰極側(cè)的大量富集有直接的關(guān)系[2]。

3.2第2次洗槽時的數(shù)據(jù)

2014年1月1日第2次洗槽數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 2#、3#電解槽洗槽前后堿液離子檢測Table 2 Detected ion in alkali liquor flowing out of electrolyzers 2# and 3# before and after cleaning 10-9

表3 2014年1月1日第2次洗槽數(shù)據(jù)(5#槽未洗膜)Table 3 Data of secondly cleaning electrolyzers on January 1st,2014 (membrane of electrolyzers 5# is not cleaned)

從表3可以看出如下特征。

(1)此次洗膜第1期電解槽電壓下降幅度同樣大于第2期電解槽。

(2)2#電解槽入槽鹽水過濾器因之前誤用鎳網(wǎng)濾芯，電解槽加酸時被腐蝕，致使電壓增長較多[3]。此次洗膜后下降幅度也較大，但仍比上次洗槽后電壓高40 mV。

(3)此次洗膜第1期電解槽總體比2013年6月4日(1#～4#電解槽電流均為15 kA，5#～8#電解槽電流均為15.5 kA)洗膜后電壓高16～20 mV，第2期電解槽總體比2013年6月4日洗膜后電壓高0～20 mV(電流高1 kA，槽電壓大約上升35 mV)，這說明隨著運(yùn)行時間的增加，部分不溶性雜質(zhì)已在離子膜內(nèi)部聚集，在洗槽過程中不能洗下來，且離子膜本身性能逐漸下降，導(dǎo)致電解槽電壓逐步升高。

各電解槽洗膜重新開車送電后，從電壓上升速度及變色情況來看，僅1#電解槽14#單元槽開車送電過程中因不明原因離子膜出現(xiàn)針孔，致使陽極出料管變色略晚以外，其他電解槽電壓及出料管變色均比較正常。

山東新龍某電解槽洗膜時的曲線走勢圖如圖1所示。

圖1 某電解槽洗膜時的曲線走勢圖Fig.1 Trend curve of an electrolyzer during membrane cleaning

4 洗膜后電解槽電壓上升的特殊情況

電解槽洗膜后，在既定電流狀況下，電解槽電壓應(yīng)呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢。但2014年1月1日洗膜后，各電解槽電壓增長較快，幅度較大，幾天時間就增長了10 mV，甚至更多(見表4、圖2～圖5)。

原因分析：電解槽洗膜過程中，按要求通過堿液冷板式換熱器對進(jìn)槽循環(huán)堿液進(jìn)行調(diào)溫，因該板式換熱器發(fā)生板片內(nèi)漏，致使水質(zhì)較差的少量工業(yè)循環(huán)水持續(xù)返滲入槽循環(huán)堿液中造成電解槽總體電壓上升(1月8日隔離該板式換熱器進(jìn)行內(nèi)漏檢查，確認(rèn)該事實)。事后停用該板式換熱器向電解槽供堿后，電解槽電壓基本穩(wěn)定不再上升。對此，須要提醒的是：電解槽在洗膜或正常運(yùn)行的過程中，務(wù)必保證進(jìn)電解槽的堿液、鹽水供液質(zhì)量，確保不被污染；否則，電解槽電壓會持續(xù)甚至大幅上升，造成電解槽及離子膜受到影響或帶來損傷。該板式換熱器此次泄漏導(dǎo)致電解槽電壓總體上升10～15 mV。

表4 2014年1月1日洗槽后各槽電壓數(shù)據(jù)變化Table 4 Cell voltage change on January 1rst,2014 of various electrolyzers after they are cleaned V

圖2 2014年1月1日洗槽后1#、2#槽電壓變化曲線Fig.2 Curve of cell voltage change on January 1st,2014 of electrolyzers 1# and 2# after they are cleaned

圖3 2014年1月1日洗槽后3#、4#槽電壓變化曲線Fig.3 Curve of cell voltage change on January 1st,2014 of electrolyzers 3# and 4# after they are cleaned

圖4 2014年1月1日洗槽后5#、6#槽電壓變化曲線Fig.4 Curve of cell voltage change on January 1st,2014 of electrolyzers 5# and 6# after they are cleaned

圖5 2014年1月1日洗槽后7#槽電壓變化曲線Fig.5 Curve of cell voltage change on January 1st,2014 of electrolyzers 7# and 8# after they are cleaned

5 洗膜后經(jīng)濟(jì)效益分析

利用直流電單耗計算公式，可以直接計算出每次洗膜后每生產(chǎn)1 t燒堿(折100%)直流電單耗下降值。

直流電單耗計算公式：

W=U×1 000÷1.492÷η[4]，

式中：W為直流電，kW·h/t；U為槽電壓，V；η為電流效率，%。

此外，電流效率按94%、電費(fèi)按照0.5元/(kW·h)計算，單期電解槽每月生產(chǎn)8 000 t(折100%)燒堿計算。

第1次洗膜后相關(guān)計算數(shù)據(jù)如下。

第1期電解槽平均下降70.25 mV，則每月增加利潤：

70.25÷1.492÷94%×0.5×8 000≈

200 000(元)。

第2期電解槽平均下降35.7 mV，則每月增加利潤：

35.7÷1.492÷94%×0.5×8 000≈

101 600(元)。

即第1次洗槽后每月增加的利潤約為：

200 000+101 600=301 600(元)。

第2次洗膜后相關(guān)計算數(shù)據(jù)如下。

第1期電解槽平均下降89.25 mV，則每月增加利潤：

89.25÷1.492÷94%×0.5×8 000=

254 549(元)。

第2期電解槽平均下降38 mV，則每月增加利潤：

38÷1.492÷94%×0.5×8 000=

108 379(元)。

即第2次洗膜后每月增加利潤約：

254 549+108 379=362 928(元)。

從以上數(shù)據(jù)可以看出：每次洗槽后電壓下降創(chuàng)造的利潤是非?？捎^的。

6 結(jié)語

山東新龍按該洗膜方法經(jīng)過多次洗槽，到目前為止，各電解槽運(yùn)行比較穩(wěn)定，沒有表現(xiàn)出不良狀況。同時因各單位電解槽運(yùn)行狀況不同，洗槽時應(yīng)從電解槽自身及實際運(yùn)行情況出發(fā)，通過實踐摸索出適合自己企業(yè)的洗槽方法，選擇合適的洗槽時機(jī)、頻率以及時間，可有效降低電解槽直流電單耗，從而得到更好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 程殿彬，陳伯森，施孝奎.離子膜法制堿生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：97.

[2] 劉立初.鹽水中的雜質(zhì)對離子膜的影響[J].氯堿工業(yè)，2007(7)：12-15.

[3] 張國華.最新離子膜燒堿工藝技術(shù)疑難解答與職工職業(yè)操作[J].企業(yè)安全生產(chǎn)，2010(5)：54.

[4] 程殿彬，陳伯森，施孝奎，等. 離子膜法制堿生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：38.

[編輯：蔡春艷]

Analysisofmembranecleaninginion-exchangemembraneelectrolyzers

ZHANGYongguo,ZHENGDexing,WANGWenfeng

( Shandong Xinlong Group Co.,Ltd.，Shouguang 262700，China)

ion-exchange membrane；electrolyzer；ion-exchange membrane cleaning；electrolyzer voltage

Membrane cleaning was performed on electrolyzers with high voltage. The cleaning effectively removed impurities deposited on the ion-exchange membrane and on the surface of electrode net,decreasing the voltage of the electrolyzers to different extent. The monthly profit increase resulted from the cleaning was calculated to be 301 600 Yuan for the first cleaning,and 362 928 Yuan for the second cleaning. The membrane cleaning method was introduced.

TQ114.262

B

1008-133X(2017)07-0005-05

*

張永國(1980—)，男，助理工程師，現(xiàn)任山東新龍集團(tuán)氯堿公司堿車間主任，一直從事隔膜法及離子膜法燒堿的生產(chǎn)與管理。

2017-01-11