8萬t/a燒堿裝置電解槽節(jié)能改造總結(jié)

竇素芹，王永杰，劉紅彬

（滄州聚隆化工有限公司，河北 滄州 050018）

1 電解槽及離子膜情況介紹

滄州聚隆化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱“聚隆化工”）8萬t/a離子膜燒堿裝置于2003年3月引進(jìn)氯工程自然循環(huán)電解槽，共8臺(tái)，每臺(tái)生產(chǎn)能力1萬t/a。于2009年11月投產(chǎn)。2014年9月，因市場(chǎng)原因停車，期間對(duì)離子膜及電解槽做了在線保護(hù)。2016年7月，裝置恢復(fù)生產(chǎn)。2017年3月底，裝置重新開車，電解槽和離子膜是燒堿裝置的核心設(shè)備，氯工程對(duì)陰陽極涂層的壽命保證是6年。至2017年，電解槽在線運(yùn)行8年（停車在線保護(hù)2年）。電解槽離子膜使用的是杜邦N2030WX型，杜邦膜經(jīng)濟(jì)使用壽命保障值為3年。自2009年原始開車以來，離子膜已經(jīng)于2012開始分兩次更換，目前使用的離子膜已經(jīng)在線運(yùn)行超過5年（其中停車在線保護(hù)2年），進(jìn)入第二次膜更換周期。

開車后由于電解槽在線運(yùn)行時(shí)間較長且能耗較高，與新上裝置相比更是存在較大差距，經(jīng)多次試驗(yàn)換膜降耗仍不能解決問題，為此，需要對(duì)電解槽進(jìn)行技術(shù)改造并同時(shí)對(duì)運(yùn)行老化的離子膜進(jìn)行更換，使電解槽恢復(fù)低電壓高效率運(yùn)行。

2 電解槽運(yùn)行基本性能參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)

（1）基本性能參數(shù)

電解槽數(shù):8臺(tái)（編號(hào)分別為 1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#）；單元數(shù):64 片；單臺(tái)槽生產(chǎn)能力:1 萬t/a；膜有效面積:3.276 m2；運(yùn)行電流:4.2 kA/h。

（2）電解槽運(yùn)行主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 電解槽運(yùn)行主要技術(shù)指標(biāo)

3 電解槽及離子膜運(yùn)行狀況

2017年3月底開車以來，由于電解槽及離子膜在線運(yùn)行均超過了制造商的保證期，生產(chǎn)中出現(xiàn)了以下問題:

（1）槽電壓持續(xù)普遍升高300 mV以上，造成噸堿耗電升高，運(yùn)行成本增加，即使換新膜槽電壓依然較高；（2）產(chǎn)品質(zhì)量降低（僅能基本上滿足客戶需求）；（3）電解槽產(chǎn)生的副反應(yīng)加劇，氯酸鹽分解運(yùn)行費(fèi)用增加，對(duì)設(shè)備的腐蝕更加嚴(yán)重；（4）出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象，負(fù)荷提滿后單元槽及膜的更換頻次增加，目前已無備用槽可用；（5）現(xiàn)用離子交換膜為2013年更換，在線使用加上停車時(shí)在線保存已經(jīng)超過5年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了杜邦公司要求的使用年限。膜的強(qiáng)度大幅降低，形成了很多針孔，既造成經(jīng)濟(jì)效益損失也存在著較大的安全隱患。

4 進(jìn)行電解槽技術(shù)改造和更換離子交換膜的必要性

為徹底解決電解槽存在的槽電壓升高、產(chǎn)品質(zhì)量下降、副反應(yīng)加劇造成對(duì)設(shè)備的腐蝕、出現(xiàn)泄漏等問題，急需對(duì)電解槽進(jìn)行改造。

（1）滿足能耗要求。按照國家能耗標(biāo)準(zhǔn)，離子膜燒堿裝置準(zhǔn)入值為12個(gè)月≤350 kgce/t，24個(gè)月≤360 kgce/t，36個(gè)月≤370 kgce/t。目前聚隆化工離子膜燒堿裝置綜合能耗為353 kgce/t，略高于12個(gè)月準(zhǔn)入值標(biāo)準(zhǔn)，主要因電耗較高所致。通過改造，可以大幅降低電耗，使綜合能耗低于350 kgce/t，確保達(dá)到國家能耗裝置準(zhǔn)入值要求。

（2）提升產(chǎn)品成本競(jìng)爭(zhēng)力需要。目前燒堿行業(yè)先進(jìn)企業(yè)離子膜燒堿裝置（進(jìn)行零極距改造的）噸堿電耗在2 100 kW·h左右，該公司噸堿電耗為2 296 kW·h，差距明顯，成本不具競(jìng)爭(zhēng)力，改造后噸堿電耗將達(dá)到2 130 kW·h，將接近先進(jìn)企業(yè)水平。

（3）該公司電解槽離子交換膜從投入至今已長達(dá)5年之久，存在系統(tǒng)壓力波動(dòng)造成膜撕裂，從而導(dǎo)致重大爆炸事故的安全隱患問題。

因此，為徹底解決當(dāng)前電解槽運(yùn)行存在問題，提高電解槽效率，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，需要對(duì)離子膜電解槽全部進(jìn)行膜極距的改造，同時(shí)進(jìn)行離子膜第二次更換。

5 具體改造方案

為降低裝置電能消耗，該公司以降低槽電壓為導(dǎo)向，結(jié)合行業(yè)調(diào)研，2013年，對(duì)電解槽實(shí)施了改造升級(jí)試驗(yàn)，先期拿出15片單元槽分3組與3個(gè)加工單位進(jìn)行技術(shù)合作對(duì)電解槽進(jìn)行零極距改造，為電解槽改造獲取了基本對(duì)比數(shù)據(jù)，并確定了最優(yōu)合作商。結(jié)合先期改造合作試驗(yàn)結(jié)果，2017年形成了成熟的電解槽改造方案:陽極密封面更換為鈦鈀合金、陽極網(wǎng)更換、陰極膜極距改造。

5.1 陽極改造

根據(jù)電解槽陽極網(wǎng)的實(shí)際情況，如果使用舊基材，在拆除和安裝過程中必定會(huì)出現(xiàn)破損，進(jìn)行重新焊接修補(bǔ)，平整度很難找平，使用過程中會(huì)造成離子膜破損，縮短離子膜使用壽命，因此只能更換新的陽極網(wǎng)。將原來的陽極密封面去除，更換新的鈦鈀材質(zhì)密封面。

5.2 陰極膜極距改造

通過改造陰極，將現(xiàn)有電極間距由2～5 mm縮小到幾乎為零，有效地降低了電極間的極間距阻抗，從而達(dá)到降低電解電耗的目的。原有陰極面網(wǎng)不動(dòng)在之上敷設(shè)彈性網(wǎng)，彈性網(wǎng)之外再包覆新陰極面網(wǎng)，新陰極面網(wǎng)固定在原陰極網(wǎng)上。這樣通過彈性網(wǎng)的支撐，陽極網(wǎng)、離子膜、陰極網(wǎng)柔性貼合，實(shí)現(xiàn)膜極距。

5.3 具體實(shí)施方案

為了最大程度地降低對(duì)生產(chǎn)的影響，采取了電解槽改造與換膜同時(shí)進(jìn)行的實(shí)施方案。通過精心組織，認(rèn)真研究，多方調(diào)研，綜合考慮合作廠家加工能力、年度檢修、市場(chǎng)及平穩(wěn)用電等因素，自2018年5月開始對(duì)電解槽逐臺(tái)進(jìn)行改造，10月全部完成技改。從運(yùn)行效果看，實(shí)現(xiàn)了噸堿耗電降低160 kW·h以上，燒堿產(chǎn)量提高5%，達(dá)到了預(yù)期效果。電解槽改造后技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 電解槽改造后技術(shù)指標(biāo)

6 結(jié)語

2018年該公司全部完成電解槽改造，全年影響離子膜堿產(chǎn)量較正常年份降低4 500 t，由于改造后實(shí)現(xiàn)了電耗下降，基本抵消了產(chǎn)量降低對(duì)效益的影響，綜合考慮全年效益與改造前基本持平。改造后平均槽電壓小于等于2.95 V，預(yù)計(jì)可降低電耗約170 kW·h/t燒堿，電流效率提高5%左右，年可增加燒堿產(chǎn)量4 000 t，裝置經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到預(yù)期。