電解槽改善內(nèi)循環(huán)提高汽液分離的技術(shù)改造

張保莊　趙連文　李偉　李如松

摘要：通過對改善電解槽內(nèi)部陰陽極循環(huán)，提高電解槽氣液分離器效果，從而達到降低電解槽運行槽電壓，降低噸堿電耗，達到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：電解槽;陰陽極;技能;技術(shù)改造

離子膜電槽是電解崗位的主要設(shè)備，它的作用是加入離子膜后，在直流電的作用下生成氯氣、氫氣和液堿。離子膜電槽是電解生產(chǎn)的關(guān)鍵部件，普通離子膜電槽的陽極為鈦網(wǎng)，陰極為不銹鋼網(wǎng)。隨著生產(chǎn)時間的延長，電槽的陰極、陽極表面涂層的受損，槽電壓逐漸上升，電流效率逐漸下降，而且極網(wǎng)對槽壓比較敏感，長期使用陰、陽極網(wǎng)會變形，影響離子膜的使用壽命，而且陰極極網(wǎng)的涂層受損后，不銹鋼腐蝕后的鐵銹會經(jīng)常堵塞管道，不得不停車清理管道。普通離子膜電槽的缺點越來越制約生產(chǎn)的順利進行。氯堿生產(chǎn)越來越需要新型的離子膜電槽，經(jīng)多次討論決定，與江陰宏澤氯堿設(shè)備制造有限公司達成協(xié)議，和我公司對離子膜電槽進行更新改進研究。

一、研發(fā)過程

電解槽的陽極室與陰極室用離子交換膜隔開，二次精制鹽水進入陽極室，陰極室則加入純水。通電時，溶液中各組分分別電解，在電場的作用下，根據(jù)同性相斥、異性相吸原理，陽極室內(nèi)鹽水解離出的鈉離子被陰極吸引，使鈉離子向陰極室一側(cè)遷移，同時膜外陽極液中的鈉離子不斷進入膜內(nèi)補充，從而形成鈉離子的傳輸和遷移。鈉離子進入離子交換膜后，與膜內(nèi)鈉離子交換，由于和膜內(nèi)固定離子，即SO 與COO帶有不同性質(zhì)的電荷，所以產(chǎn)生強烈的吸引作用，因此能透過離子膜。陰極室中HO電離后的H+的吸電子能力比鈉離子強，因此H+在陰極上得到電子，生成氫氣，由于H0中H得到電子破壞了水的電離平衡，形成氫氧根OH，OH與陽極室遷移過來的鈉離子結(jié)合生成NaOH。而在陽極室內(nèi)，由于Cl的放電能力強，所以由Cl在陽極板上放電并產(chǎn)生氯氣。陰極室與陽極室內(nèi)電子交換反應(yīng)式如下：

陽極室：2Cl-2e → Cl↑

陰極室：2HO+2e → H↑+2OH??? Na+ +OH → NaOH

總反應(yīng)式：2NaCl+2HO??? 直流電? Cl ↑+H↑+2NaOH

從本世紀初開始各公司研發(fā)膜極距離子膜電解槽技術(shù)，2010年前后開始大量升級換代、膜極距改造，在降低能耗方面效果明顯，但是由于絕大部分膜極距電槽是在原電槽基礎(chǔ)上將陰極網(wǎng)加彈性網(wǎng)改造而成，加上新電槽改造經(jīng)驗不足，膜極距離子膜電解槽存在以下問題：

①在5.0 kA/m以上電流密度下運行出現(xiàn)較大的喘流現(xiàn)象，對膜的長期使用不利，說明在高電流密度下電槽出液和氣液分離存在缺陷;

②離子膜破損現(xiàn)象多，主要表現(xiàn)在離子膜上部出現(xiàn)針孔或變薄、透明，說明電槽極高、平整度和出液存在缺陷;

③氯氣純度下降較快，含氧升高，電流效率下降，說明膜極距電槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷，網(wǎng)面極高、平整度、出液、氣液分離、內(nèi)部循環(huán)等方面都有可能;

④陰陽極盤連接的復(fù)合條開裂，造成槽體電阻加大和發(fā)熱，是高電密條件下運行的一大隱患。

針對以上問題，我公司和江陰宏澤公司一起合作研發(fā)優(yōu)化改進膜極距離子膜電解槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用多項創(chuàng)新設(shè)計，經(jīng)過不斷摸索、試驗、改進、提高，改善了離子膜電解槽的內(nèi)循環(huán)，提高了離子膜電解槽的氣液分離效果。

有了先進的離子膜單元設(shè)備僅是節(jié)能安全生產(chǎn)的一部分，還要有離子膜電解槽生產(chǎn)的最佳工藝條件，我們根據(jù)摸索調(diào)節(jié)電解槽的溫度、陰陽極流量、離子膜堿的濃度以及陰陽極循環(huán)罐的液位，找到合適最佳的工藝指標，從而達到節(jié)能降耗的最佳狀態(tài)。通過以下幾點實驗，我們找到了更適電解槽運行的工藝指標，達到節(jié)能降耗的目的。

1、在工藝指標范圍內(nèi)，改變槽溫，查看產(chǎn)堿的量和噸堿電耗。

通過改變槽溫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)槽溫控制在87℃時，離子膜電解槽運行最經(jīng)濟，噸堿直流電耗最低。

2、在工藝指標范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)堿濃度，

通過改變出槽堿濃發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出槽堿濃控制在32%時，離子膜電解槽運行最經(jīng)濟，噸堿直流電耗最低。

二、改造前后的技術(shù)對比

1、技術(shù)改造前

在改造前我們電解槽的單槽電耗是相對較高的，大約在2250左右（噸堿電耗）

2、技術(shù)改造后

改造后我們的電流效率上升，電解槽的運行相對穩(wěn)定并且噸堿電耗2106左右。

3、關(guān)鍵技術(shù)

電槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理，更適應(yīng)高電流密度運行，電耗更低，改善了高電流密度運行下的喘流現(xiàn)象，降低結(jié)構(gòu)電壓，改進出口結(jié)構(gòu)，降低泄漏電流，提高單元槽剛性，改進陰極面網(wǎng)安裝方式，以及端框電槽銅排結(jié)構(gòu)等方面進行了創(chuàng)新設(shè)計。

4、創(chuàng)新點

1）、通過優(yōu)化電解槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善了高電流密度運行下的喘流現(xiàn)象，降低結(jié)構(gòu)電壓，改進出口結(jié)構(gòu)，降低泄漏電流，提高單元槽剛性，改進陰極面網(wǎng)安裝方式等方面進行了創(chuàng)新設(shè)計，更適應(yīng)高電流密度運行，及更低的噸堿電耗。

2）、通過優(yōu)化電解槽各項運行指標，找到最佳的指標控制，使得電解槽運行更加經(jīng)濟和安全。

三、研究開發(fā)取得的階段性成效

通過研發(fā)成員的共同攻堅克難、相互協(xié)作，對該項技術(shù)的深入探討與分析，運用現(xiàn)代化的科技手段不斷的進行技術(shù)、工藝優(yōu)化與創(chuàng)新，不斷摸索經(jīng)驗，最終完成了在改善電解槽內(nèi)循環(huán)、提高電解槽氣分離效果，優(yōu)化電解槽工藝運行指標等方面得到了提高，最終達到了即保證了電解槽的節(jié)能效果又安全穩(wěn)定運行的目的。電解直流單耗由2250度（噸堿單耗）降低到了2106度，大大節(jié)約了電耗。