離子膜電解槽電壓的影響因素

邱紫奇，焦銀勝

(航錦錦西氯堿化工有限公司，遼寧 葫蘆島 125001)

離子膜電解工藝是目前市面上生產(chǎn)燒堿的主要工藝，槽電壓是衡量電解槽運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)之一，它的變化直接反映電解槽的運(yùn)行狀況。

1 離子膜使用時(shí)間對(duì)槽電壓的影響

隨著離子膜電解槽運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，單槽加酸量增加，氯氣純度降低，出槽淡鹽水中游離氯、氯酸鹽含量升高,槽溫升高,離子膜表面鼓泡，槽壓也呈上升趨勢(shì)。

表1為相同運(yùn)行負(fù)荷下電解槽更換離子膜前后各項(xiàng)指標(biāo)變化對(duì)比數(shù)據(jù)。

表1 相同運(yùn)行負(fù)荷下電解槽更換離子膜前后各項(xiàng)指標(biāo)變化Table 1 Change in each index of electrolyzers before and after replacement ofion-exchange membrane under the same operating load

通過(guò)表1數(shù)據(jù)可以看出：更換全新離子膜的電解槽其槽壓下降明顯。目前航錦錦西氯堿化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“航錦氯堿”)離子膜更換周期為3～4年，陰、陽(yáng)極電極涂層的壽命一般在8 年，第2次更換離子膜時(shí)就要同步更換陰陽(yáng)極電極網(wǎng)。

2 液堿濃度對(duì)槽電壓的影響

燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在30%～33%。隨著產(chǎn)物燒堿濃度的升高，膜中含水降低，引起膜電壓降升高，槽電壓升高。同時(shí)膜的電阻率、陰極液電阻隨燒堿濃度升高而升高，導(dǎo)致槽電壓升高。

3 兩極間距對(duì)槽電壓的影響

縮小兩極間距離，溶液電壓降隨之降低，槽電壓相應(yīng)降低。針對(duì)因兩級(jí)間距大引起的槽壓升高問(wèn)題，多采用改造膜極距組裝膜極距電解槽的方式來(lái)降低槽壓。膜極距改造是在原有的陰極網(wǎng)上加一層彈性鎳絲網(wǎng)，并在其上增加一層有活性的涂層、光滑的鎳覆蓋網(wǎng)，讓離子膜與電極更完美的貼合，以此來(lái)降低電解液的歐姆電壓，實(shí)現(xiàn)降低電解槽電壓的目的。表2為膜極距改造前后電解槽各項(xiàng)指標(biāo)變化對(duì)比數(shù)據(jù)。

表2 膜極距改造前后電解槽各項(xiàng)指標(biāo)變化Table 2 Change in each index of electrolyzersbefore and after zero gap remodeling

通過(guò)表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：膜極距改造后電解槽槽壓明顯下降。

4 陰、陽(yáng)極液循環(huán)量對(duì)槽電壓的影響

大多數(shù)電解槽內(nèi)部存在氣泡效應(yīng)，對(duì)槽電壓的影響也很明顯。當(dāng)陰極液循環(huán)量降低，電解槽內(nèi)液體夾帶氣泡量增加，附著在離子膜以及電極上的氣泡數(shù)量隨之增加，槽電壓也隨之升高。陰、陽(yáng)極液循環(huán)量過(guò)大會(huì)使離子膜加劇震動(dòng)，縮短膜的使用壽命。因此，循環(huán)量應(yīng)控制在合理范圍。

使用改性處理的膜組裝的膜極距電解槽中，離子膜經(jīng)過(guò)親水處理，氣泡不容易附著，相應(yīng)的氣泡效應(yīng)的影響減少。因此改變陰、陽(yáng)極液循環(huán)量對(duì)膜極距電解槽電壓的影響極小。

5 溫度對(duì)槽電壓的影響

電解溫度和電解液溫度均對(duì)槽壓有影響。槽溫升高，膜的孔隙增大，膜導(dǎo)電度增加，槽電壓降低；同時(shí)電解液的電導(dǎo)度提高，溶液電壓降降低。總體來(lái)看，隨著槽溫升高，槽電壓呈下降趨勢(shì)。根據(jù)近幾年電解運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，槽溫每增減1 ℃，離子膜的折標(biāo)直流電耗相應(yīng)減增6 kW·h/ t。溫度過(guò)高，超過(guò)90 ℃時(shí)，導(dǎo)致汽/水比例增加，電壓也會(huì)升高，加速電極的腐蝕。因此在日常生產(chǎn)中槽溫一般控制在85～90 ℃，不超過(guò)90 ℃。

6 鹽水中雜質(zhì)對(duì)槽電壓的影響

離子膜法制堿技術(shù)中，進(jìn)入電解槽的鹽水質(zhì)量是關(guān)鍵。原鹽中存在大量的Ca2+、Mg2+等金屬離子，由于離子交換膜具有選擇和透過(guò)溶液中陽(yáng)離子的特性，它能選擇和透過(guò)鹽水中的Na+，其他金屬離子如Ca2+、Mg2+也同樣能透過(guò)，當(dāng)Ca2+、Mg2+等其他金屬陽(yáng)離子透過(guò)離子交換膜與少量的從陰極室反遷移來(lái)的0H-生成氫氧化物沉淀，會(huì)堵塞離子膜的微孔，增加膜電阻，槽電壓升高。

為降低或避免因鹽水中雜質(zhì)對(duì)電解槽壓造成影響，在鹽水進(jìn)入電解槽之前設(shè)置了陶瓷膜工藝對(duì)鹽水進(jìn)行處理，并將精制過(guò)的鹽水通過(guò)螯合樹(shù)脂進(jìn)行進(jìn)一步的離子交換精制，最終滿足要求的鹽水方可上槽參與生產(chǎn)。

7 陽(yáng)極液pH值對(duì)槽電壓的影響

目前航錦氯堿使用的離子膜是由四氟羧酸生成的共聚物，因—COONa的存在使膜具有優(yōu)良的特性，但如果變?yōu)椤狢OOH型，就失去原有的功能。向陽(yáng)極液加酸，控制陽(yáng)極液pH值可以將反滲過(guò)來(lái)的OH-除去。所以，陽(yáng)極液pH值應(yīng)控制超過(guò)2，否則膜內(nèi)部會(huì)因出現(xiàn)水泡而被破環(huán)，使膜電阻升高，槽電壓急劇上升，同時(shí)pH值也不能高于3.0，否則，從陽(yáng)極室反遷移過(guò)來(lái)的OH-不能被完全中和，使陽(yáng)極電流效率降低、氯氣純度降低。日常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中陽(yáng)極液pH值一般控制在2～2.5。

8 開(kāi)、停車次數(shù)對(duì)槽電壓的影響

在日常生產(chǎn)中受各種因素影響，停車在所難免。開(kāi)停車過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)因操作不熟練導(dǎo)致壓差控制不穩(wěn)，造成膜振動(dòng)使膜出現(xiàn)破損，引起槽電壓升高。所以在日常生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理，最大程度減少因巡檢不到位引起的停車次數(shù)，必須停車時(shí)，嚴(yán)格控制各項(xiàng)指標(biāo)，避免電解槽出現(xiàn)異常情況。

9 結(jié)語(yǔ)

在日常生產(chǎn)中除定期對(duì)電解槽進(jìn)行換膜、重涂等檢修處理外，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，有效提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，加強(qiáng)對(duì)工藝指標(biāo)的控制，保證電解槽高效、安全穩(wěn)定運(yùn)行。