離子膜電解槽電耗成本降低措施的探討

劉宏,龐智強

(新疆華泰重化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

離子膜燒堿電耗占噸堿成本的60%～65%，電耗主要由工藝用電和供電系統(tǒng)的損耗兩部分組成，供電系統(tǒng)的損耗一般占總電耗的5%左右。因此，做好電解工藝的節(jié)能降耗工作，降低堿耗交流電，就能有效提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

筆者從以下方面探討了降低離子膜電解電耗費用的措施：提高輸送電能的電壓，提高功率因數(shù)，采用先進的離子膜電解工藝，降低槽電壓，提高電流效率，采用錯峰用電節(jié)約電費，以及加強離子膜電解槽的維護和管理。

1 提高電源電壓，減少電源輸送的電能消耗

由于輸電線路長，須考慮電能的損失。在相同功率下，電壓越高，則電流越小。由P=I2R得知,低電流在輸送電路上的電能損失更少。因此，提高輸送電能的電壓,是減少輸電線路上電能損耗的有效方法。

2 提高功率因數(shù)

提高功率因數(shù)的意義在于提高用電質(zhì)量，提高用電設(shè)備利用率，減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。為保證離子膜燒堿企業(yè)的供電質(zhì)量，減少線路的功率損失，保證供電電壓穩(wěn)定，根據(jù)需要，設(shè)計投用一定數(shù)量的無功補償裝置，保證功率因數(shù)在0.96以上。由于整流需要輸送的功率負荷較高，通過提高功率因數(shù)節(jié)約電能，也有很好的效果。

3 采用先進的離子膜電解工藝

離子膜法電解技術(shù)是當今世界各國燒堿工業(yè)大力發(fā)展的清潔生產(chǎn)技術(shù)，其中又以高電流密度、復極式、膜極距、自然循環(huán)電解槽為最佳。與隔膜法生產(chǎn)燒堿相比，采用離子膜法生產(chǎn)燒堿具有顯著優(yōu)勢，電耗大幅降低，堿濃度提高，燒堿品質(zhì)好，氯氣和氫氣純度高。

膜極距電解槽通過降低電解槽陰極側(cè)溶液電壓降，達到節(jié)能降耗的效果。原有電解槽陰陽極間距為1.8～2.2 mm，溶液電壓降為200 mV左右。膜極距電解槽就是改進陰極側(cè)結(jié)構(gòu)，增加彈性構(gòu)件，使得陰極網(wǎng)貼向陽極網(wǎng)，電極間距為膜的厚度[1]。

膜極距自然循環(huán)離子膜電解槽與普通離子膜電解槽相比，同等電流密度下，膜極距電解槽電壓降低約180 mV，相應(yīng)噸堿電耗下降約127 kW·h。 按照30萬t/a燒堿計算，年節(jié)約用電30×127=3 810(萬kW·h)，有很好的節(jié)電效果。

4 降低槽電壓

槽電壓升高會增加電解槽電耗，影響離子膜槽電壓的因素[2]如下。①膜自身結(jié)構(gòu)。降低膜的羧酸層厚度，有助于降低膜的電壓降，從而降低槽電壓。②電流密度。電流密度升高，槽電壓也逐漸升高。隨著膜結(jié)構(gòu)性能的改變，電壓曲線的斜率會發(fā)生變化，引起膜電壓變化。在槽溫和燒堿濃度基本穩(wěn)定時，較高的電流密度，有利于電流效率的提高。③燒堿濃度。電解槽運行中燒堿濃度的升高，引起膜中含水率降低，膜電壓升高，槽電壓就隨之升高。④兩極間距。電解槽結(jié)構(gòu)的膜極距化就是縮小兩極間距離，溶液電壓降隨之降低，槽電壓相應(yīng)降低。但極距不小于2 mm為好。⑤陰極液循環(huán)量。當陰極液循環(huán)量減少時，液體中氣泡會增加，氣泡在膜上及電極上的附著量增加，引起槽電壓上升。⑥電解液溫度。電解液溫度影響槽電壓。溫度升高，槽電壓下降。但當電解液溫度高于90 ℃時，增加了水的蒸發(fā)量，使槽電壓上升。電解液溫度一般控制在85～90 ℃之間。⑦鹽水中的金屬離子雜質(zhì)。鹽水中鐵、鈣、鎂、鍶、鋇等金屬離子的質(zhì)量濃度達到一定值時，會引起槽電壓升高。⑧電解槽內(nèi)的壓力和壓差。提高電解槽內(nèi)的壓力，槽電壓降低。電解槽正壓差比負壓差對降低槽電壓影響效果大，陰、陽極室壓差一般控制在(2～6) kPa。⑨陽極液的pH值。降低陽極液的pH 值有利于降低槽電壓，陽極液pH值一般控制在2～3之間。⑩離子膜電解槽的開停車。離子膜電解槽開停車時壓差的波動，會引起膜的振動，使膜受損，導致槽電壓上升。

5 提高電流效率

影響電流效率的因素[3]有以下幾個方面。①離子膜的交換容量。離子膜陰極一側(cè)的離子交換容量越小, 電流效率越高。②燒堿濃度。離子膜燒堿濃度升高，會引起槽電壓升高、電流效率下降。③氯化鈉濃度。當離子膜長時間在低氯化鈉濃度下運行, 會造成膜膨脹, 嚴重時導致起泡或脫層分離,使離子膜受損，引起電流效率下降。④電流密度。電流密度在1.5～4.0 kA /m2范圍時，電流效率較穩(wěn)定。運行中應(yīng)保持電流的穩(wěn)定，如果電流出現(xiàn)頻繁的上升或下降，會使單元槽氯中含氧體積分數(shù)、氯中含氫體積分數(shù)升高,甚至升高得很快,引起電流效率下降。⑤鹽水中的雜質(zhì)。當鹽水中鈣、鎂等雜質(zhì)含量增大時, 可以明顯地觀察到電流效率的下降。⑥向陽極液中添加鹽酸。通過中和反應(yīng)，去除反滲透過來的氫氧根離子,可以提高陽極的電流效率。⑦電解液溫度。電解液溫度應(yīng)控制在80～90 ℃。溫度降低，則槽電壓升高，電流效率下降；但電解液溫度高于90 ℃時，水的蒸發(fā)量增加，導致汽水比例增加，槽電壓上升，電流效率下降。

6 采用錯峰用電節(jié)約電費[4]

安排好整流負荷的經(jīng)濟用電時間，合理利用峰谷電價差，適當對整流負荷進行調(diào)整，將部分高峰用電時間的負荷，轉(zhuǎn)移到低谷時段。采用錯峰用電，調(diào)整整流電流負荷時，在相同的燒堿產(chǎn)量下，峰谷分時運行電流差距越大，節(jié)電費用越顯著。峰谷電流負荷的調(diào)整，可以減少企業(yè)的用電費用，進而達到降低離子膜燒堿的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益的目的。電解槽運行電流在一定范圍內(nèi)波動，對電流效率的影響不大，關(guān)鍵是要隨電流負荷的改變，及時調(diào)整與電解槽相關(guān)的工藝控制指標。

7 加強對離子膜電解槽的維護與管理

7.1 加強對離子膜電解槽的維護

(1)漏液會引起單元槽電壓高出平均值。裝離子膜前，電解槽極板一定要平整光滑，不能有一絲毛刺。

(2)陰陽極液出口軟管噴嘴處堵塞，也易引起槽電壓升高，停車時要清理這些噴嘴的堵塞物。

(3)按照電解液溫度指標的上限控制，控制85～90 ℃為好。

(4)在樹脂塔后增設(shè)大容量精鹽水儲罐，為樹脂塔故障時增加緩沖時間。當發(fā)現(xiàn)問題時采取緊急措施，可減少對膜的污染。

(5)嚴禁低電流密度運行。低電流密度下運行，會慢慢損壞離子膜，影響電流效率。

(6)應(yīng)對膜針孔進行確定,盡可能迅速發(fā)現(xiàn)異常、果斷停車,否則膜針孔擴大,極易燒穿網(wǎng)袋和極板。

(7)提高緊急情況的處理能力,延長設(shè)備使用壽命。

(8)減少電解槽的對地絕緣損失。

7.2 加強對離子膜電解槽的管理

離子膜電解槽的管理重點包括以下幾個方面：①做好各類管理人員的分工協(xié)調(diào)工作，保障離子膜電解槽的運行;②建立電解槽的檢修和管理檔案，制定電解槽的完好標準;③建立設(shè)備的定期維護、校檢、檢修制度;④建立生產(chǎn)、工藝消耗、設(shè)備的月度分析制度，發(fā)現(xiàn)問題及時解決;⑤加強職工教育培訓工作，提高職工操作水平和處理異?，F(xiàn)象的能力;⑥積極開展提高裝置運行率、降低生產(chǎn)事故的節(jié)能降耗活動。

8 結(jié)語

通過各項技術(shù)的提高，新疆華泰重化工有限責任公司離子膜燒堿裝置噸堿電耗達到國內(nèi)先進水平。在當前資源緊張的情況下,節(jié)能降耗是企業(yè)降低成本的關(guān)鍵。探討影響電解槽電耗的影響因素，對于離子膜電解槽降低電耗，降低產(chǎn)品成本, 提高電流效率, 增強行業(yè)競爭力具有重要意義。