离子膜电解槽直流电耗升高的原因及解决措施
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离子膜和电解槽性能的主要影响因素电解槽, 离子, 影响因素, 性能1离子膜法烧碱装置的技术改造沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)5万t/a离子膜法烧碱生产装置于1995年3月21日正式开车。
在装置运行过程中,对原设计不完善的地方进行了大量改进,取得了一定的成效。
1.1增加第3台树脂塔在装置运行初期,进槽盐水钙离子、镁离子的质量分数之和平均达2.6×10-8,超出了进槽盐水工艺控制指标要求(ω(Ca2++Mg2+)≤2×10-8),这将会缩短离子膜的使用寿命,使槽电压升高,电流效率下降。
通过认真分析二次精制系统,对盐水跟踪取样分析,决定再上1台螯合树脂塔,保证两塔串联运行,另一塔再生,增大离子交换容量,并适当延长再生酸洗、碱洗时间。
改进后,进槽盐水钙离子、镁离子质量分数之和基本可控制在1.5×10-8以内,其他金属离子及盐水中的悬浮物均大幅度减少。
1.2改变氯气盐水换热工艺将氯气盐水换热器改在一次盐水加热器之前,利用氯气的余热,加热一次盐水温度达到57℃,然后根据实际情况控制盐水温度,降低汽耗。
1.3真空装置系统冷却水由工业水改为纯水离子膜真空系统冷却器的作用是冷却真空系统的氯水,以保证真空泵正常运行,保证物理脱氯效果。
原冷却水为工业水,硬度大,易结垢,容易堵塞滤网,导致真空泵停泵检修。
将冷却水改为纯水,减少了真空泵的检修次数。
2影响离子膜运行性能的主要因素2.1盐水质量对离子膜性能的影响(1)盐水中金属离子含量的影响。
过量的钙离子在短期内会导致离子膜电流效率下降(降至85%)和电压上升,长时间会造成离子膜过早失效,其破坏机制是生成的碳酸钙晶体沉淀覆盖在阴极侧膜的羧基聚合物表面,离子膜表面产生凹坑和孔洞。
镁离子含量超标时,槽电压上升严重,但不影响电流效率。
其他金属离子对离子膜的影响机制与钙镁离子相同。
这就要求钙离子、镁离子质量分数之和低于2×10-8,锶离子、钡离子均低于10-6,铁离子低于10-6,镍离子低于10-8,锰离子低于5×10-8。
关于对离子膜电解槽电流效率的讨论作者:刘进来源:《城市建设理论研究》2012年第28期摘要:离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率,最关键的部分就是电解槽的操作问题。
离子膜的使用寿命会受到盐水的影响,因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。
电解槽有着阳离子交换膜,因此,有能透过溶液的特点。
Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况,因此,就会改变反迁徙,电流的效率进一步降低。
所以本文针对离子膜电解槽电流效率进行了以下探讨。
关键词:离子膜;电解槽;电流效率中图分类号:TQ151.1+5文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)0引言离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率,最关键的部分就是电解槽的操作问题。
这种操作能够改变相关的电流量,延长离子膜的使用寿命,能够进一步避免离子膜受到伤害,以此提高产品的质量,同时能够降低电解槽电压,起到提升电流效率的作用。
1 盐水质量对电流效率的影响离子膜的使用寿命会受到盐水的影响,因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。
电解槽有着阳离子交换膜,因此,有能透过溶液的特点。
Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况,因此,就会改变反迁徙,电流的效率进一步降低。
它能选择和透过盐水中的Na+,而其他阳离子如Ca2+、Mg2+等也同样能透过。
山纳合成橡胶集团公司氯碱车间(以下简称/山钠公司0)要求实际生产中二次盐水中含Ca2+、Mg2+质量分数之和低于20μg/l,因为当含Ca2+、Mg2+质量分数之和为50μg/l的盐水连续2次24 h进入电解槽,则每次电流效率迅速下降达5%,电压上升100 mV或更高。
如果长期进行Ca2+、Mg2+含量高的盐水供给,那么就会出现电流效率的明显降低,因此,影响积累的情况。
离子膜烧碱工艺中能耗问题分析研究发布时间:2022-07-30T07:27:39.740Z 来源:《城镇建设》2022年3月第6期作者:白茂林[导读] 氯碱工艺在国内起源于上世纪90年代,氯碱产品广泛应用于人们的日常生活和国防经济建设中白茂林新疆圣雄氯碱有限公司 838100摘要:氯碱工艺在国内起源于上世纪90年代,氯碱产品广泛应用于人们的日常生活和国防经济建设中。
所采用的原料容易获取,工艺技术生产过程时间短,产能量大,电解法得到的次生产品也可应用于诸多行业。
但该工艺在生产过程,面临着两大问题,一个是市场需求与实际产能的对应关系,当发生产能过剩时,产生的附带产品氯气等,具有有毒、易燃、易爆、腐蚀性强等特点,而该类产品在大量存储和运输过程,势必要投入大量的成本,并且具有很高的风险。
关键词:离子膜;烧碱工艺;能耗;优化1.离子膜法烧碱工艺优点1.1能耗较低。
离子膜法不需要进行蒸发,能够减少该步骤能耗,此外,电解以及水循环工段能耗也会相应减少,从而降低能耗。
1.2污染小。
离子膜法烧碱工艺中产生的废液以及废气都可以循环使用,几乎不会对环境造成破坏。
1.3产品纯度高。
离子膜法烧碱工艺能够生产出高品质的产品,其纯度能够满足化纤行业生产的要求。
1.4生产安全性高。
离子膜法烧碱工艺生产灵活稳定,电解槽能够适应大幅度的电流变化,灵活控制生产,此外,离子膜法烧碱工艺操作简便,维护简单,降低了工人的工作强度。
2.烧碱工艺中能耗问题分析2.1电解液中电耗能的问题。
产生电耗过大的问题,主要是因为在整个离子膜的电解过程中,电解质中在不断电解过程中会增加了大量的杂质,而在生产中影响的有NH4对电解槽的电流效率有影响的Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Hg2+、I、SO42-、SiO2,会导致电压升高的Mg2+、Ni2+、Fe2+、Al3+、SiO2。
特别是在电解压处理过程中,企业使用除I-技术I-与盐水中的Ba2+形成碘酸钡和高碘酸钡,此化合物阻止了BaSO4沉淀的形成,又阻止了螯合树脂的吸附,它们随精盐水进入电解槽,渗透到离子膜内部,从而影响电解槽的电流效率,造成能耗过大。
浅议影响离子膜电解槽电流效率的因素隋艳【摘要】保持最佳的离子膜电解工艺操作条件是离子膜电解槽的操作关键,它能使离子膜长期稳定地保持较高的电流效率和较低的槽电压,进而稳定直流电耗,延长离子膜的使用寿命.本文详细分析了影响离子膜电解槽电流效率的因素,认为电解槽在运行过程中,要保持高的电流效率应做到:高质量的入槽盐水;适宜的阴极液浓度、阳极液浓度和适宜的电流密度;严格控制阳极液PH值;保持适宜的电解槽温度、电解液流量和稳定的高质量的无离子水供应.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(042)002【总页数】3页(P140-141,176)【关键词】电流效率;离子膜;电解槽【作者】隋艳【作者单位】牡丹江大学,黑龙江牡丹江157011【正文语种】中文【中图分类】TQ151.2离子膜是膜烧碱生产装置中最关键的组成部分,离子膜电解槽操作的关键是使离子膜长期稳定的保持较高的电流效率和较低的槽电压,从而降低直流电耗,延长离子离子膜的使用寿命[1]。
影响离子膜电解槽电流效率的因素主要有以下几个方面。
1 盐水质量对电流效率的影响离子膜法制碱技术中,进入电解槽的盐水质量是这项技术的关键[2],盐水的质量不仅影响离子膜的寿命,而且是在高电流密度运行时获得高电流效率的重要因素。
盐水中的杂质对离子膜的电流效率的影响主要表现在:(1)盐水中Ca2+、Mg2+等杂质金属离子的存在,导致离子膜电解槽电流效率的降低离子膜电解槽的阳离子交换膜具有选择和透过溶液中阳离子的特性,它能选择和透过盐水中的Na+,而其它的金属阳离子如Ca2+、Mg2+也同样能透过。
但是,当Ca2+、Mg2+等其它二价或三价金属阳离子透过离子交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,会堵塞离子膜的微孔,使膜电阻增加,从而引起电解槽的槽电压上升,进一步加剧OH-向阳极室反迁移,导致电流效率的下降。
离子膜烧碱装置二次盐水的螯合树脂是采用德国拜耳公司生产的TP-208螯合树脂,经其处理的盐水指标如表1。
离子膜烧碱生产中能耗问题分析摘要:近年来,我国的科学技术水平随着社会发展不断进步。
目前,对烧碱工业中最常使用的离子膜法进行了介绍,并分析了离子膜法烧碱制造工艺的特点。
对离子膜法烧碱制造工艺流程进行了分析,提出建议。
关键词:离子膜法;烧碱;能耗;生产工艺引言华夏是世界上最大的烧碱生产国和消费国,就烧碱生产工艺仍有很大的改进余地。
我们一直追求的目标是不断改善的生产工艺流程,科学地提升国内烧碱的生产水准。
离子交换膜的生产工艺存在工艺复杂、原料浪费较多、安全隐患大等缺点。
安全有效地解决这些问题,是提升烧碱生产技术水准的有效途径。
国内烧碱工业已经历了从最初的膜电解到后期吸附沉淀膜电解槽的复杂过程,然后,是在改革开放后离子膜烧碱生产的迅速发展。
华夏烧碱总量居世界首位,但生产工艺相对较落后。
烧碱生产工艺的改进是烧碱提能降耗的方向。
目前,我们所使用的离子交换膜法生产烧碱存在原料浪费的问题。
因为工艺复杂,仍存有一定的不安全因素需要解决。
1离子膜烧碱工艺概述由盐水车间送来的一次精制盐水通过氯气冷却器换热达到(60±5)℃后进入螯合树脂塔进行二次精制,去除钙镁等金属离子送往各电解槽阳极,同时电解槽阴极室加入纯水进行电解。
电解生成的32.0%~33.0%电解液在阴极室与氢气分离,然后送往蒸发工序继续提浓。
氢气经正压水封槽送往氢气处理工序。
电解生成的淡盐水,加入盐酸控制pH值在1.8~2.2,送往脱氯工序。
目前脱氯工序采用真空脱氯和化学脱氯2种方法,脱除电解淡盐水及干燥工序氯水中的游离氯送往一次盐水化盐用。
电解生成的氯气经氯气冷却器与盐水换热降温后,经过正负压密封槽送往氯气干燥系统。
由电解工序来的湿氯气(温度约65℃)经过氯气冷却器,进入氯气洗涤塔降温除盐后,继续送至钛冷却器冷却至12~18℃,再进入水捕沫器除去水雾。
为达到工艺要求,氯气继续经由干燥塔通过浓硫酸吸收水分以确保氯气中含水质量分数不高于1.5%。
干燥后的氯气经硫酸捕沫器送往氯气压缩机,经由氯压机处理改变氯气的温度、压力送往其他用户。
2019年07月离子膜电解槽氯中含氧升高的因素及其控制措施董旺旺周生刚(滨化集团股份有限公司,山东滨州256600)摘要:针对离子膜电解槽中可能引起氯中含氧升高的因素进行了分析,并提出了相应的控制措施。
关键词:离子膜电解槽;氯气;含氧量;控制措施滨化集团东瑞公司25万t/a 离子膜烧碱装置采用的电解槽为伍迪4代槽。
自电解槽重涂以来,氯中含氧量出现上升,氯气纯度出现降低;电解槽零极距改造后,也出现了氯气纯度地下降及氯中含氧的上升。
1电解槽影响因素分析1.1重涂电解槽对比重涂前后数据氯气纯度均有不同程度下降,氯中含氧上升。
因电解槽重涂前后工艺流程、工艺条件一致,对比同类型离子膜分析认为,电解槽重涂技术的影响为主要原因,不同厂家重涂的电解槽也有所差异。
1.2零极距改造电解槽对改造前后进行对比,可以发现氯气的纯度出现了下降,氯中含氧上升。
通过对电解槽进料盐水加酸等方法调整,仍然很难恢复到正常的水平。
分析认为主要受限于电解槽零极距改造技术影响,另外因为离子膜与极网密切接触,副反应相对较多也有一定影响。
另不同型号的离子膜氯中含氧也有所差异。
2氯气纯度的控制2.1进槽盐水质量的影响盐水中金属离子如Ca2+、Mg2+和Fe3+与从阴极侧反渗的OH-反应,形成不溶性沉淀,吸附到离子膜表面,容易导致离子膜交换通道堵塞,是的膜电阻初选上升,同时也使得槽电压上升加快。
在非零极距电解槽中,离子膜与电极中间间距较大,当离子膜表面吸附沉淀物时,会导致槽电压上升,但是不会对电流效率以及氯气纯度带来较大影响。
而零极距电解槽中,离子膜与电极密切接触,氢氧化物等不溶物吸附在离子膜表面,同时也会覆盖阳极面网,严重时堵塞阳极网孔,进而干扰了这一部分盐水的正常循环。
如盐水浓度太低,会使这一区域OH-分解量增多,而且还会使氯中含氧上升氯气纯度下降。
2.2进槽盐水酸度的影响通过向进料盐水加酸中和阴极侧反渗的OH-,减少副反应,提高氯气纯度。
如果反渗的OH-不能被完全中和,会与氯气进行反应形成副产物(NaClO 3、NaClO ),最终导致氯气纯度下降氯中含氧上升。
离子膜电解槽电流效率探讨离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率,最关键的部分就是电解槽的操作问题。
离子膜的使用寿命会受到盐水的影响,因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。
电解槽有着阳离子交换膜,因此,有能透过溶液的特点。
Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况,因此,就会改变反迁徙,电流的效率进一步降低。
所以本文针对离子膜电解槽电流效率进行了以下探讨。
标签:离子膜;电解槽;电流效率。
引言离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率,最关键的部分就是电解槽的操作问题。
这种操作能够改变相关的电流量,延长离子膜的使用寿命,能够进一步避免离子膜受到伤害,以此提高产品的质量,同时能够降低电解槽电压,起到提升电流效率的作用。
一、盐水质量对电流效率的影响离子膜的使用寿命会受到盐水的影响,因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。
电解槽有着阳离子交换膜,因此,有能透过溶液的特点。
Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况,因此,就会改变反迁徙,电流的效率进一步降低。
它能选择和透过盐水中的Na+,而其他阳离子如Ca2+、Mg2+等也同样能透过。
二、阴极液中NaOH浓度对电流效率的影响根据相关的资料显示,NaOH浓度与电流效率存在极大值的关系,因此,NaOH的不断升高会使得阴极一侧的含水情况比较低。
所以相对来说浓度就会增加,如果浓度继续升高,并且没有要下降的趋势,膜中OH-浓度增大,当NaOH 质量分数超过36%,膜中OH-浓度增大的影响起决定作用,这样就会使得电流的效率不断降低,影响用电的情况,所以,对于溶液的浓度来说,要使得能够达到相关的平衡要求,槽出口碱液NaOH质量分数控制在32%-35%。
氯 碱 工 业Chlor — Alkali Industry第55卷第4期2019年4月Vol. 55 , No. 4Apr. , 2019【供电与整流】富子膜电解槽电流异常的判断及原因分析廖秀华",陈建全2(1.广州市老科技工作者协会,广东广州510600;2.广州擎天实业有限公司,广东广州510860)[关键词]离子膜;电解槽;电解;电流异常;原因分析[摘 要]指出了判断离子膜电解槽运行中出现电流异常是真是假的3种方法,从整流、工艺、外因3个方面分析了异常出现的可能原因,并提出了 3点应对和改进意见。
[中图分类号]TM46 [文献标志码]B [文章编号]1008 -133X(2019)04 - 0004 - 04Judgement and cause analysis of abnormal current inion-exchange membrane electrolyzersLIAO Xiuhua 1 , CHEN Jianquan 2(1. Guangzhou Association of Old Science and Technology Workers, Guangzhou 510600,China ; 2. Guangzhou Qingtian Industrial Co. , Ltd. , Guangzhou 510860, China)Key words : ion-exchange membrane ; electrolyzer ; electrolysis ; abnormal current ; cause analysisAbstract : Three methods of judging the abnormal current in the operation of ion membrane electrolyzer are given. The possible causes are analyzed from three aspects of rectifying , process , and externalcauses. And three proposals to deal with the abnormality and for improvement are put forward.离子膜电解槽电流的稳定性直接关系到电解系统的安全经济运行,一直备受企业的高度重视。
2019年10月氯碱厂电解工艺电耗分析及降耗措施胡菊忠(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司,青海格尔木816099)摘要:电解工艺制碱过程中,电耗是不可避免的一个影响因素,在实际的生产过程中,电耗偏高等会影响资源的消耗,使其消耗量大大提高。
针对电耗过高的情况,文章主要从电压,电流的效率、离子膜的除杂、阳极的扩张及电解质的性质来降低电能的损耗,并结合实际的生产过程,深度思考,使耗能降低。
关键词:电耗;降耗工艺;措施在我国的电解工艺中,生产氢氧化钾目前最主要的方法是通过隔膜电解法制备。
此工艺所生产出的氢氧化钾占总产量的60%以上。
采用电解工艺制备钾碱,虽然使用的原材料氯化钾价格低廉,便于购买,但其在生产过程中消耗的电能是非常大的。
因此,产品消耗的能量是一个重要的技术和经济指标,需要在生产中严格控制。
1电解过程的电耗分析1.1电压电解工艺电耗过大的因素之一是电解槽的槽电压过大。
因此,要降低电能损耗,可以通过降低槽电压实验,如改变电解池工作的温度,改变电解质的质量等。
1.2阳极涂片在普通电解池中,阳极通常为石墨非金属,石墨等非金属与金属阳极相比电压较高,因此可以通过更换阳极涂片来降低电压。
1.3电解质氯碱工业中最常用的电解质为氯化钾的水溶液即盐水,因此,盐水的温度,浓度,pH 值均会影响到电解工业中的电耗,经过分析,可以从以上几个方面来降低损耗。
2改变电解质降低电压的降耗措施2.1控制氯化钾溶液浓度在电解过程中,由于不断消耗盐水中的氯化钾,使得盐水的浓度逐渐降低,导致电能消耗逐渐增大。
因此,必须严格控制盐水中氯化钾的含量,使电解质的浓度在一个恒定的范围。
在普通的生产过程中,盐桶装置不能很好的观察出含盐量,由于无法准确的判断装置中的盐层高度,所以需要人工按时检测,但是人工检测会带来一些误差,致使电解槽中的氯化钾不能稳定,便会造成电解质的浓度降低,最终使电能损耗加大。
基于此,我们可以对装置进行改进,从盐层高度的确认改为对装置中盐层重量的观测,在盐桶上加装重力感应装置,并在装置上方加装盐层运输管道。
离子膜烧碱生产中节能降耗措施摘要:近年来,离子膜法制备烧碱工艺技术在国内已广泛采用,工艺成熟、先进,为了提高产品在市场上的竞争力,降低生产成本并创造最佳技术条件,相关企业必须增强其自主创新能力,积极开发节能减排新技术,保护环境,争取稳定、快速、可持续发展。
基于此,本文就对离子膜烧碱生产中节能降耗措施的相关内容进行分析,可供参阅。
关键词:生产工艺;离子膜烧碱;节能降耗1离子膜烧碱生产工艺的现状只要处于运行状态当中,离子膜电解装置便会产生波动,而这将导致温度、pH、碱含量和其他含氯精制盐水的指示发生变化,电解后盐水中的游离氯无法完全去除,并且以两种形式存在。
第一部分是溶解的氯。
溶解量与电解后盐水的温度和浓度及溶液上部中氯气的分压有关。
第二部分是由于电解中的OH-反渗使盐溶液中有很多OH-,因此发生以下反应:Cl2+2OH——CIO-+H2O。
盐水中存在游离氯,会腐蚀盐水精制系统的设备和管道,在初级盐水处理过程中阻碍沉积物的形成。
二次盐水处理过滤器的过滤器元件和螯合树脂塔中的损坏极为有害。
因此不能将新鲜的含氯盐水送入盐溶解工序,必须进行氯酸盐处理,通过氯酸盐处理使部分氯酸盐分解,从而使系统内氯酸盐含量维持相对平衡状态。
氯酸盐分解是利用在酸性条件下,加热电解后盐水使其中的氯酸盐分解成氯化钠和氯气。
其反应式如下:NaClO3+6HCl→NaCl+3H2O+3Cl2↑2离子膜烧碱生产系统节能发展方向2.1用水发展方向(1)随着生产规模的不断扩增,在离子膜烧碱生产过程中,用水量也不断增加,而为能够使公用工程建设合理减少,需节约水资源,同时提升水资源利用效率,并充分且综合的对水资源进行利用。
而如果想切实做到这一点,首先需循环利用泵机封冷却水,因此,需将来自所有泵、水封溢水、蒸汽冷凝水收集到回收罐中,送不同用户使用。
这一方式每年可节省1000吨水,相当于每年节约用水费用30万元。
(2)应回收树脂塔再生废水,为了确保离子膜稳定和高质量的电解性能,盐水的二次纯化必须通过离子交换树脂进行。
两种电解装置运行中的问题及优化措施方彩玉1. 引言电解装置是一种通过电解反应将电能转化为化学能的装置。
它广泛应用于工业生产中,包括金属电解、水电解和电化学分析等领域。
然而,在电解装置的运行过程中,常常会遇到一些问题,如能耗过高、电解效率低下等。
本文将分析两种常见电解装置的问题,并提出相应的优化措施。
2. 问题一:能耗过高2.1 问题描述在电解装置运行过程中,能耗过高是一个常见的问题。
能耗过高不仅增加了生产成本,还对环境造成了负面影响。
2.2 问题原因能耗过高的原因可以归结为以下几个方面:•设备能效低:电解装置的设备能效低,导致能量的损失和浪费。
•电解质选择不当:电解质的选择不合理,导致电解反应的能量转化效率低。
•运行条件不恰当:运行条件的不恰当导致电解装置的效率低下,进一步增加了能耗。
2.3 优化措施为了解决能耗过高的问题,可以采取以下优化措施:1.设备升级:对电解装置的设备进行更新升级,提高能效。
例如,可以采用高效的电解槽设计,提高电流密度和电解效率。
2.优化电解质选择:选择合适的电解质,提高电解反应的能量转化效率。
例如,可以选择具有良好导电性和低电阻的电解质。
3.调整运行条件:优化电解装置的运行条件,提高效率。
例如,可以调整电流密度、温度和pH值等参数,以提高电解效率。
3. 问题二:电解效率低下3.1 问题描述电解效率低下意味着在电解装置中产生的理论产量与实际产量之间存在差异。
电解效率低下会导致产品质量下降,增加生产成本。
3.2 问题原因电解效率低下的原因可以归结为以下几个方面:•电流分布不均匀:电解装置中电流分布不均匀,导致部分电极的电解效果不理想。
•电解反应的副反应:电解反应常常伴随着一些副反应,这些副反应会降低电解效率。
•电极材料的选择不当:电极材料的选择不当会影响电解效率。
例如,选择了具有较高极化电位的电极材料,会导致电解效率低下。
3.3 优化措施为了提高电解效率,可以采取以下优化措施:1.均匀电流分布:调整电解装置的结构和设计,使电流在电解槽中均匀分布,确保每个电极的电解效果均匀。
离子膜电解槽直流电耗升高的原因及解决措施李 明*(中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂,山东淄博255411)[关键词]离子膜;电解槽;直流电耗;原因;措施[摘 要]简要分析了离子膜电解槽直流电耗升高的原因,提出了降低直流电耗的3个措施,并简要论述了这3个措施存在的问题及注意事项。
[中图分类号]TQ114.262 [文献标志码]B [文章编号]1008-133X(2010)12-0023-02Causes of increase i n direct current cons u mptionin ion-exchange m e mbrane electrolyzers and solutionsLI M ing(Ch l o r-A lka liP lan,t Q il u Branch Co.,SI N OPEC,Z i b o255411,Ch i n a)K ey word s:ion-exchange m e m brane;e lectrolyzer;d irect current consum ption;cause;m easure Abstrac t:The causes of increase in direct current consum ption i n ion-exchange m e m brane electro l y z-ers w ere analyzed br i e fl y.Three m easures to decrease d irect current consum ption w ere put for w ar d,and the proble m s i n the three m easures w ere discussed briefly as w e ll as m atters need i n g attention.1 直流电耗升高的原因阴极效率下降、槽电压升高,都会使直流电耗升高。
造成阴极效率下降、槽电压升高的原因有: 离子膜的性能下降; 阴阳电极活性涂层脱落。
2 降低直流电耗的措施在平时的操作中适当提高电解槽的温度,降低出槽的碱和淡盐水的浓度,会在一定程度上降低槽电压,使电耗降低;但是出槽碱浓度过低反而会降低阴极效率,使直流电耗上升。
从根本上降低直流电耗有3项措施: 更换离子膜; 更换阴阳极网; 将电解槽改造为零极距电解槽。
2.1 更换电解槽离子膜离子膜运行一定时间后,单槽加酸量大幅升高,氯气纯度急剧下降,出槽淡盐水中游离氯含量、氯酸盐含量大幅升高,电解槽的温度升高,说明电解槽内副反应增多,离子膜表面鼓泡,出现大量针孔,此时可考虑更换离子膜。
中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂更换离子膜前的运行数据如下:出槽淡盐水游离氯含量1996.2m g/L;单槽加酸量575L/h;出槽碱质量分数31.21%;槽电压518V;电解槽温度88.8 。
更换离子膜后电解槽温度降低,槽电压升高(见表1)。
表1 更换离子膜前后电解槽温度和槽电压变化情况Table1 Change of te mperature of el etrol yzers a nd change of cell voltage before and after cha nges of i on-exchange me mbrane槽号更换离子膜前电压/V温度/更换离子膜后电压/V温度/ 1#520.989.3525.388.62#513.689.6521.388.73#512.289.2523.388.94#514.989.6523.189.25#520.389.2525.788.3电解槽温度下降是因为在运行过程中新膜强度高,从阴极侧返回到阳极的OH-少,使电解槽内副反应减少。
电压升高的原因是:旧离子膜运行时间长,离子膜表面鼓泡,出现大量针孔,并且多种离子膜内部有牺牲芯材,在运行过程中牺牲芯材逐渐消失,膜电阻大幅下降;而新离子膜的强度高,膜电阻比旧离子膜大,因此槽电压升高。
更换离子膜后电解槽阴极效率会显著提高。
更换离子膜前直流电耗是2290.0k W h/;t更换离子膜后的直流电耗分别为(单位是k W h/t):23第46卷 第12期2010年12月 氯碱工业Ch l o r-A l k ali I ndustryV o.l46,No.12Dec.,2010*[作者简介]李 明(1970 ),男,1991年毕业于青岛化工学院,现任中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂烧碱车间生产主任,从事离子膜法烧碱的生产及技术管理工作。
[收稿日期]2010-08-18更换1台2280.8;更换2台2277.0;更换3台2267.3;更换4台2260.8;更换5台2255.5;更换6台2249.8。
可见:更换离子膜后直流电耗逐渐降低。
一般离子膜的运行寿命在3.0~3.5年,因此第2次更换离子膜时就要考虑更换阴阳极电极网,这是因为阴阳极电极涂层的寿命一般在6~8年,到第2次更换离子膜时基本使用6年半左右,从开始更换极网到全部更换基本达到了电极网涂层的使用寿命。
2.2 更换电解槽的阴阳极电极1#槽电极更换前后电压分别是535.7V和514.4V,差值为21.3V;槽温分别是89.0 和86.2 ,差值为2.8 。
2#槽电极更换前后电压分别是543.5V和504.4V,差值为39.1V;槽温分别是89.6 和86.0 ,差值为3.6 。
将更换电极后投入运行的电解槽温度折算成更换前相同的温度,则电压分别比电极更换前降低了25.6V和44.8V,理论上直流电耗降低108k W h/t和190k W h/t(阴极效率以95%计算),可见更换阴阳极电极是降低直流电耗非常直接而且降低幅度可观的措施。
电极更换的标准不能简单以时间作为判断,要定期进行阴阳极电极涂层含量的分析,当涂层含量减少到一定程度,而且此时槽电压又较高时,再考虑更换电极。
表2、表3是运行5年后阴阳极电极的切片分析结果(电流密度均为4kA/m2)。
表2 阳极切片分析涂层结果T ab le2 M easured results of coating in anod e section 阳极样品切片析氯电位/mV涂层含量/%左2302A4558.6右2813B4245.3平均4452.0新电极40100表3 阴极切片分析涂层结果Tab l e3 M eas u red resu lts of coati n g i n cath ode sec ti on 阴极样品切片析氢电位/mV涂层含量/%B1016左右1802182717平均19922新电极12075从表2、表3数据可知:阴极涂层含量平均为22%,阳极涂层含量相对较高为52%,阴极涂层损失较严重,这也是槽电压升高的主要原因。
此时更换电极尤其是阴极显得尤为必要。
2.3 电解槽的零极距改造零极距就是在阴极网与离子膜之间增加1层弹性网,依靠弹性网的作用进一步减小阴极网与离子膜之间的距离;又由于压差的作用阳极网与离子膜紧紧贴在一起,实现了阴极网与阳极网之间只剩1层离子膜的距离,又称膜极距。
根据零极距的结构特性,阴极网与离子膜之间少了1层电解液的电阻,其电压必定减小。
试验数据表明:离子膜电解槽进行零极距改造后,其单元槽电压至少能降低120~ 180mV,平均降低直流电耗100k W h/t。
3 存在的问题及注意事项(1)离子膜的使用寿命一般在3.0~3.5年,因此在满足运行周期的前提下,就要选择既有足够强度,又有较低膜电阻的离子膜,才能达到降低电耗的目的。
另外,很多种类的离子膜都含有牺牲芯材,牺牲芯材能增加离子膜的强度,但在运行后期由于牺牲芯材的消耗,离子膜的强度急剧下降,会造成膜效率大幅降低,使直流电耗大幅升高。
因此建议离子膜法生产企业改进牺牲芯材的类型,确保离子膜在运行后期不会发生性能突变。
(2)同时更换阴阳极的一次性资金投入很多。
通过电极涂层含量的监测分析可以看出:一般阴极侧的涂层含量降低较为明显,也是造成槽电压升高的主要原因,在此情况下能否只更换阴极电极?为此,笔者在个别电解槽进行了试验:更换离子膜时,在1个电解槽内同时更换5张阴极网和2张阳极网,其运行电压见表4。
表4 更换阴阳极网前后的运行电压Tab le4 Runn i ng vo ltage before and after change ofanod e n ets and cathode ne ts未换阴极单元槽0708091011平均电压/V3.38 3.383.373.413.343.376换阴极单元槽3132333435平均电压/V3.19 3.203.183.223.233.204换阳极单元槽1923平均电压/V3.32 3.353.335 新阴极网的运行电压比旧阴极网的运行电压低172mV,而新阳极网的运行电压只比旧阳极网的运行电压低41mV,由此可见更换阴极网在降低直流电耗的工作中至关重要,并且通过电极切片的分析结果也可得出应优先更换阴极电极的结论。
(3)电解槽改造为零极距后结构更加合理,可进一步降低直流电耗,成为越来越多的企业首选的技术改造方案。
目前,研究零极距电解槽的企业很多,阴极电极的涂层也各有特点,涂层的配方多种多样,但是最根本的是这些涂层的配方能否经受反向电流的冲击和阳极侧反渗氯离子的腐蚀。
涂层的性能和寿命直接影响到电解槽以后的运行指标和运行寿命,因此只有选择品质可靠、技术优越的阴极涂层,才能保证零极距电解槽经济、长周期的运行。
[编辑:蔡春艳]24电 解 氯碱工业 2010年。