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電解槽改善內(nèi)循環(huán)提高汽液分離的技術(shù)改造

2021-11-24 19:12張保莊趙連文李偉李如松
科技信息·學(xué)術(shù)版 2021年27期
關(guān)鍵詞:技術(shù)改造技能

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(dá)到降低電解槽運(yùn)行槽電壓,降低噸堿電耗,達(dá)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(shí)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(diǎn)越來越制約生產(chǎn)的順利進(jìn)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(dá)成協(xié)議,和我公司對離子膜電槽進(jìn)行更新改進(jìn)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(jìn)入陽極室,陰極室則加入純水。通電時(shí),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(shí)膜外陽極液中的鈉離子不斷進(jìn)入膜內(nèi)補(bǔ)充,從而形成鈉離子的傳輸和遷移。鈉離子進(jìn)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(qiáng)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(qiáng),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(qiáng),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(jì)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(yàn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)膜極距離子膜電解槽內(nèi)部結(jié)構(gòu),采用多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì),經(jīng)過不斷摸索、試驗(yàn)、改進(jìn)、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(jìn)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(biāo),從而達(dá)到節(jié)能降耗的最佳狀態(tài)。通過以下幾點(diǎn)實(shí)驗(yàn),我們找到了更適電解槽運(yùn)行的工藝指標(biāo),達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1、在工藝指標(biāo)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(shí),離子膜電解槽運(yùn)行最經(jīng)濟(jì),噸堿直流電耗最低。

2、在工藝指標(biāo)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(shí),離子膜電解槽運(yùn)行最經(jīng)濟(jì),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(yùn)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(jì)更合理,更適應(yīng)高電流密度運(yùn)行,電耗更低,改善了高電流密度運(yùn)行下的喘流現(xiàn)象,降低結(jié)構(gòu)電壓,改進(jìn)出口結(jié)構(gòu),降低泄漏電流,提高單元槽剛性,改進(jìn)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(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

4、創(chuàng)新點(diǎn)

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(yùn)行下的喘流現(xiàn)象,降低結(jié)構(gòu)電壓,改進(jìn)出口結(jié)構(gòu),降低泄漏電流,提高單元槽剛性,改進(jìn)陰極面網(wǎng)安裝方式等方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),更適應(yīng)高電流密度運(yùn)行,及更低的噸堿電耗。

2)、通過優(yōu)化電解槽各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo),找到最佳的指標(biāo)控制,使得電解槽運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)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(jiān)克難、相互協(xié)作,對該項(xiàng)技術(shù)的深入探討與分析,運(yùn)用現(xiàn)代化的科技手段不斷的進(jìn)行技術(shù)、工藝優(yōu)化與創(chuàng)新,不斷摸索經(jīng)驗(yàn),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(yùn)行指標(biāo)等方面得到了提高,最終達(dá)到了即保證了電解槽的節(jié)能效果又安全穩(wěn)定運(yùn)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。

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