電解節能技術(shù)的應用

第8期氯堿工業(yè)No 82007年8月Chlor- Alkali IndustryAug.,2007電解節能技術(shù)的應用高金宣*,許劍平2(1.天津大沽化工股份有服公司,天津300455;2.天津渤天化工有限責任公司,天津300480)[關(guān)鍵詞]電解;燒堿;節能;離子膜法;隔膜法[摘要]分析電解生產(chǎn)能耗的主要影響因素介紹天津大沾化工股份有限公司離子膜法燒堿和隔膜法燒堿的節能技術(shù),包括活性陰極技術(shù)、改性隔膜技術(shù)和擴張陽(yáng)極技術(shù),著(zhù)重推薦了零極距單元槽[中圖分類(lèi)號]TQ14.262[文獻標識碼]B[文章編號]1008-133x(200)08-0019-04The application of energy-saving electrolysis technologyGAO Jin-xuan, XU Jian-ping(1. Tianjin Dagu Chemical Industry Co, Ltd, Tianjin 300455,China2. Tianjin Botian Chemical Industry Co, Ltd., Tianjin 300480 ChinaKey words: electrolysis; caustic soda; energy-saving; ion-exchange membrane process; diaphragmAbstract: The main factors influencing the energy consumption in electrolysis production were intro-duced. The energy-saving technologies for the production of ion-exchange membrane caustic soda anddiaphragm caustic soda adopted by Tianjin Dagu Chemical Industry Co., Ltd. was introduced, which included active cathode technology, modified diaphragm technology and expandable anode technology . Theunitary electrolyzer with zero electrode space was recommended emphaticall1燒堿生產(chǎn)概況2技術(shù)改造情況天津大沽化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大沽近幾年電解工序主要使用了降低陰極電位的活化工公司”)現有5套燒堿裝置:普通陰極盒式陽(yáng)極性陰極隔膜電解槽;降低膜電壓降與電解液電壓降12萬(wàn)∽a,活性陰極盒式陽(yáng)極6萬(wàn)ta,活性陰極擴張的擴張陽(yáng)極改性隔膜電解槽;降低陰極電位與電解陽(yáng)極6萬(wàn)υa,即隔膜法燒堿24萬(wàn)Ua;離子膜強制液電壓降的零極距離子膜電解槽。循環(huán)與普通的自然循環(huán)電解槽8萬(wàn)t/a,離子膜高電2.1使用活性陰極技術(shù)流密度與零極距電解槽30萬(wàn)∪a(包括2006年9月2000~2001年,隔膜2期工程投產(chǎn)128個(gè)電解投產(chǎn)的5個(gè)零極距電解槽的生產(chǎn)能力),即離子膜槽,這些電解槽的陰極是北京化工機械廠(chǎng)生產(chǎn)的活法燒堿38萬(wàn)Ua。性陰極。這些活性陰極使用堿腐蝕法制造,即在高降低槽電壓、提高電流效率是電解生產(chǎn)的主要濃度、高溫度的NaOH溶液中浸入不銹鋼基體的陰節能途徑。在確定狀態(tài)下,電壓與電解槽的材料極網(wǎng)。其原理主要是溶出陰極網(wǎng)表層的鐵和鉻等成(陽(yáng)極和陰極活性涂層)、電解槽結構(極距)、制造分,使其表面形成多孔富鎳的活性陰極,增加反應比水平(平整度焊接)、電解槽運行工藝條件(如鹽水表面積。在同等電流下,由于反應的比表面積增大濃度、溫度、質(zhì)量、pH值、電流、接觸電阻等)密切相相應的電流密度下降,因而陰極電位下降,總的槽電關(guān)壓下中國煤化工CNMHG[作者簡(jiǎn)介]高金宣(1966-),男,工程師,1991年畢業(yè)于河北工學(xué)院。[收稿日期]2006-07-2219電解氯堿工業(yè)2007年陽(yáng)極涂層等條件相同時(shí),2期的活性陰極電解改性隔膜的特點(diǎn)采取與之對應的吸附方法,根據實(shí)槽槽電壓與普通的鐵絲網(wǎng)陰極相比,總的槽電壓下驗電解槽的運行數據調整改性隔膜的燒結溫度。通降0.08~0.12V,運行4年后仍下降0.04~0.06過(guò)努力,大沽化工公司在2003年3期110個(gè)改性隔V,按平均下降0.08V計算,可節電56kW·h/t,膜擴張金屬陽(yáng)極電解槽開(kāi)車(chē)前制造出適合公司生產(chǎn)128個(gè)電解槽毎個(gè)單槽的生產(chǎn)能力為500υa,可節現狀、能長(cháng)期穩定運行的改性隔膜,確保3期隔膜電電56×500×128=3584萬(wàn)(kW·h)。解順利開(kāi)車(chē),并能充分發(fā)揮擴張金屬陽(yáng)極電解槽的2.2普通隔膜改為改性隔膜節能效果。大沽化工公司2002年開(kāi)始試驗改性隔膜時(shí),曾2003年開(kāi)車(chē)時(shí),54kA改性隔膜擴張陽(yáng)極電解有幾臺配普通盒式陽(yáng)極使用過(guò),目前全部與擴張陽(yáng)槽電壓為285~295V,比同等條件下的盒式陽(yáng)極極同時(shí)使用。改性隔膜的特點(diǎn)是強度高,不易溶脹,電壓低約0.2Ⅴ。這些電解槽現已開(kāi)車(chē)運行3年膜變薄,孔隙率比普通膜高,而且變化很慢,使用壽仍比同等條件下的盒式金屬陽(yáng)極電壓低0.15V左命長(cháng),膜電阻較低。右。按平均下降0.175Ⅴ計算,可節電1202.3盒式陽(yáng)極改為擴張陽(yáng)極kW·h/t,按電價(jià)0.45元/(kW·h)年產(chǎn)6萬(wàn)t堿擴張金屬陽(yáng)極是為了進(jìn)一步縮短電解槽陰陽(yáng)極計,節約電費324萬(wàn)元/a。每個(gè)擴張金屬陽(yáng)極電解間距,降低電解液電壓降,以降低堿產(chǎn)品的直流電槽多投入2萬(wàn)元,1年就可以收回費用。耗。擴張金屬陽(yáng)極是在導電的鈦銅復合棒與鈦網(wǎng)上2006年隔膜電解2期80個(gè)盒式陽(yáng)極涂層已到焊接鈦彈簧片,電解槽陰陽(yáng)極間采用聚四氟乙烯棒重涂修復期,大沽化工公司把盒式陽(yáng)極送機制公司隔離,組裝時(shí)用夾子固定該金屬陽(yáng)極(陽(yáng)極的寬度分解改造成擴張金屬陽(yáng)極,重涂了涂層又改造了陽(yáng)變小),將陰極箱套裝后,再取出夾子,陽(yáng)極靠彈力極,有效地降低了隔膜電解液的直流電耗。擴張,進(jìn)一步縮小電解槽陰陽(yáng)極間距。陰陽(yáng)極間一截止2006年6月底,改造完畢的12個(gè)電解槽般采用φ3聚四氟乙烯隔離棒隔開(kāi),使極間距縮小全部投人運行,節電效果明顯。到3mm。12個(gè)擴張金屬陽(yáng)極電解槽7天驗收數據運行根據理論計算,電流密度為16A/cm2時(shí),盒式工藝指標如表1所示。與這12個(gè)擴張金屬陽(yáng)極電金屬陽(yáng)極電解槽普通隔膜電壓為0.4V,擴張陽(yáng)極解槽同期投入運行的普通盒式重涂陽(yáng)極7天驗收數比盒式陽(yáng)極電壓降降低0.25V據工藝指標如表2所示。而在實(shí)際生產(chǎn)中,由于極距的減小,溶液的充氣從表1和表2數據得出如下結論:電流密度基度增大,再加上其他因素的影響,實(shí)際降低的電壓要本相同時(shí),擴張陽(yáng)極電壓平均下降了0.24V,氯氣比理論計算值低。純度下降了0.27%,氯中含氫體積分數下降了為了使改性隔膜擴張陽(yáng)極金屬電解槽發(fā)揮其節0.022%,氯中含氧體積分數上升了0.148%,陰極電作用,首先精鹽水必須滿(mǎn)足質(zhì)量要求,最低條件:效率下降了0.467%。固體懸浮物低于5×106,Ca2與Mg2之和不高于截止2007年6月底,舊盒式陽(yáng)極改擴張陽(yáng)極電5mg/L;理想條件:固體懸浮物低于3×10°,Ca2+解槽38個(gè),電壓同比下降0.096V。與Mg2之和不高于2mg/L。一般的企業(yè)在上改性氯中含氧升高與氯氣純度下降是電流效率下降隔膜擴張金屬陽(yáng)極時(shí),都用膜過(guò)濾器生產(chǎn)鹽水。大的標志。電耗變化與電壓變化和效率變化有關(guān),按沽化工公司則是在原設備基礎上,通過(guò)工藝改進(jìn)提槽電壓每降低0.1V、節電70kW·h/t計算,電流高了精鹽水質(zhì)量,主要采取以下措施:鹽泥循環(huán)助沉效率降低1%多耗電25kW·h/t,這樣擴張陽(yáng)極電降;優(yōu)化助沉劑加入工藝;提高精制劑自動(dòng)化控制水解槽大約可節電156kW·h/t平,調整砂濾器的內部結構,以及加強內部管理等。改造1個(gè)擴張陽(yáng)極電解槽投入的費用約3萬(wàn)采取這些措施后,精鹽水中Ca2與Mg2質(zhì)量濃度元/個(gè)。制作改性隔膜增加費用1500元,使用壽命之和低于1mg/L,固體懸浮物質(zhì)量分數在(2-5)x9-1010°,達到改性隔膜擴張金屬陽(yáng)極運行所需的較為kA每中國煤化工按電流負荷40極彈簧片使用2理想的條件。個(gè)周CNMHG可節約電費2002年,大沽化工公司開(kāi)始調整石棉絨與改性550×156×0.45-2000-30000x1÷14=劑的配比與用量,進(jìn)行改性隔膜的制作實(shí)驗。針對34467(元/a)。第8期高金宣等:電解節能技術(shù)的應用電解表112臺擴張金屬陽(yáng)極電解檀7天驗收數據運行工藝指標列號陽(yáng)極號開(kāi)槽時(shí)間電流/kA槽電壓Y槽溫/℃NaOH(gL)氯氣純度/%氯中含氧/%氯中含氫/%陰極效率%7-3000202006-03-16410.7179-50000212006-05-08402.8887l07.0097.240.5000.13298.459-697.215-142006-05-12402.9089.0097.380.56l0.1325-22000222006-05-154010-50000252006-05-264085.800.6500.13298.058-17000262006-05-29402.8897.9610-23000272006-05-29412.8589103,801.27496.2888392.97.0596.7695.8095.91.34895.212006-06-0940114.6097.389-26000312006-06-164088.600.30097.67平均值2.870.7990.13297.37表2與12臺擴張金屬陽(yáng)極電解櫝同期投入運行的普通盒式重涂陽(yáng)極7天驗收數據工藝指標列號陽(yáng)極號開(kāi)槽時(shí)間電流/kA槽電壓V槽溫/℃NaOH(g/L)氯氣純度/%氯中含氧/%氯中含氫/%陰極效率/%10-2420372006-02-17413.26l11.809-2820392006-04-28403.07101.400.4730.13298.5410-140622006-06-08403.0395106.6097.010.6750.13297.6782006-06-094013210-2240632006-06-12403.1097117.0097.400.4610.13297.083-2240602006-03-03423.102-1420412006-04-29403.17113.0097.300.7010.13297.88432006-04-304098.081-1020442006-05-08403.149989.9098.244-1140612006-06-06402.979597.003-3320472006-06-0840114.6097.780.6180.13297.733-920492006-06106.200.9360.2646-2220382006-023.28990.3286-1620422006-05-01403.1410999.260452006-05-08403.109993.8097.000.5617-620462006-05-24403.2698137.0096.7196.325-320502006-06-12403.04960.6l1平均值3.I0.6512.4應用零極距離子膜電解槽節能技術(shù)離室內增加了除沫裝置。2005年,大沽化工公司4期離子膜擴產(chǎn)上了1零極距(NCZ)單元槽的陰極(詳見(jiàn)圖1)和普通個(gè)高電流密度零極距離子膜電解槽,其型號為AC高電流密度電解槽(NCH)的陰極(詳見(jiàn)圖2)區別LYZER-M32NCZ,有效面積為27m2。電解槽陰較大極涂有活性釕層。該電解槽設計開(kāi)動(dòng)電流為4.7kA/m2,開(kāi)動(dòng)范圍為1-6kAm2,單元槽電壓2.91v(4.7kA/m2)。設計生產(chǎn)能力為2萬(wàn)Ua(折100%NaOH)(電流密度4.7kAm2時(shí)),最大產(chǎn)量陰極255萬(wàn)t(折100%NaOH)(電流密度6kA/m2時(shí))。極零極距(NCZ)單元槽的陽(yáng)極和普通高電流密度中國煤化工電解槽(NCH)一樣,為了保證高電流密度運行時(shí)電CNMHG解槽內部的良好循環(huán),NCZ單元槽取消了原有的導彈性鎳網(wǎng)交換膜流管結構,在單元槽的底部增加了鹽水進(jìn)口分布管上部增加了一塊傾斜的導流板,在上部的氣液分圖1高電流密度零極距單元槽陰極電解氯堿工業(yè)2007年表6考核結果計算電解槽平均單槽電壓/V電流效率/%電耗/(kW·h/)系統電耗類(lèi)型實(shí)際理想陽(yáng)極陰極實(shí)際理想kW·h陰極NCZ3.052.8079.89.12128.3206.42212.7H3.232.95497997.12258.92239.92212.7NcH3.22.9419.991221.02288221交換膜從表5、表6可以看出,NCZ電解槽比NCH電解槽的直流電消耗低近100kW·h/t,且電流密度圖2普通高電流密度電解槽陰極越高,直流電消耗差距越大,NCZ優(yōu)勢越明顯。2006如圖1和圖2所示,二者的主要區別在于陰極年7月6-7日,7臺電解槽開(kāi)16.0kA時(shí)的情況如的結構,NCZ電解槽的陰極由集電板、彈性體和極表7所示。網(wǎng)組成集電板是和NCH(NCS)電解槽陰極網(wǎng)一樣表72006年7月6~7日7臺電解槽開(kāi)160kA時(shí)情況的鎳拉網(wǎng),但沒(méi)有活性涂層;彈性體是一種鎳材的、電流/kA總電壓V單槽平均電壓ⅴ槽溫A℃I槽(NCH)16.03461.789.0近似清潔球的材料;極網(wǎng)是由帶有特殊涂層的、直徑槽(NCI98456.2為0.2mm的鎳絲編織,且經(jīng)過(guò)特殊加工表面光滑K槽(NCH)15.96457.43.2788.8的網(wǎng)。極網(wǎng)用鎳條固定在槽框上,可拆卸。因電解槽(NC9S槽(NCZ)15.94430.03.0783.0槽陰極外凸且具有彈性,所以安裝后,陰極、離子交T槽(NCH)15.59458.13.27換膜、陽(yáng)極處于緊貼狀態(tài),實(shí)際的電極距離只有離子槽(NCH)15.9459.8交換膜的厚度,從而將電極間的距離降至最小,即零從表7可以看出,運行1年后高電流密度零極極距電解槽。距電解槽平均槽電壓仍低于高電流密度電解槽約這臺零極距離子膜電解槽于2005年7月15日0.2V,運行1年后零極距電解槽比72h驗收電壓在大沾化工公司正式開(kāi)車(chē)運行,7月26日與另外2上升了約0.03V高電流密度電解槽電壓上升了約臺普通高電流密度電解槽一起進(jìn)行了72h考核。0.06v(折合同等條件下對比)。正常開(kāi)車(chē)情況如運行情況如表3和表4所示。表8所示。表3考核期間各控制點(diǎn)平均值表8正常開(kāi)車(chē)時(shí)運行情況電解槽平均電流電壓溫度陽(yáng)極液流量加酸量進(jìn)口酸度出口酸度電解槽電流/kA總電壓/V單槽平均電壓/ⅴ槽溫/℃類(lèi)型kAV℃m3/ h Lh mol/L moV/LI槽(NCH)13.04437.288.8NCZ12.75409.783.327.17200.0550.0039槽(NCH)13.00434.03.1088.3NCH12.70428986.527.312000.0054K槽(NCH)13.02435.1NCH12.74424486.127.072000.0059L槽(NCH),13.03436486.7表4考核結果計算S檀(NCZ)13415.92,97T槽(NCH)12.95469.185.7電解槽平均單槽電壓/V電流效率/%h/)系統電耗439.7實(shí)際理想陽(yáng)極陰理想kW·htU槽(NCH)13NCZ2.9292.8159.996.798262086.8零極距電解槽仍比高電流密度電解槽電壓低約NCH30632.940999712120.1205.02086.80.15V,但同時(shí)比72h驗收時(shí)電壓上升了約0.03VNCH3.0542712112.72084.8與0.08V(折合同等條件對比)。目前整個(gè)系統陰注:“理想”為電解槽溫度90℃,堿質(zhì)量分數為32%時(shí)的折算結果;“系統極電流效率為97%。電耗”為3個(gè)電解槽的平均電耗。該電解槽氯氣平均純度為98.86%,氫氣平均年多來(lái),NCZ電解槽實(shí)際運行穩定,各項指標純度為99.04%。之后進(jìn)行了滿(mǎn)負荷(6kA/m2時(shí))的艮好。高電流密度零極距電解槽在降低離子膜法燒24h考核,如表5、表6所示。堿成本方面,起到了顯著(zhù)的作用。表5考核期間各控制點(diǎn)平均值參考文獻電解糟平均電流電壓溫度陽(yáng)液量加酸量進(jìn)口酸度出口酸度1注些礎節的坫犬[].氯堿工業(yè),2007中國煤化工類(lèi)型kAt”m/hLhm/LmL16.23426.883.834.522300.0500.00042CNMHG[編輯:蔡春艷]NCH16.19452788.534.682300.0530.00048NCH162345148034462000.0520.000862方數據