新舊離子膜混裝時(shí)的加酸控制

郭豐彪

（濱州海洋化工有限公司，山東 濱州 256800）

新舊離子膜混裝時(shí)的加酸控制

郭豐彪

（濱州海洋化工有限公司，山東 濱州 256800）

通過理論計(jì)算和實(shí)際操作，說明新舊離子膜混裝時(shí)如何控制加酸量更有利用安全運(yùn)行。

離子膜；加酸；電解槽；控制

電解槽在運(yùn)行過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)離子膜損壞和更換，隨著近年來控制手段的完善及管理水平的提高，運(yùn)行中離子膜的更換現(xiàn)象逐漸減少。某公司燒堿裝置采用的是旭化成高電密自然循環(huán)電解槽，離子膜使用的是旭化成F-6801。第一批離子膜上機(jī)時(shí)間四年左右，20萬(wàn)t/a產(chǎn)能運(yùn)行過程中僅16張離子膜出現(xiàn)了針孔微量泄漏的現(xiàn)象。在生產(chǎn)運(yùn)行中更換出現(xiàn)針孔的離子膜，因考慮到電解槽的加酸一般選擇運(yùn)行電流效率相近的舊離子膜替換，以免出現(xiàn)個(gè)別離子膜加酸過多引起酸化或加酸過少引起副反應(yīng)過高造成電極腐蝕。

1　理論計(jì)算

通過與旭化成技術(shù)人員交流得知，旭化成F-6801離子膜的酸化條件是出槽淡鹽水的酸度＞0.05N。以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算整臺(tái)電解槽中離子膜之間電流效率允許的最大差值。電解槽的加酸主要是為了中和陰極液通過離子膜反滲至陽(yáng)極液中的OH-，從而抑制氧的生成減少陽(yáng)極副反應(yīng)的發(fā)生及降低對(duì)陽(yáng)極電極電催化性能的影響，其氫氧根在陽(yáng)極的反應(yīng)式為：［OH］→1/2［H2O］+1/4［O2］。這部分氫氧根的量等于1-CE，當(dāng)電解槽運(yùn)行電流為10.8 kA/h時(shí)，一個(gè)單元槽的理論產(chǎn)量是10.8×37.3=402.8（eq）。電流效率分別為96%、94%、92%、90%運(yùn)行時(shí)的酸度要求見表1。

表1　電流效率96%、94%、92%、90%運(yùn)行時(shí)的酸度需求

由上可以看出電流效率之間相差2%的離子膜，在同臺(tái)電解槽上按低電流效率的離子膜控制加酸運(yùn)行，高電流效率的離子膜其陽(yáng)極液的酸度仍然能夠維持在0.05 N以下，運(yùn)行是安全的。

根據(jù)旭化成的離子膜酸化條件＞0.05 N，電解槽在10.8 kA/h運(yùn)行時(shí)也可以推算出其淡鹽水中高出的過酸量為（0.05－0.003）×170=7.99（eq），7.99 eq的鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)同樣需要7.99 eq的氫氧化鈉。這個(gè)7.99 eq的氫氧化鈉即是一臺(tái)電解槽中離子膜之間相比允許的最大氫氧根反滲量，這個(gè)反滲量占理論堿產(chǎn)量402.8 eq的1.98%。即：當(dāng)電解槽上平均離子膜的氫氧化鈉反滲量較新更換的離子膜氫氧化鈉反滲量高出7.99 eq以上時(shí)，這張新離子膜在按照總出槽淡鹽水酸度指標(biāo)控制運(yùn)行時(shí)，由于進(jìn)槽鹽水中的鹽酸得不到足夠量氫氧化鈉的中和，這張新離子膜將發(fā)生過酸現(xiàn)象。

以上兩種計(jì)算可知，同臺(tái)電解槽中單張離子膜的最高電流效率不能高于整臺(tái)電解槽離子膜平均電流效率的2%。

2　實(shí)際運(yùn)行情況

某公司在2012年10月底系統(tǒng)進(jìn)行停車檢修，8#槽在進(jìn)行離子膜試漏時(shí)發(fā)現(xiàn)一張離子膜存在肥皂水鼓泡現(xiàn)象，用流量計(jì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)泄漏量較小，但為了安全運(yùn)行還是對(duì)該離子膜拆卸后進(jìn)行了更換。由于電解槽的運(yùn)行中離子膜更換較少，備用的離子膜中并沒有與該臺(tái)電解槽電流效率相當(dāng)?shù)哪?，?dāng)時(shí)8#槽的離子膜電流效率已達(dá)到了92%。根據(jù)運(yùn)行記錄選擇了備用膜中電流效率最低的一張離子膜進(jìn)行了替換，該張離子膜是2010年更換下修補(bǔ)的舊膜，其電流效率接近95%。其開車后電流11.2 kA/h的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2　出口陽(yáng)極液指標(biāo)對(duì)比

從陽(yáng)極液的酸度上看新更換的離子膜已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了旭化成要求的＞0.05 N，通過酸度及其他的指標(biāo)也可以看出該張離子膜的電流效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未更換的其他離子膜。該張離子膜單元槽電壓明顯高于其他電解槽。分析高出的電壓是由三部分組成：（1）由于該離子膜電流效率高，膜內(nèi)雜質(zhì)較少，膜電阻相對(duì)較大；（2）由于該離子膜陽(yáng)極液酸度相對(duì)較高，存在酸化現(xiàn)象引起；（3）新墊片的更換造成了極距增加，從而引起了電解液的電阻上升。

隨后的生產(chǎn)運(yùn)行中該張離子膜因陽(yáng)極液取樣需要輕卸電解槽出口軟管工作太危險(xiǎn)，故陽(yáng)極液的指標(biāo)一直未再分析。但在電解槽日常管理中卻發(fā)現(xiàn)該單元槽電壓在運(yùn)行過程中逐漸下降，最后穩(wěn)定在了較其他單元槽高約60 mV后未再變化。并且在將電解槽的加酸減小一半時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)該張離子膜的單元槽電壓下降的幅度較大并與其他單元槽電壓的差距減小。通過這兩點(diǎn)分析：該張離子膜存在酸化現(xiàn)象，但是運(yùn)行電壓沒有持續(xù)上升說明該離子膜沒有大面積的因酸化起泡、分層等持續(xù)的惡化，可以繼續(xù)安全的運(yùn)行，見圖1。

圖1　運(yùn)行電壓對(duì)比

該離子膜一直在8#槽運(yùn)行到2013年6月隨8#槽整體更換離子膜，下槽后觀察該張離子膜在極室的底部墊片邊緣有輕微的鼓泡現(xiàn)象，但沒有影響到整張離子膜的運(yùn)行，分析是單元槽陽(yáng)極室底部進(jìn)口分配管處酸度相對(duì)于整個(gè)單元槽陽(yáng)極室內(nèi)陽(yáng)極液酸度偏大的原因引起。

3　小結(jié)

旭化成 F-6801的離子膜在出口陽(yáng)極液酸度＞0.05 N將出現(xiàn)酸化，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況來看似乎有點(diǎn)保守，但是生產(chǎn)運(yùn)行中不可能做到每張離子膜都分析出口陽(yáng)極液的酸度，也不可能做到整臺(tái)電解槽的離子膜效率一致，每個(gè)單元槽陽(yáng)極室內(nèi)部陽(yáng)極液中的酸度分布也不是完全均勻。旭化成要求正常運(yùn)行中電解槽整體的出槽陽(yáng)極液酸度控制在0.003 N，也是考慮這些因素從安全運(yùn)行角度而規(guī)定的。

離子膜電解槽在進(jìn)行離子膜更換時(shí)一定要兼顧所更換離子膜和整臺(tái)電解槽離子膜平均電流效率的差異，要盡量將整臺(tái)電解槽離子膜之間的電流效率差異控制在2%之內(nèi)。如果無法做到這一點(diǎn)，那么電解槽的加酸要適當(dāng)兼顧電流效率高的離子膜，加酸量應(yīng)適當(dāng)降低。

對(duì)于電解槽中新更換離子膜的運(yùn)行情況，可以在電解槽加酸與不加酸時(shí)分別測(cè)量單元槽電壓做對(duì)比，對(duì)于變化幅度較大的單元槽要重點(diǎn)分析和監(jiān)控。對(duì)于電流效率較高的離子膜特別是新離子膜不得不更換至低電流效率電解槽的情況，建議在新更換離子膜單元槽的陽(yáng)極液出口上安裝旭化成專用的取樣軟管，以便隨時(shí)取樣分析指標(biāo)掌握其運(yùn)行狀況，避免出現(xiàn)單張離子膜的酸化現(xiàn)象。

Adding acid control when old and new ion-exchange membrane mix-loading

GUO Feng-biao
（Binzhaou Ocean Chemical Co.，Ltd.，Binzhou 256800，China）

Through theoretical calculation and practical operation，how to control the acid adding when old and new ion-exchange membrane mix-loading to ensure safe operation were introduced.

ion-exchange membrane；adding acid；electrolytic cell；control

TQ114.26+2

B

1009-1785（2016）09-0011-02

2016-08-29