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摘要： 结合电槽运行中的实际操作，初步分析影响离子膜电槽运行的因素，提出在电槽生产操作中要严格控制好这些指标，以维持电槽系统稳定运行、提高产品质量、降低消耗。
关键词： 离子膜；盐水；电槽；杜邦；旭化成
中图分类号：TQ114.2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720181－01
中国石化齐鲁分公司氯碱厂年产20万吨离子膜电槽装置采用的是日本旭化成公司技术，2004年9月开车成功。装置采用自然循环高电流密度（ML
-32NCH）复极槽。本套装置是整个20万吨/年离子膜装置的核心，主要是以前面工序的精制盐水和稀碱液为原料，经过电解，生产32%烧碱、氯气和氢气，装置运行至今所产成品碱、氯气和氢气的浓度和质量一直控制很好，“齐鲁”牌烧碱荣获“中国名牌产品”的称号，取得了良好的社会和经济效益。
1 工艺流程简介
我厂电槽分为三部分：阳极液部分、阴极液部分和电解部分。
精盐水由盐水高位槽，通过盐水总管进入每一台电槽的阳极液入口集管，然后通过连接集管和阳极室的软管，进入阳极室。精盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，氯化钠浓度降低。电解过程中，OH-离子通过离子膜从阴极室迁移到阳极室，盐酸连续加到阳极室，中和这部分迁移过来的OH-离子。氯气和淡盐水通过软管流入到出口集管中，在这里氯气和淡盐水进行气液分离，液体送到淡盐水储槽中。出口集管分离出的氯气收集到氯气总管中。
来自阴极液高位槽的阴极液通过阴极液总管进入每一台电槽的入口集管中，通过连接在集管和单元槽的软管进入阴极液室。阴极室中，电解产生氢气和烧碱，通过软管，氢气和烧碱的混合物流入到出口集管中，在集管中进行气液分离，液体流入阴极液槽中，然后，通过阴极液高位槽进行阴极液循环。一部分阴极液送到产品罐中，氢气送到氢气处理单元。
选择性阳离子交换膜安装在阳极和阴极之间，当阳极液在阳极室循环、阴极液在阴极室循环时，电解即开始进行。阳极室产生氯气，阴极室中产生氢气和烧碱。具体反应式如下：
阴极：CL-→1/2CL2+e
阳极：H2O+e-→1/2H2+OH
总反应方程式：NaCL+H2O→NaOH+1/2CL2+1/2H2
2 影响因素分析
我厂离子膜电槽的运行受外界影响较大，比如：电网波动、整流器变压器的故障、氯压机的故障、下游装置的负荷调整以及开停车等，所以电槽装置的生产负荷经常变化，在不同的生产负荷下，维持电槽稳定运行是保证产品浓度和质量的重要方面。除此之外，离子膜的种类不同、来料盐水质量、阴极液浓度、阳极液浓度、阴阳极室压力、仪表情况等都可以影响电槽的稳定运行，从而影响最终产品的质量。
2.1 离子膜的种类不同
生产离子膜的主要有两大厂家，分别是美国DuPont和日本Asahi Kasei
Corporation，二者均为氟纤维增强的全氟羧酸、磺酸复合膜，只是在离子膜的结构设计上略有区别；离子膜均由磺酸层、羧酸层和增强网布组成，零极距膜表面还有无机物涂层；二者相比，旭化成膜的电流效率较低，约95%，杜邦膜约为97%；杜邦膜的机械强度要比旭化成膜好，但在杜邦膜的槽电压比旭化成高。
2.2 来料盐水的质量
1）固体悬浮物和各金属离子。固体悬浮物进入电槽后会堵塞膜孔，而各种金属阳离子会和电槽阴极室反渗透来的OH-形成不溶或者难溶的氢氧化物，附在离子膜上，导致离子膜电压升高，电流效率下降，电耗升高，膜性能恶化，离子膜寿命缩短。所以我厂电槽控制来料盐水SS<1ppm，Ca2+Mg2+<20ppb，Fe<20ppb。
2）盐水的PH值。如果入槽盐水中加入过量的HCL或者HCL和盐水混合不均，会使离子膜阳极一侧的磺酸层受酸化，破坏其导电性，离子膜的电压上升很快，造成永久性的损坏，所以要严格控制PH值不能低于2。
3）硫酸根离子。离子膜装置用的盐水是循环使用的，从原盐中溶解的硫酸根和工艺处理游离氯加入的亚硫酸钠转化的硫酸根会富集在盐水中，当硫酸根浓度过高时，在离子膜中阴极侧会形成硫酸钠沉淀，导致电流效率下降。一般我们控制硫酸根含量在7g/l以下。
4）碳酸根离子。如果盐水中有大量碳酸根存在，加酸后产生大量二氧化碳气体，影响上槽盐水流量计读数，严重时会触动电槽联锁值，引起电槽联锁停车。
2.3 阴极液浓度
阴极液浓度过高，离子膜含水率下降，透水性下降，槽温上升，膜电阻上升，甚至引起膜起泡，电流效率永久性下降；阴极液浓度过低，离子膜含水率上升，透水性上升，电流效率下降。阴极液浓度控制值为32±0.5%较好。
2.4 阳极液浓度
阳极液浓度过高，离子膜含水率下降，透水性下降，槽温上升，膜电阻上升，直流电耗上升；阳极液浓度过低，离子膜含水率增加，透水性上升，导致OH反向渗透量增大，膜易起泡分层。阳极液浓度一般控制在210 g/l和230g/l之间。
2.5 电槽温度
在一定范围内，升高槽温，有利于离子膜性能最佳化，有助于提高膜的电导率，降低槽电压；如果槽温过低，槽电压升高，直流电耗升高，电流效率下降；槽温为75℃或者更低时，离子膜就会因过载而过热。这能导致运行时直流电分布不均匀，使膜某些区域电流密度太大和局部区域没有工作。但槽温也不能过高，温度高于90℃时，电解液近于沸腾，汽水比增大，槽电压上升，离子膜性能恶化电极的腐蚀加剧。所以我厂槽温控制在89.5-90℃，严禁超过90℃。
2.6 阴阳极间距对槽电压的影响
很显然，缩小两极间的距离，溶液电压会降低，槽电压也降低，这个现象最初是由日本专家日根支男教授发现的。我厂的电槽进行了零极距改造，槽电压降低很明显，从而降低了直流电耗。
2.7 开停车
频繁的开停车使离子膜频繁升温降温，破坏了电槽内的动态平衡，造成离子膜松弛起皱甚至鼓泡，膜过度疲劳。停车后的原电池效应，也会使离子膜的寿命缩短。
2.8 气体压力变化的影响
1）稳定控制膜的阳极侧压力在40kp、阴极侧压力在44kp。国外研究机构进行过专门研究，证明这样有利于降低槽电压。负压差增加槽电压，正压差减少槽电压。
2）离子膜兩侧保持4kp压差。保持压差稳定，可以防止膜出现机械损伤。
2.9 仪表
1）仪表的维护也是电槽稳定运行的关键，我厂电槽装置采用了先进
的DCS操作控制系统，可根据生产需要随时调整。
2）为了保护电槽，设置了很多连锁，并保持运行。
3 小结
电槽生产操作中要严格控制好进料上槽盐水的质量、阴阳极液浓度、阴阳极压力等参数，还要选择好离子膜，精心操作，这些因素都会影响产品的质量，从而影响到企业的效益。控制好这些参数是维持电槽稳定运行、最大限度的发挥装置的生产能力、提高产品质量、降低消耗的保证。
参考文献：
[1]刘兆强、李明、王尚庚，旭化成NCH型电解槽运行情况总结，中国氯碱，2007.
[2]王尚庚，离子膜烧碱生产中遇到的问题及解决办法，氯碱工业，2003.
[3]武秀梅，影响离子膜使用寿命的原因，中国氯碱，2005.
关键词： 离子膜；盐水；电槽；杜邦；旭化成
中图分类号：TQ114.2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720181－01
中国石化齐鲁分公司氯碱厂年产20万吨离子膜电槽装置采用的是日本旭化成公司技术，2004年9月开车成功。装置采用自然循环高电流密度（ML
-32NCH）复极槽。本套装置是整个20万吨/年离子膜装置的核心，主要是以前面工序的精制盐水和稀碱液为原料，经过电解，生产32%烧碱、氯气和氢气，装置运行至今所产成品碱、氯气和氢气的浓度和质量一直控制很好，“齐鲁”牌烧碱荣获“中国名牌产品”的称号，取得了良好的社会和经济效益。
1 工艺流程简介
我厂电槽分为三部分：阳极液部分、阴极液部分和电解部分。
精盐水由盐水高位槽，通过盐水总管进入每一台电槽的阳极液入口集管，然后通过连接集管和阳极室的软管，进入阳极室。精盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，氯化钠浓度降低。电解过程中，OH-离子通过离子膜从阴极室迁移到阳极室，盐酸连续加到阳极室，中和这部分迁移过来的OH-离子。氯气和淡盐水通过软管流入到出口集管中，在这里氯气和淡盐水进行气液分离，液体送到淡盐水储槽中。出口集管分离出的氯气收集到氯气总管中。
来自阴极液高位槽的阴极液通过阴极液总管进入每一台电槽的入口集管中，通过连接在集管和单元槽的软管进入阴极液室。阴极室中，电解产生氢气和烧碱，通过软管，氢气和烧碱的混合物流入到出口集管中，在集管中进行气液分离，液体流入阴极液槽中，然后，通过阴极液高位槽进行阴极液循环。一部分阴极液送到产品罐中，氢气送到氢气处理单元。
选择性阳离子交换膜安装在阳极和阴极之间，当阳极液在阳极室循环、阴极液在阴极室循环时，电解即开始进行。阳极室产生氯气，阴极室中产生氢气和烧碱。具体反应式如下：
阴极：CL-→1/2CL2+e
阳极：H2O+e-→1/2H2+OH
总反应方程式：NaCL+H2O→NaOH+1/2CL2+1/2H2
2 影响因素分析
我厂离子膜电槽的运行受外界影响较大，比如：电网波动、整流器变压器的故障、氯压机的故障、下游装置的负荷调整以及开停车等，所以电槽装置的生产负荷经常变化，在不同的生产负荷下，维持电槽稳定运行是保证产品浓度和质量的重要方面。除此之外，离子膜的种类不同、来料盐水质量、阴极液浓度、阳极液浓度、阴阳极室压力、仪表情况等都可以影响电槽的稳定运行，从而影响最终产品的质量。
2.1 离子膜的种类不同
生产离子膜的主要有两大厂家，分别是美国DuPont和日本Asahi Kasei
Corporation，二者均为氟纤维增强的全氟羧酸、磺酸复合膜，只是在离子膜的结构设计上略有区别；离子膜均由磺酸层、羧酸层和增强网布组成，零极距膜表面还有无机物涂层；二者相比，旭化成膜的电流效率较低，约95%，杜邦膜约为97%；杜邦膜的机械强度要比旭化成膜好，但在杜邦膜的槽电压比旭化成高。
2.2 来料盐水的质量
1）固体悬浮物和各金属离子。固体悬浮物进入电槽后会堵塞膜孔，而各种金属阳离子会和电槽阴极室反渗透来的OH-形成不溶或者难溶的氢氧化物，附在离子膜上，导致离子膜电压升高，电流效率下降，电耗升高，膜性能恶化，离子膜寿命缩短。所以我厂电槽控制来料盐水SS<1ppm，Ca2+Mg2+<20ppb，Fe<20ppb。
2）盐水的PH值。如果入槽盐水中加入过量的HCL或者HCL和盐水混合不均，会使离子膜阳极一侧的磺酸层受酸化，破坏其导电性，离子膜的电压上升很快，造成永久性的损坏，所以要严格控制PH值不能低于2。
3）硫酸根离子。离子膜装置用的盐水是循环使用的，从原盐中溶解的硫酸根和工艺处理游离氯加入的亚硫酸钠转化的硫酸根会富集在盐水中，当硫酸根浓度过高时，在离子膜中阴极侧会形成硫酸钠沉淀，导致电流效率下降。一般我们控制硫酸根含量在7g/l以下。
4）碳酸根离子。如果盐水中有大量碳酸根存在，加酸后产生大量二氧化碳气体，影响上槽盐水流量计读数，严重时会触动电槽联锁值，引起电槽联锁停车。
2.3 阴极液浓度
阴极液浓度过高，离子膜含水率下降，透水性下降，槽温上升，膜电阻上升，甚至引起膜起泡，电流效率永久性下降；阴极液浓度过低，离子膜含水率上升，透水性上升，电流效率下降。阴极液浓度控制值为32±0.5%较好。
2.4 阳极液浓度
阳极液浓度过高，离子膜含水率下降，透水性下降，槽温上升，膜电阻上升，直流电耗上升；阳极液浓度过低，离子膜含水率增加，透水性上升，导致OH反向渗透量增大，膜易起泡分层。阳极液浓度一般控制在210 g/l和230g/l之间。
2.5 电槽温度
在一定范围内，升高槽温，有利于离子膜性能最佳化，有助于提高膜的电导率，降低槽电压；如果槽温过低，槽电压升高，直流电耗升高，电流效率下降；槽温为75℃或者更低时，离子膜就会因过载而过热。这能导致运行时直流电分布不均匀，使膜某些区域电流密度太大和局部区域没有工作。但槽温也不能过高，温度高于90℃时，电解液近于沸腾，汽水比增大，槽电压上升，离子膜性能恶化电极的腐蚀加剧。所以我厂槽温控制在89.5-90℃，严禁超过90℃。
2.6 阴阳极间距对槽电压的影响
很显然，缩小两极间的距离，溶液电压会降低，槽电压也降低，这个现象最初是由日本专家日根支男教授发现的。我厂的电槽进行了零极距改造，槽电压降低很明显，从而降低了直流电耗。
2.7 开停车
频繁的开停车使离子膜频繁升温降温，破坏了电槽内的动态平衡，造成离子膜松弛起皱甚至鼓泡，膜过度疲劳。停车后的原电池效应，也会使离子膜的寿命缩短。
2.8 气体压力变化的影响
1）稳定控制膜的阳极侧压力在40kp、阴极侧压力在44kp。国外研究机构进行过专门研究，证明这样有利于降低槽电压。负压差增加槽电压，正压差减少槽电压。
2）离子膜兩侧保持4kp压差。保持压差稳定，可以防止膜出现机械损伤。
2.9 仪表
1）仪表的维护也是电槽稳定运行的关键，我厂电槽装置采用了先进
的DCS操作控制系统，可根据生产需要随时调整。
2）为了保护电槽，设置了很多连锁，并保持运行。
3 小结
电槽生产操作中要严格控制好进料上槽盐水的质量、阴阳极液浓度、阴阳极压力等参数，还要选择好离子膜，精心操作，这些因素都会影响产品的质量，从而影响到企业的效益。控制好这些参数是维持电槽稳定运行、最大限度的发挥装置的生产能力、提高产品质量、降低消耗的保证。
参考文献：
[1]刘兆强、李明、王尚庚，旭化成NCH型电解槽运行情况总结，中国氯碱，2007.
[2]王尚庚，离子膜烧碱生产中遇到的问题及解决办法，氯碱工业，2003.
[3]武秀梅，影响离子膜使用寿命的原因，中国氯碱，2005.