论文部分内容阅读
摘要：通过对改善电解槽内部阴阳极循环，提高电解槽气液分离器效果，从而达到降低电解槽运行槽电压，降低吨碱电耗，达到节能的目的。
关键词：电解槽;阴阳极;技能;技术改造
离子膜电槽是电解岗位的主要设备，它的作用是加入离子膜后，在直流电的作用下生成氯气、氢气和液碱。离子膜电槽是电解生产的关键部件，普通离子膜电槽的阳极为钛网，阴极为不锈钢网。随着生产时间的延长，电槽的阴极、阳极表面涂层的受损，槽电压逐渐上升，电流效率逐渐下降，而且极网对槽压比较敏感，长期使用阴、阳极网会变形，影响离子膜的使用寿命，而且阴极极网的涂层受损后，不锈钢腐蚀后的铁锈会经常堵塞管道，不得不停车清理管道。普通离子膜电槽的缺点越来越制约生产的顺利进行。氯碱生产越来越需要新型的离子膜电槽，经多次讨论决定，与江阴宏泽氯碱设备制造有限公司达成协议，和我公司对离子膜电槽进行更新改进研究。
一、研发过程
电解槽的阳极室与阴极室用离子交换膜隔开，二次精制盐水进入阳极室，阴极室则加入纯水。通电时，溶液中各组分分别电解，在电场的作用下，根据同性相斥、异性相吸原理，阳极室内盐水解离出的钠离子被阴极吸引，使钠离子向阴极室一侧迁移，同时膜外阳极液中的钠离子不断进入膜内补充，从而形成钠离子的传输和迁移。钠离子进入离子交换膜后，与膜内钠离子交换，由于和膜内固定离子，即SO3- 与COO-带有不同性质的电荷，所以产生强烈的吸引作用，因此能透过离子膜。阴极室中H2O电离后的H+的吸电子能力比钠离子强，因此H+在阴极上得到电子，生成氢气，由于H20中H+得到电子破坏了水的电离平衡，形成氢氧根OH-，OH-与阳极室迁移过来的钠离子结合生成NaOH。而在阳极室内，由于Cl-的放电能力强，所以由Cl- 在阳极板上放电并产生氯气。阴极室与阳极室内电子交换反应式如下：
阳极室：2Cl--2e → Cl2↑
阴极室：2H2O+2e → H2↑+2OH- Na+ +OH- → NaOH
总反应式：2NaCl+2H2O 直流电 Cl2 ↑+H2↑+2NaOH
从本世纪初开始各公司研发膜极距离子膜电解槽技术，2010年前后开始大量升级换代、膜极距改造，在降低能耗方面效果明显，但是由于绝大部分膜极距电槽是在原电槽基础上将阴极网加弹性网改造而成，加上新电槽改造经验不足，膜极距离子膜电解槽存在以下问题：
①在5.0 kA/m2以上电流密度下运行出现较大的喘流现象，对膜的长期使用不利，说明在高电流密度下电槽出液和气液分离存在缺陷;
②离子膜破损现象多，主要表现在离子膜上部出现针孔或变薄、透明，说明电槽极高、平整度和出液存在缺陷;
③氯气纯度下降较快，含氧升高，电流效率下降，说明膜极距电槽内部结构存在缺陷，网面极高、平整度、出液、气液分离、内部循环等方面都有可能;
④阴阳极盘连接的复合条开裂，造成槽体电阻加大和发热，是高电密条件下运行的一大隐患。
针对以上问题，我公司和江阴宏泽公司一起合作研发优化改进膜极距离子膜电解槽内部结构，采用多项创新设计，经过不断摸索、试验、改进、提高，改善了离子膜电解槽的内循环，提高了离子膜电解槽的气液分离效果。
有了先进的离子膜单元设备仅是节能安全生产的一部分，还要有离子膜电解槽生产的最佳工艺条件，我们根据摸索调节电解槽的温度、阴阳极流量、离子膜碱的浓度以及阴阳极循环罐的液位，找到合适最佳的工艺指标，从而达到节能降耗的最佳状态。通过以下几点实验，我们找到了更适电解槽运行的工艺指标，达到节能降耗的目的。
1、在工艺指标范围内，改变槽温，查看产碱的量和吨碱电耗。
通过改变槽温发现，当槽温控制在87℃时，离子膜电解槽运行最经济，吨碱直流电耗最低。
2、在工艺指标范围内调整产碱浓度，
通过改变出槽碱浓发现，当出槽碱浓控制在32%时，离子膜电解槽运行最经济，吨碱直流电耗最低。
二、改造前后的技术对比
1、技术改造前
在改造前我们电解槽的单槽电耗是相对较高的，大约在2250左右（吨碱电耗）
2、技术改造后
改造后我们的电流效率上升，电解槽的运行相对稳定并且吨碱电耗2106左右。
3、关键技术
电槽内部结构设计更合理，更适应高电流密度运行，电耗更低，改善了高电流密度运行下的喘流现象，降低结构电压，改进出口结构，降低泄漏电流，提高单元槽刚性，改进阴极面网安装方式，以及端框电槽铜排结构等方面进行了创新设计。
4、创新点
1）、通过优化电解槽内部结构，改善了高电流密度运行下的喘流现象，降低结构电压，改进出口结构，降低泄漏电流，提高单元槽刚性，改进阴极面网安装方式等方面进行了创新设计，更适应高电流密度运行，及更低的吨碱电耗。
2）、通过优化电解槽各项运行指标，找到最佳的指标控制，使得电解槽运行更加经济和安全。
三、研究開发取得的阶段性成效
通过研发成员的共同攻坚克难、相互协作，对该项技术的深入探讨与分析，运用现代化的科技手段不断的进行技术、工艺优化与创新，不断摸索经验，最终完成了在改善电解槽内循环、提高电解槽气分离效果，优化电解槽工艺运行指标等方面得到了提高，最终达到了即保证了电解槽的节能效果又安全稳定运行的目的。电解直流单耗由2250度（吨碱单耗）降低到了2106度，大大节约了电耗。
关键词：电解槽;阴阳极;技能;技术改造
离子膜电槽是电解岗位的主要设备，它的作用是加入离子膜后，在直流电的作用下生成氯气、氢气和液碱。离子膜电槽是电解生产的关键部件，普通离子膜电槽的阳极为钛网，阴极为不锈钢网。随着生产时间的延长，电槽的阴极、阳极表面涂层的受损，槽电压逐渐上升，电流效率逐渐下降，而且极网对槽压比较敏感，长期使用阴、阳极网会变形，影响离子膜的使用寿命，而且阴极极网的涂层受损后，不锈钢腐蚀后的铁锈会经常堵塞管道，不得不停车清理管道。普通离子膜电槽的缺点越来越制约生产的顺利进行。氯碱生产越来越需要新型的离子膜电槽，经多次讨论决定，与江阴宏泽氯碱设备制造有限公司达成协议，和我公司对离子膜电槽进行更新改进研究。
一、研发过程
电解槽的阳极室与阴极室用离子交换膜隔开，二次精制盐水进入阳极室，阴极室则加入纯水。通电时，溶液中各组分分别电解，在电场的作用下，根据同性相斥、异性相吸原理，阳极室内盐水解离出的钠离子被阴极吸引，使钠离子向阴极室一侧迁移，同时膜外阳极液中的钠离子不断进入膜内补充，从而形成钠离子的传输和迁移。钠离子进入离子交换膜后，与膜内钠离子交换，由于和膜内固定离子，即SO3- 与COO-带有不同性质的电荷，所以产生强烈的吸引作用，因此能透过离子膜。阴极室中H2O电离后的H+的吸电子能力比钠离子强，因此H+在阴极上得到电子，生成氢气，由于H20中H+得到电子破坏了水的电离平衡，形成氢氧根OH-，OH-与阳极室迁移过来的钠离子结合生成NaOH。而在阳极室内，由于Cl-的放电能力强，所以由Cl- 在阳极板上放电并产生氯气。阴极室与阳极室内电子交换反应式如下：
阳极室：2Cl--2e → Cl2↑
阴极室：2H2O+2e → H2↑+2OH- Na+ +OH- → NaOH
总反应式：2NaCl+2H2O 直流电 Cl2 ↑+H2↑+2NaOH
从本世纪初开始各公司研发膜极距离子膜电解槽技术，2010年前后开始大量升级换代、膜极距改造，在降低能耗方面效果明显，但是由于绝大部分膜极距电槽是在原电槽基础上将阴极网加弹性网改造而成，加上新电槽改造经验不足，膜极距离子膜电解槽存在以下问题：
①在5.0 kA/m2以上电流密度下运行出现较大的喘流现象，对膜的长期使用不利，说明在高电流密度下电槽出液和气液分离存在缺陷;
②离子膜破损现象多，主要表现在离子膜上部出现针孔或变薄、透明，说明电槽极高、平整度和出液存在缺陷;
③氯气纯度下降较快，含氧升高，电流效率下降，说明膜极距电槽内部结构存在缺陷，网面极高、平整度、出液、气液分离、内部循环等方面都有可能;
④阴阳极盘连接的复合条开裂，造成槽体电阻加大和发热，是高电密条件下运行的一大隐患。
针对以上问题，我公司和江阴宏泽公司一起合作研发优化改进膜极距离子膜电解槽内部结构，采用多项创新设计，经过不断摸索、试验、改进、提高，改善了离子膜电解槽的内循环，提高了离子膜电解槽的气液分离效果。
有了先进的离子膜单元设备仅是节能安全生产的一部分，还要有离子膜电解槽生产的最佳工艺条件，我们根据摸索调节电解槽的温度、阴阳极流量、离子膜碱的浓度以及阴阳极循环罐的液位，找到合适最佳的工艺指标，从而达到节能降耗的最佳状态。通过以下几点实验，我们找到了更适电解槽运行的工艺指标，达到节能降耗的目的。
1、在工艺指标范围内，改变槽温，查看产碱的量和吨碱电耗。
通过改变槽温发现，当槽温控制在87℃时，离子膜电解槽运行最经济，吨碱直流电耗最低。
2、在工艺指标范围内调整产碱浓度，
通过改变出槽碱浓发现，当出槽碱浓控制在32%时，离子膜电解槽运行最经济，吨碱直流电耗最低。
二、改造前后的技术对比
1、技术改造前
在改造前我们电解槽的单槽电耗是相对较高的，大约在2250左右（吨碱电耗）
2、技术改造后
改造后我们的电流效率上升，电解槽的运行相对稳定并且吨碱电耗2106左右。
3、关键技术
电槽内部结构设计更合理，更适应高电流密度运行，电耗更低，改善了高电流密度运行下的喘流现象，降低结构电压，改进出口结构，降低泄漏电流，提高单元槽刚性，改进阴极面网安装方式，以及端框电槽铜排结构等方面进行了创新设计。
4、创新点
1）、通过优化电解槽内部结构，改善了高电流密度运行下的喘流现象，降低结构电压，改进出口结构，降低泄漏电流，提高单元槽刚性，改进阴极面网安装方式等方面进行了创新设计，更适应高电流密度运行，及更低的吨碱电耗。
2）、通过优化电解槽各项运行指标，找到最佳的指标控制，使得电解槽运行更加经济和安全。
三、研究開发取得的阶段性成效
通过研发成员的共同攻坚克难、相互协作，对该项技术的深入探讨与分析，运用现代化的科技手段不断的进行技术、工艺优化与创新，不断摸索经验，最终完成了在改善电解槽内循环、提高电解槽气分离效果，优化电解槽工艺运行指标等方面得到了提高，最终达到了即保证了电解槽的节能效果又安全稳定运行的目的。电解直流单耗由2250度（吨碱单耗）降低到了2106度，大大节约了电耗。