[摘 要]通过考察国内A、B两氯碱公司扩张金属阳极改造情况,山西合成橡胶集团有限责任公司将固定阳极改制为扩张阳极。分析加大电压和电流两种情况下产量的增加情况,确定电流由20.5kA增加到23.5kA时烧碱产量增加最多,达3029t;且每年可节电249.16万kW·h。改造过程中,扩张金属阳极片改制和烧结炉共需231.52万元。 [中图分类号]TQ114.262[文献标识码]B [文章编号]1008-133X(2006)05-0022-02 山西合成橡胶集团有限责任公司(以下简称“山橡公司”)氯碱生产装置是氯丁橡胶和聚氯乙烯树脂产品的配套系统。随着橡胶和树脂的产能扩大,氯碱生产装置已不能满足这两种产品对氯化氢气体的需要。由于场地和现有整流装置的限制,电解装置进行大规模的改造不太现实。山橡公司为提高生产能力,降低电耗,本着投入少、见效快的原则,在现有基础上将电解槽固定金属阳极改制为扩张金属阳极。 1电解槽实际运行状况 山橡公司现有两套硅整流变压系统,并联使用。变压器额定容量合计为8MW,整流电压为300V,整流电流合计为24kA。有JD12型电解槽90个,在1.7kA/m2电流密度(20.5kA)状况下运行,其总电压超过297V,已经接近300V。受变压器限制,在现有固定金属阳极电解槽基础上,提高电流密度已不可能,只能采用扩张阳极,从降低电解槽电压入手,通过降低总电压,获得增加电解槽或提高电流密度的空间,以提高氯化氢产量,满足下游产品的需要。改造前,山橡公司调查了国内A、B两氯碱公司的运行情况。 A公司原有192个30型固定金属阳极电解槽,现全部改制为扩张金属阳极,运行总电流为54kA,运行总电压为622V。 B公司原有180个30型固定金属阳极电解槽,现将其中的120个改制为扩张阳极,与未改制的60个固定金属阳极电解槽一起运行,而隔膜全部采用改性隔膜,运行总电流为57kA,运行总电压为591.6V。 2扩张阳极与固定阳极电解槽电压及电解槽特性K值计算 国内A、B两氯碱公司电解槽运行的数据及其他电解槽参数计算结果与山橡公司固定阳极电解槽运行参数的比较见表1。
表1中587.4是根据B公司经验得出的:固定阳极采用改性隔膜后,电解槽单槽电压较普通隔膜降低约80mV,扩张金属阳极改性隔膜电解槽较固定阳极普通隔膜电解槽槽压低150mV,即采用改性隔膜后固定阳极较扩张阳极电压高70mV,60个电解槽总共高出4.20V,180个扩张阳极电解槽总电压为591.6-4.2=587.4(V)。 3山橡公司固定阳极改制为扩张阳极后电解槽运行参数计算 根据表1中K值计算,山橡公司将固定阳极改制为扩张阳极后的单槽电压及总电压列于表2。
4固定阳极改制为扩张阳极效果计算(K值取平均值0.054) 4.1电解产能增加幅度 (1)增加电解槽能增加的产能 表2显示,当K值为0.054、运行电流为20.5kA时,单槽电压为3.17V,90个电解槽总电压为285.125V,与300V相差近15V,最多可增加电解槽4个,在电流效率不变的情况下,其电解产能可增加:
树脂可增加产量(PVC耗HCl按750kg/t计):2709÷0.75=3612(t)。 4.3电能节约 从表2可以看出,扩张金属阳极较固定金属阳极的槽电压有明显下降,即扩张金属阳极的节电效果明显。据科研机构测试,槽电压每下降0.1V,生产1t碱直流电耗降低70kW·h。如电解槽在23.5kA电流下运行、K值为0.054时,单槽电压下降0.15V、电解槽90个、电流效率94%、年运行时间8000h。 烧碱年产量: 1.492×23500×90×8000×94%÷1000000=23730(t)。 节电量:70×(0.15÷0.1)×23729=249.16万(kW·h/a)。 节电费[电解电费按0.36元/(kW·h)计]:0.36×2491600=89.70万(元/a)。 5主要投资 涂层费用:500元/片;改制费用:900元/片;运输费用(往返):20元/片;现有电解槽90个,每个装有16片阳极片,换槽备用片为120片,阳极共1560片。 单片改制费用: 涂层费用+改制费用+运输费用=500+900+20=1420(元/片)。 金属阳极片改制总费用(1560片):1420×1560=221.52万(元)。烧结炉费用:10万元。 6结 语 (1)固定阳极改制为扩张阳极后,增加电解槽数量电解产能可提高4.44%;提高电流密度电解产能可提高14.63%,应从提高电流密度方面来提高电解产品产量。 (2)固定阳极改制为扩张阳极后,运行电流可从20.5kA升至23.5kA,电解年氢氧化钠产量可增加3029t,树脂产量可增加3612t。 (3)年可节电249.16万kW·h,节约电费89.70万元。 (4)扩张金属阳极片改制和烧结炉主要投资共231.52万元,符合公司投入少、见效快、收益大的原则.
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