摘要：采用活性阴极改性隔膜技术对普通隔膜电槽进行改制，降低了槽电压、节电效果显著。 中图分类号：ＴＱ１１４．２６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－１７８５（２００６）１０－００１６－０２ 烧碱生产主要有隔膜法和离子膜法。近年来，离子膜技术发展极为迅速，特别是新投产的烧碱装置基本都采用清洁生产的离子膜法，但隔膜法烧碱因投资小、存在时间长、易管理等特点在制碱技术中仍占有一定比例。 目前，各隔膜法制碱企业都在努力寻求节能降耗的新途径，以降低隔膜法烧碱成本，增强企业竞争力。利用活性阴极和改性隔膜便是降低电耗的有效途径。 改性隔膜吸附技术已在许多厂家使用，其节电效果明显。中石化南京化工厂有１５６台１６型金属阳极电解槽。从２００３年起对普通隔膜电解槽进行改造，使用活性阴极和改性隔膜技术，经过近两年的运行，已摸索出成熟的吸附技术，在使用中降低了槽电压，节电效果明显，取得了良好的经济效益。 １理论依据 槽电压直接影响电槽电耗。槽电压与直流电耗的关系如下式所示。 ｗ＝１０００Ｖ／１．４９２×η 式中： ｗ—直流电耗，ｋＷ·ｈ／ｔ； Ｖ—槽电压，Ｖ； η—电流效率，％。 由上式可见，降低槽电压是节电的有效途径。 １．１"改性隔膜技术 改性隔膜是加入一定量的耐高温、耐化学腐蚀和耐磨损的聚合物，经吸附、干抽、烘膜及烧结后形成高强度、高致密度、均匀的隔膜。这种膜有溶胀小、强度高、空隙率高的特点，采用改性隔膜电槽，槽电压可降低０．０２～０．０５Ｖ。
１．２小极距电槽 普通金属阳极与阴极之间的极距（δ）通常约为．５ｍｍ。由于使用改性隔膜吸附技术，隔膜溶胀变小。使用６．５ｍｍ的小极距电槽，能使电槽电压降低．０４～０．０５Ｖ，节电３０～４０ｋＷ·ｈ／ｔ。 １．３活性阴极技术 活性阴极由３１６Ｌ板冲孔而成，开孔率为３８％，采用碱腐蚀法生产。由于采用活性阴极，降低阴极过电位０．１左右。 ２盐水质量 因改性隔膜电槽孔隙率大，孔径小，一旦堵塞无法挽救，因而要严格控制盐水中Ｃａ２＋、和Ｍｇ２＋的ＳＳ含量。一般要求Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的质量浓度为３ｍｇ／Ｌ，ＳＳ＜３ｍｇ／Ｌ。目前该厂使用预处理器和戈尔过滤器，正常运行时ＳＳ≤３ｍｇ／Ｌ，Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋基本检不出，盐水质量满足了改性隔膜的要求，为改性隔膜的使用提供了良好的条件。 ３活性阴极改性隔膜电解槽制备 采用改性隔膜吸附后，对原有的吸附工艺进行改造，新增２台改性隔膜苛化池和１台固化炉，增加真空搅浆过程，并制定了新的改性隔膜吸附工艺。 ３．１"石棉绒和改性剂的选择 高品质的隔膜必须是杂质少，有较高的强度与韧度，耐碱性好。经过比较，使用杭州津岩公司的ＧＸ１、ＧＸ２和ＧＸ３棉，在吸附中按比例搭配使用。改性剂采用杭州津岩公司质量分数为６０％的聚四氟乙烯乳液。 ３．２"改性隔膜吸附 在苛化池中对石棉进行苛化４８ｈ以上，吸附前，把苛化池中的石棉浆液放入制浆槽中，加入３～４ｋｇ改性剂，对浆液真空翻浆０．５～１．０ｍｉｎ。将清洗后的阴极箱吊入制浆槽中进行动态吸附５～８ｍｉｎ（第一次吸附），吸附结束后起吊阴极箱，将隔膜表面抹平、清洁。起吊阴极箱６～８ｍｉｎ后进行第二次吸附约一分钟，起吊阴极箱进行干抽４ｈ，最后将阴极箱送至蒸汽烘房进行烘膜，控制温度为９０～１００℃，烘干二十四小时左右即可。 ３．３烧结 将烘干的阴极箱送至固化炉烧结，控制好恒温和升温的时间（即升温曲线），特别是在３２０～３６０℃时，必须对固化炉进行排气，并有足够长的升温时间和恒温时间，使聚四氟乙烯乳液能均匀地渗透到隔膜上，保证改性隔膜的强度和使用寿命。 ４运行分析 目前使用的活性阴极改性隔膜电槽指标良好。与普通隔膜相比，槽电压下降达０．１７Ｖ，氯中含氢低。表１、表２列出了普通隔膜电槽、活性阴极改性隔膜电槽的部分平均运行数据。
４．１数据分析、对比 （１）活性阴极改性隔膜电槽较普通隔膜槽电压下降０．１７Ｖ。 （２）活性阴极改性隔膜电槽Ｈ２／Ｃｌ２较普通隔膜槽要好。 （３）活性阴极改性隔膜电槽Ｏ２／Ｃｌ２较普通隔膜槽上升０．１３％。Ｏ２／Ｃｌ２上升０．１３％，依氯碱生产技术中虎克公式则可认为阳极效率下降０．２６％，相当于电流效率下降０．２６％。
４．２"经济效益评价 依据：槽电压每降低０．１Ｖ，节电７０ｋＷ·ｈ／ｔ；电流效率提高１％，节电２０ｋＷ·ｈ／ｔ；年生产烧碱６万ｔ；电价０．４２元／ｋＷ·ｈ，则：（１）活性阴极改性隔膜电解槽比普通电解槽平均降低电压０．１７Ｖ，年节电价值约三百万元。（２）活性阴极改性隔膜电解槽较普通电解槽Ｏ２／Ｃｌ２上升０．１３％，多消耗直流电折１３万元／ａ。使用活性阴极改性隔膜电解槽年节约电费２８７万元，一年多即可收回阴极箱改制费用，取得了良好的经济效益。
５运行状况 目前运行电流已达３２ｋＡ（２ｋＡ／ｍ２），改性隔膜电槽槽电压基本为２．９０～３．３５Ｖ，２００４年１月运转电流在２８ｋＡ时，未经改制的普通阴极电槽槽电压基本都达到了３．３５Ｖ，而改性隔膜电槽基本在２．８５～３．３０Ｖ，从而可以看出活性阴极改性隔膜电槽的节电优势。但是经过２ａ的运行，活性阴极改性隔膜电槽也出现了一些弊端。（１）开车流量大。由于改性隔膜空隙率大且停车后电槽温度下降，开车时电槽流量极大，现有盐水加入量在开车时明显不够，开车电槽脱液面现象严重，增加了开车难度。（２）氯中含氧高。改性膜对盐水质量要求高，一次盐水正常运转时电槽数据良好，但盐水系统出现误操作或生产不稳定时，电槽数据恶化严重，主要表现在槽电压升高，氯中含氧升高，增加了直流电耗，并且提高了除槽的频率。（３）活性阴极生锈。在使用过程中，活性阴极生锈严重，一般使用两到三期后，活性阴极电槽整片已生锈，并且不易清洗锈斑。最终只能对活性阴极进行酸洗，清洗了锈斑，但也丢失了部分活性成分，导致阴极过电位有所上升，在使用过程中，酸洗过的阴极较正常活性阴极改性隔膜电压上升０．０５～０．０８Ｖ，直流电耗上升。 ６结语 （１）活性阴极改性隔膜电槽在两到三期之内节电效果非常明显。在相同电流密度下，活性阴极改性隔膜电槽电压可下降０．１０～０．１８Ｖ，节电达１００ｋＷ·ｈ／ｔ。 （２）改性隔膜电槽氯中含氢极低，改变了氯中含氢高的问题，确保了安全生产。 （３）活性阴极生锈经酸洗处理后，槽电压虽有所上升，但仍较普通阴极低０．０２～０．０５Ｖ，节电依然有优势。 （４）改性隔膜活性阴极电槽氯中含氧偏高，需要加强对电槽气体分析，含氧过高时应及时除槽。 |
