离子交换膜更换前后的效果对比

离子交换膜更换前后的效果对比
郭成军;周红燕
【摘要】膜极距离子膜法制碱装置中,膜的破损直接影响产品产量.通过观察pH值变化、阳极出口溢流时间、阳极出口溢流情况,可以检测膜是否破损.根据天伟化工有限公司的生产数据,看出:膜运行2年后,32％片碱中氯酸盐含量达到0.001％;运行3年将达到0.003％以上.换膜后,碱中含盐质量分数降至0.00043％以下,电流效率明显提高,吨碱耗降低,气体纯度明显升高,各种辅料消耗量减少,对企业节能降耗起到了良好的促进作用.
【期刊名称】《氯碱工业》
【年(卷),期】2019(055)003
【总页数】3页(P14-16)
【关键词】离子交换膜;工艺技改;烧碱
【作者】郭成军;周红燕
【作者单位】天伟化工有限公司,新疆石河子832000;石河子天域新实化工有限公司,新疆石河子832000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ114.262
随着离子膜法烧碱生产规模的扩大及国内发展所需，离子膜烧碱技术日益成熟；而生产中离子膜烧碱生产设备故障、系统生产的不稳定性、生产工艺参数及指标水平
的不确定性，使得目前的烧碱工艺仍然存在一定的技术瓶颈。

因此，天伟化工有限公司(以下简称“天伟化工”)工程技术人员针对目前生产现状，对离子膜烧碱生产工艺技术进行了改进及优化，取得了一些突破性进展及可观的收益。

1 针对离子膜老化采取的换膜方案对比
复极式高电流密度膜极距自然循环离子膜电解槽的运行过程中，确保生产稳定的关键点之一是膜完好无破损。

膜的破损直接影响到后续产品的产量，因此，生产中将膜的维护作为重要的生产控制指标之一。

离子膜电解槽运行指标一般有电解槽出口淡盐水中游离氯含量、出口淡盐水中氯酸盐含量、氯气纯度、单槽加酸量、出口碱中含盐、电解槽槽温、电解槽电压等，通过对以上指标进行分析对比，可以确认是否需要更换离子膜[1]。

在生产中如果观察到任何疑似膜的损坏，必须停止电解液充填并排液，清洗和快速进行膜试漏。

一般的，pH值改变、阳极出口溢流时间、检查阳极液出口溢流情况，都是膜破损的常用常规检测手段。

当pH值改变，在阳极出口总管取样口或在淡盐水槽测量的阳极液将变成高碱性；在膜损坏的地方，阳极液出口管溢流的时间比其他地方要快。

如果有阳极液溢流，则怀疑膜上有破损。

天伟化工离子膜车间于2014年投运至今，离子膜逐渐老化，对安全运行造成较大影响。

液碱成本上升，生产能耗不断增加，给离子膜分厂经济运营带来很大压力。

相同运行负荷下换膜2年后的运行数据如表1所示。

表1 电解装置运行对比Table 1 Comparison of operation of electrolysis devices日期平均电流/kA电解槽电压/V电流效率/%交流单耗
/(kW·h)050910.00535.2395.922 045051010.00523.2096.082 039052110.00532.3095.892 116060110.00540.2594.552
233061010.00530.3593.652 105062010.00520.2693.312 118
从表1数据可以看出：电解槽电压上升9 V左右，交流电耗、直流电耗升高，电
流效率由96.08%下降至93.31%，从而使碱成本上升。

1.1 氯酸盐含量变化
与开车初期氯酸盐含量数据比较见表2。

由表2可见：与开车初期相比，32%片碱中氯酸盐的含量有上升趋势。

由于离子膜电解使用盐水闭路循环，氯酸盐在盐水系统中逐渐积累到相当高的浓度。

随着氯酸盐含量的增加，盐水中的氯化钠含量减少，电流效率下降。

据估算，氯化钠的质量浓度每降低10 g/L，电流效率就会下降1%，同时氯酸盐会加剧烧碱生产中蒸发设备的腐蚀，还会在高温下分解生成氯化钠，影响固体碱质量。

随着离子膜接近寿命周期，离子膜出现针孔，电解槽的副反应增加，氯酸盐含量会越来越高。

为了抑制阳极室内的副反应，可以加大负荷，但是加大负荷会增加氯酸盐含量，最终会对片碱装置造成较大损坏。

表2 32%片碱氯酸盐含量分析数据Table 2 Measured data of chlorate content in 32% flake caustic soda %日期氯酸盐质量分数201405100.002 01201410100.003 00201505110.003 16201505110.002 45201510120.003 21
随着离子膜接近寿命周期，碱中含盐量也会不断上升，影响产品质量，氯气、氢气纯度也会逐步降低，从而影响生产正常进行和电解槽的安全运行。

上述分析表明：氯酸盐含量超过一定数值会对片碱产生一定影响，运行3年后涨至0.001 45%以上，对片碱影响较大。

1.2 技改方案与数据对比
随着离子膜使用时间的延长，膜交换性能下降，且会使装置的交流电耗逐步上升，尤其在膜极距电解槽中，离子膜的交换性能更容易受到各种不良因素的影响，槽电压以及电流效率的变化情况可能对膜的影响更为严重。

从一系列数据来看，一般的离子膜装置运行3年后应逐步考虑更换新膜。

此次对所有电解槽进行了更换，同
时更换电解槽进出口软管垫片，电流效率增加到95.5%以上，每天在同等消耗下，碱产量增加3 t，自用碱减少用量1 t，同时节约了电耗。

其次氯酸盐含量降低，为烧碱蒸发设备的长时间安全稳定运行提供了有力保障，也规避了成品碱中氯化钠含量过高而影响成品质量的风险。

再者，气体纯度提高，保证了生产正常有序进行和电解槽的安全稳定运行，同时各种辅料的消耗量降低，为节约生产成本提供了有力保障。

表3为32%片碱氯酸盐含量分析数据对比表。

表3 32%片碱中氯酸盐含量分析数据Table 3 Measured data of chlorate content in 32% flake caustic soda %日期氯酸盐质量分数201605100.001 57201610100.001 022********.000 86201705110.000 80201710120.000
43
由上述数据可知：膜运行2年后氯酸盐质量分数超过0.001%，对片碱造成一定影响；运行3年将涨到0.003%以上。

换膜后氯酸盐含量明显降低，从0.003 21%
含量降至0.000 43%。

因氯酸盐含量对片碱品质影响较大，所以装置运行3年以
后可以考虑换膜。

在更换新的离子膜后，电流效率会明显提高，吨碱耗降低，气体纯度明显升高，氯酸盐含量降低，各种辅料消耗量减少，更换膜之前遇到的一些问题得到了明显改善，系统性能稳定,产品质量较高,尤其在脱氯工艺方面有显著进步,各项工艺指标均符合相关规定的标准,工艺技术更加精益求精，取得了突破性进展。

2 结语
通过离子膜生产装置能耗控制、使用周期的分析及技术改进，使得生产更加稳定，各项消耗有所降低。

当前天伟化工应在氯碱企业良好的开放交流平台中积极吸取不同行业、不同企业先进的技术积累，以保持电解槽长期高效、安全稳定运行，这对企业管理水平及操作技能都提出了更高要求，为稳定生产、节能降耗、取得更加高效的发展，也需要不断创新。

参考文献
【相关文献】
[1] 周云，田君.膜极距离子膜电解槽全程换膜操作及注意事项[J].石河子科技，2015，219(2)：50-51.。