烧碱电耗高的原因分析论文文件 Microsoft Word 文档

离子膜烧碱电耗升高的原因查定及措施尹科明张中华（中盐湖南株洲化工集团有限公司，湖南株洲412004）[关键词]离子膜烧碱电耗查定[摘要]本文对离子膜烧碱生产中盐水质量和电流效率进行了查定，分析了引起电耗升高的各种因素，提出了整改措施。

Reason check given and measures of ionic membrane causticsoda power consumption increasedYong keming Zhang zhonghua(Hunan Zhuzhou Chemical Industry Group Co.,Ltd.-CNSIC, Zhuzhou 412004，China)Keywords：ionic membrane caustic sodapower consumption check givenAbstract：saline quality and current efficiency was check given in Ionic membrane caustic soda production，the various factors was analysis that cause the power consumption to rise，and corrective measures was proposed。

1查定前电耗情况介绍中盐株化集团公司现拥有离子膜电槽十二台，总生产能力为18万吨/年，全部为氯工程公司的电槽，槽型有两种，其中十台为BaTAC 型，另二台为n-BaTAC型。

2012年四季度，5#-12#电槽的槽压不断出现上涨情况，离子膜烧碱的直流电耗急剧升高，为查清影响离子膜烧碱电耗的因素，以便采取必要的措施，组织了查定工作。

烧碱产品的电耗为平均单元槽槽压的1000倍除以电化当量1.492与电流效率乘积的商。

从公式可以看出，影响烧碱电耗的因素为平均单元槽槽压和电流效率两个因子。

查定前，中盐株化的电槽单元槽压最高达3.5伏，电流效率最低为90%；而影响槽电压的因素很多，主要包括膜自身结构、电流密度、阴极液浓度、两极间距、阴阳极液循环量、槽温、盐水中杂质、槽结构、开停车次数、电槽压力与压差、阳极液PH、阳极液浓度、铜排接触压降等；影响电流效率的因素有盐水质量、阴极液浓度、阳极液浓度、电流稳定程度、阳极液PH、生产中纯水或盐水的稳定性、电槽操作温度。

在正常生产中，对槽电压和电流效率影响较大且变化明显的是进槽盐水质量、槽温、阴极液浓度。

查定工作的重点就在于盐水质量上。

2查定及分析2.1盐水质量的查定2.1.1盐水生产工艺简介中盐株化目前采取的盐水生产工艺为预处理加有机膜工艺。

流程简介：从化盐桶出来的粗盐水在流入前反应桶之前于精制折流槽内按工艺要求，分别加入精制剂次氯酸钠、氢氧化钠，在前反应桶内粗盐水中的镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁，菌藻类、腐殖酸等有机物则被次氯酸钠氧化分解成为小分子有机物；然后用加压泵将前反应桶内的粗盐水送出，在气水混合器中与空气混合后进入加压溶气罐再进入预处理器；并在预处理器进口加FeCl3；经过预处理的盐水进入后反应桶，同时将碳酸钠加入后反应桶底部盐水进口，盐水中的钙离子与碳酸钠反应形成碳酸钙沉淀；充分反应后的盐水进入中间槽，同时加入5%亚硫酸钠溶液除去盐水中的游离氯；再经过膜过滤器给料泵打入膜过滤器，过滤器的过滤和反洗工艺过程由PLC自动控制操作；滤清液流入后折流槽经过PH调整后送至过滤精盐水罐。

再用过滤精盐水泵将过滤精盐水打到二次盐水系统。

经螯合树脂塔处理得到二次盐水。

因离子膜电槽建设期不同，有两套一次盐水装置，分别为新、老一次盐水；二次盐水有三套装置。

2.1.2查定内容从两个方面开展查定工作，一是盐水的生产系统，二是盐水生产所有的原料。

盐水的生产系统重点查一次盐水、二次盐水。

分析指标为过碱量、PH、钡、铁、硅、铝、锰、钙、镁、锶、氯化钠；生产原料取原盐、工业水、去离子水、离子膜再生水（含酸性废水和碱性废水）、脱硝淡盐水、高纯盐酸。

分析指标为钡、铁、硅、铝、锰、钙、镁；2.1.3查定情况生产系统查定情况见表2-1。

生产原料查定情况见表2-2。

表2-1.生产系统查定情况表中过碱量左为氢氧化钠；右为碳酸钠表2-2：生产原料查定情况2.1.4 影响盐水质量的原因分析盐水质量直接影响电解槽的电流效率、槽电压，也会给离子膜造成不可逆转的恶化，因此控制盐水质量是延长膜寿命的关键。

盐水中含有钙、镁、锶、铝、铁、镍、碘等离子以及硫酸根，它们进入膜中就会以氢氧化物、硫酸盐的形式沉积在膜上。

这些离子同时存在时影响会更大。

如硅本身无害，但硅与钙、镁、锶、铝共存就会引起电流效率下降。

查定中盐水质量波动主要体现在钙镁超标、SS超标、其它杂质离子如硅、铝及锰超标等。

以下结合查定数据对影响盐水质量的因素进行分析。

2.1.4.1钙镁超标钙镁超标的首要原因是过碱控制不稳。

一次盐水钙镁的关键工艺控制指标是过碱量，合理的过碱量可以确保盐水中钙镁降到一个很低的水平。

株化集团公司离子膜烧碱工艺技术规程中规定化盐后过碱量为氢氧化钠0.1-0.3 g/l，碳酸钠0.3-0.5g/l；从查定中的过碱量来看，化盐桶及后反应桶出口盐水的过碱量特别是碳酸钠显得偏低，这就不可避免造成钙镁超标。

钙镁超标的第二个原因是碳酸钠的加入方式不合理。

现在采用的是预处理加膜法工艺，碳酸钠的加入口应是后反应器的盐水进口处。

后反应器有两个，为串联方式，目前碳酸钠是加在第一个后反应器盐水的溢出口处，这就使得碳酸钠与钙离子的反应时间缩短了一半，一些钙离子来不及与碳酸钠反应或者反应了但碳酸钙颗粒还来不及凝聚变大就直接从过滤器中穿过，造成一次盐水钙含量超标。

钙镁超标的第三个原因是除镁不彻底。

一次盐水工艺中原有使用三氯化铁作为凝聚剂，与反应中生成的氢氧化镁一起从上排泥口排出。

目前，这套辅助性的设施和工艺被废弃；氢氧化镁进入后系统到一次盐水中；这次查定中新老一次的后反应器出口盐水中的镁含量就比较偏高，镁离子与氢氧根离子的离子积最大时为1*10-10远大于它们的溶度积1*10-11，说明后反应器出口盐水中有氢氧化镁分子存在。

而氢氧化镁分子是可以从膜过滤器中穿过的，这就造成了氢氧化镁分子进入后系统，增大了后处理的难度。

二次盐水中钙镁超标的原因为树脂塔的工艺控制有欠缺。

根据工艺规定，树脂塔在酸洗时，高纯酸的浓度应控制在3%-4%，但查定时取酸性废水样品，其中的酸含量最低时仅为0.8 g/l，远低于规定值；树脂塔得不到彻底的酸洗，钙型和镁型树脂不能完全转化为氢型树脂，这样树脂不可能得到很好的再生，再次投运后吸附钙镁离子的能力将大打折扣。

2.1.4.2 SS超标SS是盐水中的悬浮物，主要为一些机械性杂质和反应中生成的沉淀。

我们分析时发现SS是白色固体，定性分析部分可溶于盐酸，部分不溶，说明其中有钙和镁的沉淀物，不溶的为硫酸钡。

查定中SS超标。

SS超标的原因有：1）我们使用的盐水膜过滤器的膜是全四氟的膜，其分子间的孔隙为0.05-0.2μm，而精制反应中生成的沉淀的粒子的直径：氢氧化镁0.1-0.2μm；硫酸钡0.1-0.5μm；碳酸钙大于0.5μm。

这说明氢氧化镁和硫酸钡是可以从膜的孔隙中穿透的。

前述的预处理器除镁不彻底可以造成SS超标。

另一方面，查定时钡法除硝装置才停止运行不久，系统中还有钡离子存在，与盐水中的硫酸根反应，形成硫酸钡，在预处理器中由于粒子太小，不能完全沉降，带入到膜处理器，从膜中穿透。

在化盐桶和预处理器中，钡离子与硫酸根离子的浓度积最高时为达到2.96*10-8，远大于硫酸钡的溶度积1.1*10-10，这样就会在其中发生反应生成硫酸钡分子，在预处理器中新生成的硫酸钡分子粒子更小，越容易从膜中穿透。

这两个因素都增大了SS。

2）老一次盐水是2004年投运的，至今已达八年之久，盐水过滤器的膜使用时间也有八年了，早就超过了其使用寿命。

膜超期使用，其分子间的孔隙已经远大于正常值（0.05-0.2μm），这样一来，氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钡的沉淀都可以从膜中穿透。

2.1.4.3其它杂质离子如硅、铝及锰超标盐水中其它杂质离子如硅、铝及锰超标对电解的影响主要是影响槽压升高，电流效率下降。

盐水中的二氧化硅在碱性下为可溶物，进入电槽中后，由于电槽阳极中盐水呈酸性，PH为3-5，硅酸盐就发生了化学反应变成了二氧化硅或生成了不溶的硅酸盐，二氧化硅或不溶的硅酸盐沉积在阳极极片表面上，使电极的有效面积大幅减小，最终影响到放电反应，使电槽槽压上升，电流效率下降。

硅、铝及锰超标是由于以下的原因造成的：1）盐水工艺的限制盐水工艺采用的是预处理加有机膜处理工艺，设备多，流程长，且大多容器采用玻璃膦片涂层，工艺中没有除硅设施，玻璃膦片涂层（一种硅酸盐）在碱和游离氯的作用下还有溶进盐水的可能。

2）二次盐水螯合树脂塔酸性洗水回用造成杂质离子累积二次盐水有三套螯合树脂处理系统，每天有三个塔要再生，要进行酸洗及碱再生处理，酸洗时可以将螯合树脂中吸附的金属离子洗出，查定前是采用酸性废水和碱性废水中和后再送回化盐。

这样就造成杂质离子在盐水系统中积累。

3）各种原料带进杂质老库盐中各种金属离子特别是硅含量偏高，可能是库中原盐受到了污染。

工业水中硅含量达28g/l，而中盐株化采用工业水作为补充水化盐，造成一次盐水中硅含量偏高，并且还在系统中积聚。

高纯盐酸中含钙较高，因高纯盐酸是直接加在二次盐水中，就容易引起二次盐水中钙超标。

2.2电流效率2.2.1查定内容仅对其中的8台电槽进行查定。

2.2.2查定情况电流效率的查定在两个地方同时进行，碱计量表和贮罐，统计实际碱产量，再与理论碱产量比较得到电流效率。

查定的情见表2-3。

表2-3：离子膜电流效率查定情况2.2.3分析从查定数据来看，离子膜电槽的综合电流效率都在百分之九十一左右，并且从计量表和大罐两处的查定数据相差无几。

电流效率是实际碱产量与理论碱产量的百分比值，电流效率低，说明电槽产出的碱被消耗掉了，以下对离子膜烧碱电流效率低作简要分析。

（1）盐水中硅含量的影响正常操作条件下二次盐水中的SiO2控制为<5ppm，查定中发现盐水中二氧化硅在18ppm左右，远大于工控指标。

盐水中的硅能使离子膜的性能恶化，其复合效果比单独效果更大，即Si-Ca、Si-Ba、Si-I 等组合,使离子膜性能恶化加速,在酸性状态时,盐水中的铝会与硅酸盐形成多晶硅酸铝,沉积在离子膜上,造成膜的物理性损伤,电流效率下降。

（2）电槽中副反应消耗大量的碱目前离子膜电槽电解时副产大量的氯酸盐，我们作过统计计算，在目前的电流下，仅新离子膜系统八台电槽，每个小时可以产生1440.7公斤氯酸钠，这就要消耗 540公斤烧碱，一天就是13吨。