国产离子膜DF2807在金泰氯碱装置的应用.pdf

电解】Chlor-Alkali IndustrySep.20232023年9 月Vol.59,No.9第9 期第5 9 卷碱业氯国产离子膜DF2807在金泰氯碱装置的应用王奋斗*（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西榆林7 19 3 0 0）【关键词】离子膜；电解槽；国产化；电压；电流效率【摘要】总结了国产离子膜DF2807在陕西金泰氯碱化工有限公司一线装置上进行单台和整套装置运行的情况。3 年的实际运行数据表明：国产离子膜的电压、电流效率等关键指标均达到了进口离子膜的性能，部分指标甚至优于进口离子膜中图分类号】TQ114.262文献标志码 B文章编号】10 0 8-13 3 X(2023)09-0007-04Application of domestic ion-exchange membrane DF2807in Shaanxi Jintai chlor-alkali facilityWANG Fendou(Shaanxi Jintai Chlor-Alkali Chemical Co.,Ltd.,Yulin 719300,China)Key words:ion-exchange membrane;electrolytic cell;domestic;voltage;current efficiencyAbstract:The operation of domestic ion-exchange membrane DF2807 in the chlor-alkali first lineunit of Shaanxi Jintai Chlor-Alkali Chemical Co.,Ltd.was summarized,including the operation in asingle cell and in a complete unit.The actual three-year operation data showed that the key indicatorssuch as voltage and current efficiency of domestic ion-exchange membrane have reached the performanceof imported ion-exchange membranes,and some indicators are even better than those of importedmembranes.氯碱工业的核心装备是电解槽，电解槽核心部件是离子膜，离子膜被称为氯碱工业的芯片，2 0 0 9年之前一直被美国和日本垄断。东岳集团历经8 年科研攻关，从第一代DF988离子膜到第四代的DF2807离子膜，成功实现了离子膜国产化，结束了我国氯碱离子膜长期受制于人的被动历史局面。与此同时，国外离子膜供应商陆续推出新一代氯碱离子膜。为此，东岳集团在前期离子膜基础上从分子设计、微观结构创新等方面深入攻关，成功研发出新一代高性能氯碱离子膜DF2807,有力保障了我国氯碱工业安全运行、健康发展。陕西金泰氯碱化工有限公司（以下简称“金泰氯碱”）是第1家整台商业化装备DF2807国产离子膜的氯碱企业，于2 0 18 年4月投人运行，经过3 年多的运行，积累了一定的经验。2 0 2 1年初，金泰氯碱的一线装置全部更换为DF2807离子膜，目前已运行一年多，整体情况良好。1装置简介金泰氯碱是陕西省首家国有资本投资运营公司陕西投资集团有限公司控股的氯碱化工企业。金泰氯碱现有2 套烧碱生产装置，其中一线装置烧碱产能12 万t/a，共6 台电解槽，每台12 8 个单元槽，运行电流密度5.3 7 kA/m。电解槽原为引进的NCH型高电流密度复极式自然循环电解槽，后由国内电解槽改造商改造为膜极距电解槽2DF2807离子膜在金泰氯碱应用情况DF2807离子膜是一种耐受性好、高电流密度、【作者简介】王奋斗（19 8 1一），男，工程师，现任陕西金泰氯碱化工有限公司技术部部长，从事技术管理工作。*收稿日期 2 0 2 2 -0 5 -0 782023年碱业氯S电解S电解！低电耗、带牺牲芯材的膜，完全适用于膜极距电解槽，是由东岳集团于2 0 13 年开始研发，2 0 18 年投入市场的新一代高性能离子膜，其设计具有市场主流离子膜的结构。2.1首台商业化DF2807离子膜运行情况2018年，金泰氯碱计划对一线离子膜电解槽进行阴阳极网及其附件更换，同时对所有离子膜进行更新。出于对国产离子膜的支持，同时为金泰氯碱后期大批量离子膜国产化运行积累数据和运行经验，经过前期调研讨论，金泰氯碱最终决定在本次整体换膜时采用国产离子膜。2.1.1DF2807国产膜与进口膜性能考核数据对比2018年4月，在进行极网更新时在A槽安装了128张DF2807离子膜，与B、C、D、E、F其他5 台电解槽安装的进口膜同工况运行。表1是6 台离子膜电解槽初始运行数据。表1国产膜与进口膜单元槽初始电压对比Table1Comparison of initial voltage of elementwith domestic membrane and with imported membranes单元数电流电流密度槽温单元槽槽号膜型号/个/kA/(kA/m)/电压/VADF280712814.405.3783.203.001BA公司进口膜12814.505.3784.303.036CA公司进口膜12814.205.3784.503.071DA公司进口膜12814.505.3784.203.033EB公司进口膜12814.505.3783.602.965FB公司进口膜12814.505.3783.602.971从表1数据可以看出：A槽DF2807国产离子膜初始电压比B、C、D 槽进口离子膜平均槽电压低45mV,比E、F进口离子膜平均槽电压高3 3 mV。DF2807膜与进口膜出槽碱浓度对比如表2 所示。表2DF2807膜与进口膜出槽碱质量分数对比Table2Comparison of effluent caustic soda mass fractionbetween membrane DF280 and imported membranes槽号碱质量分数/%碱中盐质量分数/%A32.170.001 5B32.050.001 4C32.120.001 3D32.070.001 2E32.060.0022F32.100.001 6A32.160.001 7B32.100.001 6C32.030.001 6D32.100.0020E32.060.001 4F32.150.002 1续表2槽号碱质量分数/%碱中盐质量分数/%A32.170.001 3B32.120.001 0C32.180.001 7D32.010.001 4E32.120.001 2F32.170.001 7从表2 可以看出：A槽DF2807国产膜出槽碱浓度和碱中含盐与进口膜数据基本一致，均达到性能考核指标：碱质量分数不低于3 2%，碱中含盐质量分数不高于0.0 0 3%。DF2807膜与进口膜氯气纯度和含氧对比如表3所示。表3DF2807膜与进口膜氯气纯度和含氧量对比Table 3Comparison of chlorine purity and oxygen contentbetween membrane DF280 and imported membranes槽号氯气体积分数/%氢气体积分数/%氯含氧体积分数/%A98.799.60.3B99.099.80.2C99.099.90.2D99.099.60.2E99.099.60.2F99.099.50.2A99.099.00.2B99.099.00.3C99.099.00.3D99.099.00.2E99.098.80.2F99.099.00.2A99.799.70.2B99.799.70.3C99.999.60.3D99.699.60.2E99.699.70.3F99.999.70.3由表3 可以看出：DF2807国产离子膜出槽氯气、氢气纯度及氯含氧体积分数数据与进口离子膜相当,均达到性能考核指标。考核指标是：氯气体积分数9 8.5%，氯含氧体积分数0.5%，氢气体积分数9 9%。表4中电流效率是根据电解槽加酸量和酸度计算得出,可以看出：E、F槽电流效率最高,B、C、D 槽次之，国产离子膜电流效率稍低于进口膜，但电流效率均大于考核指标9 6%2.1.2DF2807国产膜与进口膜运行12 个月数据对比表5 为DF2807离子膜与进口离子膜运行12 个月电压对比。9王奋斗：国产离子膜DF2807在金泰氯碱装置的应用第9 期S电解！S电解表4国国产膜与进口膜进槽加酸流量及酸度对比Table4Comparison of flow rate of acid feeding into cell between domestic membrane and imported membranes槽号膜型号电流/kA电流密度/(kA/m)加酸量/(L/h)进口酸度/(mol/L)出口酸度/(mol/L)电流效率/%ADF280714.405.373210.041 80.000196.82BA公司进口膜14.505.372970.03690.000797.06CA公司进口膜14.205.372790.036 10.001 197.22DA公司进口膜14.505.372800.036 70.001 297.37EB公司进口膜14.505.372100.02550.001 697.81FB公司进口膜14.505.372050.02570.001 897.84表5DF2807离子膜与进口离子膜运行12 个月电压对比Table 5Comparison of 12-month operation cell voltage between domestic membrane and imported membranes初始运行数据运行12 个月数据电压电解槽膜型号电流/kA电压/V槽温/电流/kA电压/V槽温/涨幅/mVADF280714.543.03877.5014.553.14984.30111BA公司进口膜14.533.06184.6014.553.13784.0076CA公司进口膜14.553.06984.8014.623.17484.60105DA公司进口膜14.573.05084.2014.553.13083.7080EB公司进口膜14.542.96583.8014.563.09083.60125FB公司进口膜14.542.97183.8014.613.14984.70178从表5 可以看出：运行12 个月后，6 台电解槽单元槽平均电压与其初始单元槽平均电压相比，升高了112.5 mV；而5 台进口离子膜平均电压升高了112.8mV；A 槽DF2807国产膜单元槽平均电压升高了111mV；与其他5 台进口膜平均电压升幅相比，A槽DF2807国产膜单元槽平均电压基本保持一致。2.1.3DT2807国产膜与进口膜运行3 6 个月数据对比DT2807国产膜与进口膜运行3 6 个月数据对比如表6 所示。表6 DF2807离子膜与进口离子膜运行3 6 个月电压对比Table 6Comparison of 36-month operation cell voltage between domestic membrane and imported membranes初始运行数据运行3 6 个月数据电压电解槽膜型号电流/kA电压/V槽温/电流/kA电压/V槽温/涨幅/mVADF280714.543.03877.5014.533.26484.20226BA公司进口膜14.533.06184.6014.533.21283.30151CA公司进口膜14.553.06984.8014.523.24084.60171DA公司进口膜14.573.05084.2014.503.22282.80172EB公司进口膜14.542.96583.8014.563.16584.80200FB公司进口膜14.542.97183.8014.523.22884.90257表6 所示数据的年平均涨幅19 6.2 mV。从表6 可以看出：运行3 6 个月后，6 台电解槽单元槽平均电压与其初始单元槽平均电压相比，升高了19 6.2 mVA槽DF2807国产膜单元槽平均电压与其初始单元槽平均电压相比升高了2 2 6 mV;其他5 台进口离子膜单元槽平均电压与其初始单元槽平均电压相比，升高了19 0.2 mV;A槽DF2807国产膜单元槽平均电压比其他5 台进口膜平均电压升高35.8 mV。经分析，造成槽电压升幅较大的主要原因是金泰氯碱采用全卤制碱工艺，电解后淡盐水全部注井采卤，系统为闭式循环，长期运行后，系统中的碘离子逐年富集，造成进槽盐水中碘离子超标，引起槽电压快速升高。2.2DF2807国国产离子膜在整套装置上的应用有了第1台国产离子膜电解槽的运行数据和经验积累，金泰氯碱认为国产离子膜虽然在一些细节方面还与进口离子膜存在一定的差距，但其电解性能和机械强度整体较好，结合企业实际情况，金泰氯碱在一线装置离子膜的更换时再次选择了DF2807离子膜。2021年，金泰氯碱对一线电解装置6 台电解槽阴阳极网进行更换，并一次性采购了8 0 0 张DF2807离子膜，2 一6 月陆续完成极网和离子膜更换工作，首台离子膜电解槽于2 0 2 1年2 月中旬送电运行至今已达16 个月，运行数据见表7。10编辑:蔡春艳2023年业碱氯S电解S电解表7 DF2807离子膜电压对比Table 7Comparison of voltage of membrane DF2807初始运行数据运行12 个月数据电压电解槽电流/kA电压/V槽温/电流/kA电压/V槽温/升高/mVA14.532.96778.314.52.97882.911B14.52.98978.314.562.99683.37C14.533.04579.214.513.05384.48D14.52.96477.914.533.02284.458E14.542.99883.414.532.99983.81F14.512.97683.314.572.98083.34从表7 可以看出：运行12 个月后，6 台电解槽单元槽平均电压升幅14.8 mV；而与2 0 18 年整台国产膜电压相比（表1数据），槽电压升幅大幅降低，主要原因是2 0 19 年金泰氯碱解决了盐水中碘离子超标问题，消除了碘离子对离子膜的污染，所以电压涨幅较小。DF2807国产离子膜运行数据如表8 所示。表8DF2807国产离子膜运行数据Table 8Operational data of membrane DF2807氯气体积氯含氧碱中含盐电流效率电解槽加酸交流电耗/时间分数/%体积分数/%质量分数/10-6/%平均流量/(L/h)(kW h/t)初始运行98.700.301097.633212110运行2 个月98.800.301897.723122115运行4个月98.600.301498.353222.112运行6 个月98.500.302897.613322.137运行8 个月98.500.303297.373332.147运行10 个月98.500.302297.523382.142运行12 个月98.500.301897.323482.146差值-0.208-0.312736从表8 可以看出，DF2807离子膜运行12 个月后，氯气纯度、氯含氧、碱含盐保持稳定，电流效率下降0.3 1%（在此期间更换6 张离子膜），交流电耗升高3 6 kWh/t，整体运行情况良好，超出了企业的预期。3结语自第1张国产离子膜问世以来，由被持观望态度到批量试用，从整台配备到整套装置装备，其各项性能在运行中不断改进，在改进中不断完善，在完善中不断总结，在总结中不断突破，得到了长足发展。据了解,DF2807国产膜在北化机、旭化成、氯工程、伍德等主流槽型中的应用中均反映出较好的适应性，由于其电解性能和机械强度与进口离子膜基本相当，且具有价格低、供货周期短、本土售后更加便捷等优势，目前备受国内氯碱企业关注。金泰氯碱继一线电解装置离子膜国产化后，二线电解装置离子膜国产化项目目前正在实施国外离子膜已投人工业化运行五十多年，在这五十多年中，其结构不断地改进，性能在不断地提高，而国产离子膜从问世至今也不过短短十几年，但其各项性指标能也在应用中不断改进,逐步完善,性能指标已与进口离子膜相当，甚至部分指标优于进口离子膜。在国内氯碱企业的大力支持和应用下，通过自身不断改进、突破，相信在不远的将来，中国制造一国产离子膜必将成为国内甚至世界氯碱企业的主流选择参考文献1张铎.新一代国产氯碱膜DF2807的应用数据对比 J.中国氯碱,2 0 19(11)：:4-6.2宗少杰.东岳离子膜DF2807的应用 J.中国氯碱,2 0 19(8):6-8.