齐鲁氯碱厂烧碱装置及生产技术的改进
王京平李兆华
(齐鲁石化股份公司氯碱厂，淄博255411)
摘要总结了齐鲁氯碱厂烧碱装置及生产技术的改进。
关键词烧碱装置生产改进
Modifications of caustic soda facility and production techniques of the chlor-alkali plant of Qilu petrochemical Inc.
Wang Jingp ing L i Zhaohua
(Chlor-Alkali Plant of Qilu Petrochemical Inc.,Zibo,255411)
Abstract T he modifications of caustic soda facility and production techniques of chlor-alkali plant of Q ilu Petrochemical Inc.are summarized.
Key words caustic soda,facility,production,modification
我厂烧碱装置主要包括100单元的盐水精制, 200单元电解,300、400、500单元烧碱蒸发,600、700、800、900单元、氢气处理。自开车以来，出现问题最多的是电解单元和烧碱蒸发工序。
M DC-55型电解槽采用扩张金属阳极、改性隔膜技术，代表着70年代末80年代初的世界隔膜电解技术水平；电解生产工艺采用美国钻石公司的专利，由日本氯工程公司成套引进。电解槽的运行一直处于比较被动的状态：隔膜性能不稳定，不适应高电流密度下的运行；工艺指标达不到设计水平；槽体泄漏引起腐蚀严重等。烧碱蒸发生产工艺采用柴仑巴四效逆流强制循环生产工艺，由于烧碱具有强腐蚀性，烧碱腐蚀引起的装置频繁停车是制约装置达标的主要因素。 如何充分消化和吸收先进技术，发挥引进装置的优势，提高电解槽的运行质量，是关系到烧碱装置乃至全厂整体效益发挥的关键。
1隔膜配方优化试验研究
自1988年6月装置投产以来,M DC-55型电解槽曾一度存在着隔膜运行状况不良，电解液中氯酸盐含量高，总管氧含量超标等技术难题，严重地制约了电解槽的高负荷运行，影响了改性隔膜技术的发挥。表1是开车初期电解槽的运行状况。
表1电槽开车初期运行状况
设计值1988年1989年1990年1991年1992年1993年电流负荷/kA11892.2293.2296.5689.4294.8099.93总管Q(NaClO
3
)/(g/L)[0.250.2420.3820.5540.5160.6280.601电流效率/%95.094.0392.0690.6591.3291.3490.41历年烧碱产量/t20000043489135609140002114422140030160217
采用CEC公司提供的隔膜吸附配方和吸附工艺制作的阴极隔膜表现为隔膜性能不稳定、渗透性差、机械强度低的弱点，且隔膜寿命短,50天后电流效率出现大规模下降。作为隔膜吸附主要材料的加拿大VAG石棉存在着酸失量大、纤维孔径小的缺点，且石棉纤维长度分布较宽，并存在着大量的石棉碎屑。用这种石棉制作的阴极隔膜上槽初期，阳极液位高达600mm以上；运行后期石棉流失严重，阳极液位大幅度降低，靠掺加石棉绒灌浆和提高盐水流量来维持电槽的运行。大规模的除槽和低负荷运行制约了烧碱装置乃至全厂装置的安稳、长、满、优运行。
为了从根本上改变这种局面，我厂积极与国外有关厂家进行技术交流。1994年，在与美国西方技术公司(Oxytech)和PPG公司进行技术交流时了解到，津巴布韦产氯碱专用棉Z1b、Z2更适应M DC-55型电解槽高负荷运行的需要。我厂立即引进这种石棉
第12期1999年12月
氯碱工业
Chlor-Alkali Industry
No.12
Dec.,1999
及与之相配套的第二代改性剂SM-2，开始了大规模的隔膜吸附配方优化工业性试验。
津巴布韦Z1b、Z2石棉纤维长度较短，长棉Z1b 纤维长度分布在3~5mm范围内，短棉Z2棉的纤维长度在1~2mm范围内。石棉绒柔韧性好，制作隔膜时不需要长时间的苛化；石棉酸失量小，更适合我厂电槽酸性盐水上槽的需要。
SM-2属无机盐复合型改性剂，加上其独特的微观树枝状立体结构，决定其易在浆液中分布。表2是用Z1b、Z2棉SM-2制作的隔膜投用初期运行数据。
表2SM-2试验电解槽吸附及投用初期情况
槽号干吸真空
度/M Pa
投用
日期
陶瓷防静电活动地板盐水流量
m3/h
阳极液位
mm
Cl2
%
O2
%
NaOH
g/L
NaClO3
g/L
电流效率
%
槽压
V
槽温
e
360.6495-06-06 1.7025099.30.51240.0398.9 3.2996 420.6795-06-08 1.7027098.90.91430.0897.9
3.3095 580.6395-06-03 1.7030098.90.91340.0498.0 3.3097 600.5195-06-06 1.7028099.10.71290.0298.5 3.2696 610.6795-06-07 1.7030099.10.71440.0398.5 3.4197 780.6395-05-19 1.7055098.6 1.21350.0297.5 3.4599 830.5295-05-23 1.7035098.2 1.51250.0596.8 3.3397 860.5195-05-26 1.7030098.90.81260.0398.2 3.3698 980.6395-05-22 1.7036098.6 1.21370.0897.3 3.3998 1210.5195-05-29 1.7031099.00.81340.0998.0 3.3198 1220.5295-06-02 1.7035098.7 1.11310.0597.6 3.2596平均值0.59 1.7033098.80.91330.04797.9 3.3397
由于使用Z1b、Z2棉和SM-2制作的阴极隔膜表现出良好的运行特点，我们进一步优化隔膜配方，并且不断扩大试验规模，摸索适应我厂电解槽运行的隔膜配方，电解槽整体的运行性能有了明显的改善，各项运行指标达到或超过合同保证值：电流效率在96%以上，氯中含氧在115%(体积分数)以下，电解液总管的氯酸盐含量降到0.15g/L以下，隔膜寿命达到1年半以上，烧碱产量突破20万t/a设计值, 1996年达到21.6万t。与试验前相比，每年的直接经济效益达4000万元以上，电解槽表现出有规律高质量的运行状态。我厂电解槽近几年的运行情况见表3。
表3电解槽近几年运行情况
设计值1994年1995年1996年1997年1998年电流负荷/kA118107.27114.53116.20115.38113.17总管Q(NaClO
3
)/(g/L)[0.250.960.450.250.100.15电流效率/%95.092.1193.4496.2897.4597.34历年烧碱产量/t200000177025190094216000207064192397
2电解槽降压节能试验
随着电解槽运行时间的增长，阳极状况发生了较大的变化，表现为贵金属含量降低、涂层表面活性点减少等。上槽后，槽电压上涨，阳极半电位升高；同时由于运行时间的增长，槽间连接铜排变形严重，接触电压升高，有时甚至超过100m V以上。在这种情况下，我们从槽电压的构成入手，全方位试验，达到降低槽电压节能的目的。
211阳极的修复和更新
1997年我们购进了阳极电位测试仪(SEP)，建立了阳极涂层检测评价实验室，配置X射线衍射仪，进行阳极涂层贵金属的测试；结合析氯电位和阳极半电位的测量，对阳极涂层的性能进行及时、准确评估；有计划地对阳极进行修复(重涂、挂网)和更新。到目前为止，我厂共挂网、重涂和新制作阳极40多台。这部分阳极上槽后表现出良好的特性，阳极半电位下降100m V左右，碱电耗降低70kW#h/(t#NaOH)。我们通过试验还发现，挂网和重涂阳极上槽后的各项指标已经达到新制阳极的水abs082
平，但维修成本却大幅度降低，微网(重涂)阳极的维修费用仅是新做阳极的1/3。在我厂大量阳极涂层活性下降的情况下，这种修复方式，无疑是充分利用旧的阳极基体以节约投资的一条捷径。
212极距改进试验
M DC-55型电解槽阴阳极之间的距离大约在6 mm左右，溶液电压降大约占槽压的12%，是槽电压中不可忽视的一部分。
根据欧姆定律可以发现，极距间溶液压降与其距离成正比，当然并非极距越小越好，还要考虑气泡效应的影响。
我厂于1998年采用52mm和5215mm的隔离棒，进行小极距节能试验，具体试验结果如表4所
键盘防尘罩15
第12期
1999年12月王京平等：齐鲁氯碱厂烧碱装置及生产技术的改进
示。
从表4可以看出:52150mm隔离棒试验槽电压平均3.39V;5 2.00mm隔离棒试验槽槽压平均为3.37V；同期53.00m m隔离棒的电解槽槽压为3.41V，与之相比，槽电压分别降低0.02V和0.04 V，节能效果十分明显。但考虑到气泡效应的影响，我们认为52.00mm的隔离棒已经是最低限度，不能再降低其尺寸。
表4小极距节能试验结果
槽号上槽日期V(Cl2)
%
V(O2)
船用靠球%
G(CE)
%
槽压
Vn0492
规格
mm
111 5.1798.5 1.197.5 3.40 2.50
47 4.1698.3 1.396.4 3.38 2.50
25 5.799.00.898.0 3.36 2.00
132 5.1198.90.897.8 3.36 2.00
80 5.1999.10.898.0 3.37 2.00
141 5.1998.90.897.7 3.39 2.00
135 5.2298.4 1.297.2 3.37 2.00
152 5.2599.10.798.2 3.38 2.00 213降低接触电压试验
槽间连接铜排接触电压降也是槽电压重要的一部分。MDC-55型电解槽接触电压原设计为45 mV，但随着运行时间的增长，槽体泄漏腐蚀等原因引起铜排变形、接触面凸凹不平。
1998年度我厂进行加厚连接小铜排试验，并对变形严重者进行矫正处理，接触面腐蚀严重的重新打磨出新的铜接触面。通过以上措施，旧的小铜排接触电压平均降低10mV，新加厚铜排的接触电压降较平均水平降低20mV左右。
3槽盖国产化和新材料的应用
腐蚀是氯碱企业的一大特点，特别是槽体及附属设施，都是腐蚀较严重的部位，往往局部腐蚀泄漏造成整个装置的停车。
兔毛纱线我厂防腐实验室开展腐蚀技术分析和防腐工艺研究。通过反复试验，成功地使用海特隆树脂制作电解槽槽盖。到目前为止，已经制作完成60多台。上槽后，运行效果良好，估计寿命可达10年以上。每台节约制造成本5万元，效益十分明显。针对旧槽盖变形发生泄漏的现象，我厂技术人员经过摸索，研制出钢圈加固槽盖，并以试验用卡具代替拉簧，投用后都已取得良好的效果。
由于海特隆树脂具有耐高温、耐腐蚀的特性，我厂开始在部分管线、电解液管线、上槽盐水支管试验用海特隆树脂制作的玻璃钢材质的管线。使用1年后检查，管线无明显腐蚀的迹象，耐腐蚀能力特别好，我厂计划全面推广使用这种玻璃钢管线。
在对外技术交流过程中，我们了解到氯化聚氯乙烯具有更好的耐强酸、强碱能力。1997年，我厂采用氯化聚氯乙烯材质的支管、氢气支管和电解液漏斗在电槽上试验。历经1年的考验，发现其质量稳定，能够满足离子膜装置对管线耐腐蚀能力的要求。
烧碱蒸发一效与其他效体相比，操作温度最高，碱浓度最大，工作压力最高，对材质的要求最苛刻，腐蚀最严重。价值几百万元的一效加热室，平均3年换1次。我厂组织技术人员攻关，分析引起腐蚀的主要原因为应力腐蚀、磨蚀、冲击腐蚀等。根据这种情况，在1998年大检修时，更换一效加热室的材质，原设计为E-brite，现在为Ni，相应地改变了设备的加工工艺和操作工艺，传热效果提高，一效蒸发温度降低50 e，降低了一效蒸发室的腐蚀，延长了使用寿命，降低了运行成本和检修费用。
4电解槽计算机管理系统
为更好地强化电解槽管理，我们于1992年开发了电解槽综合管理系统。该系统集存储、分析、查询、判断、打印等功能，将电解槽的运行、除槽、检修三过程结合在一起，具有较高的分析功能。实现大量数据跟踪和判断，特别是在隔膜配方试验过程中发挥了巨大作用，从隔膜吸附制作到运行过程中建立了一套完整的动态跟踪和监控。该系统对数据的分析判断准确，避免了人为的主观因素的发生；该系统存储了大量有价值的历史数据，对于指导电解槽的运行有较大的价值。
5其他降低能耗物耗的技术改造
烧碱装置作为能耗物耗大户，一直没有停止过节能降耗的技术改造。较多的蒸发冷凝液，除供本装置使用外，与强制循环泵密封水一同被回收，统一用管线送至盐水系统化盐，节约了大量的生产用水。工业水单耗比上年降低了0.66t/(t#NaOH)，全年累计节约用水8万多t，节约资金近200万元；同时减少排污费达150多万元/a。我们还对氢气洗涤水和电槽冲洗水进行回收，大大降低了烧碱的生产成本。
总之，烧碱装置作为我厂的龙头，自开车以来一直没有停止过技术攻关和技术改造。技术进步使我厂在隔膜制作、电槽运行管理及检修等环节形成一套成熟的管理经验，蒸发装置的运行也提高到一个新水平。我厂应充分利用计算机管理和单片阳极测试仪等先进管理手段的优势，进一步发挥改性隔膜技术低成本、高效益的优越性，降低烧碱的物耗能耗，力争为我国氯碱企业的振兴做出贡献。
(1999-06-30收稿)
16氯碱工业1999年第12期
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