Recherche et Application du contrôle de température pour chaque électrolyseur séparément

1L’influence de la T T température des cellules sur le fonctionnement des électrolyseurs

1.............1 influence de la température de la cellule d’électrolyseur sur la tension de la cellule

L’influence de la température des cellules d’électrolyseur sur la tension des cellules se reflète principalement dans les trois aspects suivants: la résistance des conducteurs métalliques, la résistance des électrolytes et la résistance des membranes ioniques. Pour les conducteurs métalliques, lorsque la température augmente, la vibration des cations métalliques à l’intérieur du conducteur s’intensifie, ce qui entrave le mouvement des électrons et entraîne une augmentation de la résistivité; Pour les électrolytes, lorsque la température augmente, la vitesse de déplacement des ions se déplaçant librement dans la solution s’accélère, ce qui entraîne une diminution de la résistivité électrique; Pour les membranes échangeuses d’ions, à mesure que la température augmente, la membrane se diforme, les pores augmentent et la résistance de la membrane diminue. Sur la base de l’analyse ci-dessus, l’impact de l’augmentation de la température de fente sur la diminution de la tension ohmique dans les conducteurs métalliques, l’électrolyte et la membrane ionique n’est pas le même schéma. Mais selon l’expérience de fonctionnement réelle, à mesure que la température du réservoir augmente, la tension du réservoir diminue.

Quand la densité actuelle, la température, et la concentration d’alcali de différentes cellules électrolytiques sont différentes, il est impossible de comparer le fonctionnement de tension des cellules. Par conséquent, la formule pour corriger la tension de la cellule est dérivée comme suit:

Le V_{Valeur de modification} Dans la formule est la tension moyenne corrigée de la cellule, V; K K_tEst le coefficient de correction de température, 0,013 /℃ ℃ ℃ ℃ ℃; K K_{C C}Est le facteur de correction de la concentration, 0,017 /%;λ₁Est la densité de courant de fonctionnement corrigée, KA/m²Le cas échéant, λ λ₂Est la densité actuelle de courant de fonctionnement, KA/m².

Le K_tDans la formule est le coefficient de correction de température. Une analyse plus approfondie de ce coefficient révèle la relation entre la température et la consommation d’énergie du procédé, où pour chaque augmentation de température d’un degré Celsius, la consommation d’énergie du procédé à courant continu diminue d’environ 13 kW·h.

1.2. - L’influence de la température de l’électrolyseur sur l’efficacité actuelle

Lorsque la température de l’électrolyseur est inférieure à 90℃, comme la température de l’électrolyseur augmente, la taille des pores de la membrane d’ions augmente, et la migration des ions de sodium dans la membrane augmente, ayant pour résultat une augmentation de l’efficacité actuelle. Cependant, en raison de l’augmentation des pores, il entraînera également une augmentation de la teneur en sel de l’alcali et la production de chlorates dans une certaine mesure.

1.3 Influence de la température de l’électrolyseur sur le fonctionnement sûr des cellules d’électrolyseur

Pour le fonctionnement des cellules d’électrolyseur, la température des cellules est non seulement un indicateur de fonctionnement économique, mais également un indicateur de fonctionnement sûr. Dans la cellule d’origine d’électrolyseur à haute densité de courant, la plage de contrôle de température de la cellule est inférieure à 90℃, sur cette base, plus la température de la cellule est élevée, plus la tension de la cellule d’électrolyseur est basse. Après la transformation à distance de pôle zéro de la cellule d’électrolyseur est terminée, la membrane ionique est étroitement attachée à la cathode de la cellule d’électrolyseur, et le contrôle de divers indicateurs de la cellule d’électrolyseur est plus strict. La température de la cellule est généralement exigée pour être commandée au-dessous de 87℃. Si la température de la fente est trop élevée, elle peut entraîner le vieillissement du joint du cadre de la fente et, dans les cas graves, il y a un risque de fuite; D’autre part, lorsque la température du réservoir dépasse 90℃, le rapport eau/vapeur à l’intérieur du réservoir de l’unité augmente, conduisant à l’électrolyse de l’eau et à la formation de bulles d’eau sur la membrane ionique.

2 principe de contrôle et flux de processus de la température de la cellule d’electrolytzer

La réaction d’électrolyser une solution saline saturée est une réaction résistante à la chaleur, et la chaleur de réaction est éliminée par refroidissement du liquide cathodique pour maintenir la stabilité de la température de l’ensemble du système d’électrolyse. En prenant l’exemple de l’usine de chlore et d’alcali interne A, le flux spécifique du procédé est le suivant: la catholyte de 8 cellules électrolytiques est recueillie et entre dans le réservoir de circulation de catholyte D-270. Il est ensuite pompé par la pompe de circulation catholyte P-274 vers le réservoir de haut niveau catholyte D-273. Une partie de la solution alcaline dans la figure est envoyée à l’échangeur de chaleur de solution alcaline en circulation E-273, et la température de la solution alcaline en circulation est contrôlée par l’échange thermique d’eau en circulation. 32% des ions alcalins dans le réservoir de haut niveau D-273 de la cathode liquide s’écoulent dans la cellule électrolytique, et de l’eau pure (condensat de procédé) est ajoutée le long du chemin pour ajuster la concentration de la solution alcaline. Le flux de processus du liquide cathodique dans la cellule électrolytique montre que la température des 8 cellules électrolytiques est réglée dans son ensemble à travers l’échangeur de chaleur E-273 de solution alcaline en circulation. L’organigramme du processus du système cathodique liquide dans la cellule électrolytique est représenté à la Figure 1.

Fig. 1 flux de procédé du système catholyte à cellules électrolytiques

3 Contrôle de la température de la cellule d’electrolytzer

Le cycle actuel de mise à jour de la membrane ionique à l’usine de chlore alcalin interne A est d’environ 2 ans. En raison des différences dans le temps d’utilisation de la membrane ionique et l’état des réservoirs, il existe certaines déviations dans la température et la tension de l’électrolyseur 8. Les données de fonctionnement spécifiques sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1 données opérationnelles des cellules d’électrolyseur avant la mise en œuvre du projet

Des statistiques ci-dessus, on peut voir que sous le même courant de fonctionnement, en raison des différences dans l’état des cellules et le cycle de fonctionnement de la membrane ionique, il y a une certaine déviation dans la température des 8 cellules d’électrolyseur. La température des cellules G et H A pratiquement atteint ou dépassé la limite maximale de contrôle, tandis que la température des cellules A, B, C, D, E et F est relativement basse, et il y A encore une certaine marge de réglage. Actuellement, les températures les plus basses et les plus élevées des 8 cellules d’électrolyseur sont de 83,7 ° c.℃Et 86,91 ℃, avec une déviation de 3,21℃....... Cela est principalement dû au dépôt graduel d’impuretés dans l’eau salée à la surface ou à l’intérieur de la membrane, car la membrane échangeuse d’ions est utilisée pendant une plus longue période de temps, ce qui entraîne une diminution de la tension de la membrane, une augmentation de la production de chaleur et, finalement, une augmentation de la température du réservoir. En outre, il est également lié à la situation de la cellule électrolytique.

Le contrôle de température de la cellule d’électrolyseur adopte le contrôle centralisé de la solution d’alcali de circulation de catholyte, qui ne peut pas réaliser l’ajustement séparé de la température de la cellule d’électrolyseur. Afin d’assurer une production sûre et stable, la température de la cellule la plus élevée parmi les 8 cellules électrolytiques ne peut être utilisée que comme référence pour le contrôle. Si la température de la solution alcaline d’entrée de chaque cellule électrolytique peut être contrôlée séparément, elle peut encore améliorer la température de fonctionnement des cellules d’électrolyseur individuelles avec des températures de cellule basses et encore réduire la consommation d’électricité de procédé.

4 conception de processus du projet de contrôle de température pour le cloisonnement des cellules d’électrolyseur

Selon le fonctionnement des cellules d’électrolyseur de chlore alcalin interne A, la température maximale des cellules C, E, G et H A fondamentalement atteint la limite maximale. Si la température de la solution alcaline circulante à la sortie d’e-273 peut être augmentée, la température globale des 8 cellules d’électrolyseur augmentera de manière significative, et la température des cellules C, E, G et H dépassera 87℃, ce qui ne peut pas répondre aux exigences de contrôle de sécurité. Par conséquent, on envisage d’ajouter des échangeurs de chaleur à plaques (E-230, refroidisseur alcalin) à l’entrée des électrolyseurs C, E, G et H, en utilisant de l’eau de refroidissement pour refroidir et réduire la température de la solution alcaline entrant dans le réservoir, abaissant ainsi la température de la solution alcaline sortant du réservoir. Cela peut augmenter la température globale d’autres électrolyseurs et atteindre l’objectif de contrôler la température de l’électrolyseur séparément. L’organigramme du projet de contrôle de la température pour le cloisonnement des cellules d’électrolyseur est présenté à la Figure 2.

Le cycle de remplacement des membranes ioniques dans les cellules électrolytiques de l’usine chlore-alcaline interne A est de 2 ans, avec quatre membranes ioniques à cellules électrolyseuses remplacées chaque année. Par conséquent, le plan préliminaire de mise en œuvre est considéré comme suit: tout d’abord, installer quatre échangeurs de chaleur à plaques à température contrôlée segmentée, et les quatre autres cellules d’électrolyseur compléteront simultanément l’installation de conduites d’eau en circulation, de conduites de liquide alcalin et de transmission de température à distance. La fondation civile des échangeurs de chaleur à plaques sera faite et les câbles connexes seront posés. Au stade ultérieur, sur la base de la température de chaque cellule électrolytique sans utiliser d’échangeurs de chaleur à plaques segmentés à température contrôlée, les échangeurs de chaleur à plaques segmentés à température contrôlée, les sections courtes d’entrée et de sortie, et les vannes de contrôle automatique de l’eau de circulation peuvent être installés comme un module entier (module de contrôle de température segmenté) dans n’importe quelle cellule électrolytique en fonction de la température de chaque cellule électrolytique.

Effet de mise en œuvre attendu:Usine de chlore alcalin AA titre d’exemple, le C, E, G et HélectrolyseursAvoir la température la plus élevée. Des échangeurs de chaleur à plaques à température contrôlée sont installés à l’entrée de la solution alcaline de ces 4 électrolyseurs pour contrôler la température du réservoir au-dessous de 87 degrés Celsius. A l’exception des quatre éléments d’électrolyseur mentionnés ci-dessus, la cellule A A la température la plus élevée. Si la température de la solution alcaline à la sortie d’e-273 est augmentée pour ajuster la température globale de la cellule d’électrolyseur, en supposant que l’augmentation de température de chaque cellule est la même, alors la température de la cellule A est la plus élevée. Si la température de la solution d’alcali à la sortie d’e-273 est augmentée pour ajuster la température globale de la cellule d’électrolyseur, en supposant que l’augmentation de température de chaque cellule est la même, le point final d’ajustement est quand la température de la cellule A atteint 87℃. A ce stade, les températures deélectrolyseurS C, E, F, G, H et D sont tous autour de 87℃, et les températures deélectrolyseurS A, B et D sont augmentés de 1.9℃.

5 mise en oeuvre analyse des effets et des avantages du projet de contrôle de la température pour le cloisonnement des cellules d’électrolyseur

Après la maintenance en août 2022, l’usine de chlore alcalin interne A A terminé tous les travaux de mise en œuvre du projet de contrôle de température pour les électrolyseurs séparément. Après le fonctionnement du système, l’observation a montré que le C, E, G et HélectrolyseurS étaient encore les quatre électrolyseurs ayant la température la plus élevée, il n’était donc pas nécessaire de changer la position d’installation du module de contrôle de température des électrolyseurs. La température deélectrolyseurA est le plus élevé parmi les 4 autres électrolyseurs, et l’ensembleélectrolyseursLa température du système est ajustée en fonction deélectrolyseur A. après ajustement selon les procédures de fonctionnement prédéterminées, La température de l’électrolyseur a été augmentée de 0,38-2,2 ℃, et la tension de la cellule a diminué de 0,23-2,32v, avec une diminution significative de la tension de la cellule.

Après la mise en œuvre du contrôle de la température de l’électrolyseur, la consommation totale d’électricité du procédé a diminué de 5032,23kw · h/ j. Sur la base de 350 jours de fonctionnement par an, les économies annuelles de consommation d’électricité du procédé ont été de 1761280,5kw · h/ j. La redevance d’électricité est calculée à 0,4 RMB/(kw · h), et l’investissement en équipements et matériaux est de 541 900 RMB. En cas d’amortissement sur 5 ans, les avantages économiques sont de 6015551,20 RMB/a.

6 conclusion

En raison des différences dans le temps de remplacement de la membrane et les conditions des cellules, il existe des problèmes objectifs avec les écarts de température des cellules parmi les huit cellules d’électrolyseur. Cependant, en raison des limites de la conception du processus de contrôle de la température des cellules et des exigences relatives aux indicateurs de température des cellules, il est impossible d’obtenir un contrôle optimal de la température des cellules des huit cellules au moyen des procédés existants. Actuellement, l’usine A de chlore et d’alcali interne prend la tête de la réalisation d’un contrôle indépendant de la température des cellules d’électrolyseur dans l’industrie du chlore et d’alcali. Grâce à la mise en œuvre de ce projet de modification, il a réduit l’écart entre les températures de 8 électrolyseurs et augmenté la température globale de fonctionnement du système catholyte, réduisant davantage la consommation d’énergie dans le procédé de soude caustique avec des effets d’économie d’énergie importants. Il revêt une grande importance promotionnelle au sein de l’industrie. En tant que société d’ingénierie expérimentée dans le domaine du chlore alcalin,BPC s’engage à fournir des services de mise à niveau pour les clients du chlore alcalin dans le monde entier.