CN103060840A - 一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法，将现场取得的海水经过过滤后注入电解液水箱中，通过电解液水箱下部出口的电解液循环泵送入电解槽中进行电解，电解槽出水重新回到电解液水箱中进行循环电解；通过分析进水水质、有效氯含量、垢样成分等确定海水水质对电极的影响，为现场设备选型和系统设计提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法。
技术背景
随着沿海省份经济的发展，沿海地区开始大规模新建和扩建海滨电厂以满足不断增长的电力需求，海滨电厂利用海水进行电解制取次氯酸钠作为循环水杀菌灭藻剂的工艺及设备已开始获得应用，但是电解海水制取次氯酸钠缺乏动态模拟试验方法，尤其缺乏在实验室内完成模拟试验的方法。目前投用的电解设备大都以海水水质情况为依据，依靠经验进行设计。我国海岸线辽阔，各沿海地区海水水质差别较大，依靠经验设计的电解设备难免会出现电极寿命缩短，有效氯产量低，电流效率偏低，电解直流电耗偏高等问题，甚至出现极板短路击穿，电解槽外壳高温熔化等问题。因此迫切需要通过模拟试验对海水电解制取次氯酸钠的效果进行评价，对海水水质和电极本体对电解制氯影响进行试验分析，为电解设备的选型提供技术支持。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述问题，提供一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案：
一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法，其步骤如下：将现场取得的海水经过过滤后注入电解液水箱中，通过电解液水箱下部出口的电解液循环泵送入电解槽中进行电解，控制流速为0.5-5m3/h，电压5-10V，电解槽出水重新回到电解液水箱中进行循环电解；
其中，开始电解前分析海水中氯、钙、镁、锰和重金属含量情况，电解过程中观察电解电流的变化情况，从电解开始前即测定海水中的有效氯含量，并在电解过程中定期测定电解出水有效氯含量，将电解过程中产生的有效氯含量与电解电流和电解电压结合计算电流效率和直流电耗；
电解结束后，将电解槽中的极板取出，刮取极板表面垢样进行成分分析，并取电解液水箱底部沉积物进行成分分析，分析海水在电解过程中产生的结垢和沉积物质的特点；
刮取垢样后，将极板重新装回电解槽，采用4%-8%的盐酸溶液浸泡极板，浸泡1-2小时后，取浸泡液进行成分分析，并将剩余浸泡液排空，用清水冲洗电解槽；
根据上述各项分析结果确定海水水质对电极的影响，确定合适的电解设备。
所述电解液水箱为锥底结构，电解过程中产生的沉积物直接沉淀在锥底，电解液循环泵在锥底上部与电解液水箱相连，保证之前产生的沉积物不会随电解液重新进入到电解槽中；电解液水箱中装有电加热装置和温控装置，控制海水电解液水温在0-50℃。
本发明采用上述技术方案取得的有益效果如下：
（1）本发明提供了一种快速评价海水电解制氯效果的方法，通过电解过程中获得的有效氯产量、电解电压和电解电流等数据分析海水水质对电解制氯效率的影响，为现场设备选型提供数据支持。
（2）本发明方法采用循环电解方式，无需将大型设备放置在现场连续取用大量海水进行试验，仅采用小型模拟装置在实验室即可完成模拟试验；循环电解方式也加快了积垢的生成，缩短了试验时间，在实验室条件下能够实现快速分析垢样成分和沉积物成分，进而分析出海水水质对极板的影响，为现场设备选型和系统设计提供技术支持。
具体实施方式
实施例1
1. 动态模拟试验
将某电厂海水（海水水质情况见表1）通过该动态模拟试验方法进行循环电解试验，试验条件见表2。
表1 海水水质情况
表2 动态模拟试验条件
试验获得的有效氯产量和计算得到的电流效率和直流电耗情况见表3。
表3 海水电解模拟试验情况
试验中观察到的垢样情况：
（1）新极板在初始运行时，有效氯产量高，电流效率高，经过一段时间后，表面形成一层垢就会进入一个稳态运行状态，即垢的形成和剥离的一种平衡状态，但这种平衡状态是一种动态平衡，即仍然有垢的慢慢累积，只是累积的速度要远小于新极板的累积速度；
（2）极板积垢主要在阴极极板上，阳极极板基本没有垢；
（3）垢主要分布在阴极极板的根部和极板两侧即流量较小的地方，极板中心部分垢量较少，阴极极板进水侧垢较少，出水侧垢较多；
（4）海水电解后产生了一定量的沉积物，这应是在平衡状态运行中，从极板表面剥离的垢形成的。
2. 垢样及沉积物分析
刮取电极表面的垢样和水箱底部沉积物进行了成分分析，分析结果见表4至表6。
表4 动态模拟试验海水电解垢样ICP分析
从表4中可以看出，海水电解后的极板表面结垢均以钙镁垢为主，硫酸盐垢几乎没有，应该是以碳酸盐垢和氢氧化镁垢为主，有极少量的铝、锰、钛和铁，即在阴极局部pH值较高和流速较低的地方容易生成Mg(OH)2和CaCO3沉淀，而不存在硫酸盐垢。
对垢样还进行了高温灼烧试验，结果发现海水电解后形成的垢样中有27%为有机物。
由于海水电解后的沉积物出现了分层，因此对两层沉积物均进行了成分分析，结果如下。
表5 动态模拟试验海水电解上层沉积物ICP分析
表6 动态模拟试验海水电解下层沉积物ICP分析
从表5和表6中可以看出，海水电解沉积物以钙镁垢为主，且硫酸盐量很少，沉积物中以镁盐为主，钙盐很少。
3. 动态模拟试验极板酸洗情况分析
3.1 极板酸洗过程
根据上述分析结果，对海水电解后极板进行了盐酸浸泡清洗试验，盐酸浓度5%，浸泡时间1小时。
根据酸洗过程中的情况和酸洗结果发现：
（1）酸洗过程中电解槽内出现大量气泡，说明极板表面积垢中碳酸盐成分较多，这与垢样成分分析结果相吻合；
（2）酸洗过程中极板表面的垢不断溶解脱落，附着在积垢表面的有机物也随之脱落；
（3）盐酸与积垢反应较快，浸泡约10分钟后，极板表面均已基本清洗干净；
（4）酸洗后的极板表面干净，与新极板从外观上看没有差别，说明极板表面的积垢均是能够溶于盐酸的碳酸盐垢和氢氧化镁垢；
3.2 酸洗液成分分析
为进一步证实极板表面垢的成分和盐酸清洗效果，对海水电解极板酸洗后的酸洗液进行了成分分析，分析结果见表7。
表7 动态模拟试验海水电解极板酸洗液ICP分析
从表7中可以看出，酸洗液中以钙镁为主，硫酸盐很少，有少量的锰被清洗下来，这充分说明浓盐水电解后的积垢以碳酸钙和氢氧化镁为主，几乎没有硫酸盐，这些积垢完全能够通过盐酸清洗除去。
实施例2
1. 动态模拟试验
本实施例中海水水质见表8，动态模拟试验条件与实施例1相同。
表8 海水水质情况
试验获得的有效氯产量和计算得到的电流效率和直流电耗情况见表9。
表9 海水电解模拟试验情况
试验中观察到的垢样情况：
（1）新极板在初始运行时，有效氯产量高，电流效率高，经过一段时间后，表面形成一层垢就会进入一个稳态运行状态，即垢的形成和剥离的一种平衡状态，但这种平衡状态是一种动态平衡，即仍然有垢的慢慢累积，只是累积的速度要远小于新极板的累积速度；
（2）极板积垢主要在阴极极板上，阳极极板基本没有垢；
（3）垢主要分布在阴极极板的根部和极板两侧即流量较小的地方，极板中心部分垢量较少，阴极极板进水侧垢较少，出水侧垢较多；
（4）海水电解后产生了一定量的沉积物，这应是在平衡状态运行中，从极板表面剥离的垢形成的。
2. 垢样及沉积物分析
刮取电极表面的垢样和水箱底部沉积物进行了成分分析，分析结果见表10和表11。
表10 动态模拟试验海水电解垢样ICP分析
从表10中可以看出，海水电解后的极板表面结垢均以钙镁垢为主，硫酸盐垢几乎没有，应该是以碳酸盐垢和氢氧化镁垢为主，有极少量的铝、锰、钛和铁，即在阴极局部pH值较高和流速较低的地方容易生成Mg(OH)2和CaCO3沉淀，而不存在硫酸盐垢。
对垢样还进行了高温灼烧试验，结果发现海水电解后形成的垢样中有24%为有机物。
对海水电解后的沉积物进行了成分分析，结果如下。
表11 动态模拟试验海水电解沉积物ICP分析
从表11中可以看出，海水电解沉积物以钙镁垢为主，且硫酸盐量很少，沉积物中以镁盐为主，钙盐很少。
3. 动态模拟试验极板酸洗情况分析
3.1 极板酸洗过程
根据上述分析结果，对海水电解后极板进行了盐酸浸泡清洗试验，盐酸浓度5%，浸泡时间1小时。
根据酸洗过程中的情况和酸洗结果发现：
（1）酸洗过程中电解槽内出现大量气泡，说明极板表面积垢中碳酸盐成分较多，这与垢样成分分析结果相吻合；
（2）酸洗过程中极板表面的垢不断溶解脱落，附着在积垢表面的有机物也随之脱落；
（3）盐酸与积垢反应较快，浸泡约10分钟后，极板表面均已基本清洗干净；
（4）酸洗后的极板表面干净，与新极板从外观上看没有差别，说明极板表面的积垢均是能够溶于盐酸的碳酸盐垢和氢氧化镁垢；
3.2 酸洗液成分分析
为进一步证实极板表面垢的成分和盐酸清洗效果，对海水电解极板酸洗后的酸洗液进行了成分分析，分析结果见表12。
表12 动态模拟试验海水电解极板酸洗液ICP分析
从表12中可以看出，酸洗液中以钙镁为主，硫酸盐很少，有少量的锰被清洗下来，这充分说明浓盐水电解后的积垢以碳酸钙和氢氧化镁为主，几乎没有硫酸盐，这些积垢完全能够通过盐酸清洗除去。
Claims (2)
1.一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法，其特征在于其步骤如下：将现场取得的海水经过过滤后注入电解液水箱中，通过电解液水箱下部出口的电解液循环泵送入电解槽中进行电解，控制流速为0.5-5m3/h，电压5-10V，电解槽出水重新回到电解液水箱中进行循环电解；
其中，开始电解前分析海水中氯、钙、镁、锰和重金属含量情况，电解过程中观察电解电流的变化情况，从电解开始前即测定海水中的有效氯含量，并在电解过程中定期测定电解出水有效氯含量，将电解过程中产生的有效氯含量与电解电流和电解电压结合计算电流效率和直流电耗；
电解结束后，将电解槽中的极板取出，刮取极板表面垢样进行成分分析，并取电解液水箱底部沉积物进行成分分析，分析海水在电解过程中产生的结垢和沉积物质的特点；
刮取垢样后，将极板重新装回电解槽，采用4%-8%的盐酸溶液浸泡极板，浸泡1-2小时后，取浸泡液进行成分分析，并将剩余浸泡液排空，用清水冲洗电解槽；
根据上述各项分析结果确定海水水质对电极的影响，确定合适的电解设备。
2.根据权利要求1所述的一种电解海水制取次氯酸钠动态模拟试验方法，其特征在于所述电解液水箱为锥底结构，电解过程中产生的沉积物直接沉淀在锥底，电解液循环泵在锥底上部与电解液水箱相连，保证之前产生的沉积物不会随电解液重新进入到电解槽中；电解液水箱中装有电加热装置和温控装置，控制海水电解液水温在0-50℃。
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