CN115744836B - 一种基于电池原理的阳极保护分酸器 - Google Patents
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Abstract
一种基于电池原理的阳极保护分酸器，包括分酸槽，每个分酸槽内至少安装一个高电位电解槽，该高电位电解槽包括壳体及其两侧密封安装的质子交换膜构成电解槽的外壳，该外壳内充满内电解液并设置有内丝网或内孔板；所述外壳的上部设有注液口，下部设有排污口。本发明提供了一种新的阳极保护形式，无需电连接至塔外，无需塔体开孔及密封，无需外接恒电位仪；使阳极保护分酸器的安装、使用、维护得以大幅简化，具有更好的工业应用效果。
Description
技术领域
本发明属于浓硫酸分酸器及阳极保护技术领域，具体指一种基于电池原理的阳极保护分酸器。
背景技术
阳极保护分酸器是一种施加了阳极保护技术的浓硫酸分布装置，其结构形式通常为槽管式或管式。在硫酸生产中，分酸器安装于干燥塔、吸收塔内的顶部，由酸泵输送至塔顶的浓硫酸进入分酸器后，被分散成若干股细流，可显著提高浓硫酸与空气、二氧化硫或三氧化硫气体的接触面积，提高吸收效率。
阳极保护技术是一种防腐蚀技术，以不锈钢材料制作的分酸器经阳极保护后在浓硫酸中的腐蚀率下降至＜0.1mm/a，从而使分酸器获得理想的使用寿命。阳极保护技术的实施需在分酸器上增设阳极保护装置，在每个分酸槽内需增加一至二根阴极，并在分酸槽内安装控制参比电极及监测参比电极；所有部件需电连接至塔外，并接入到恒电位仪中，由恒电位仪向分酸器供电，并控制其电位，达到阳极保护的效果。此阳极保护分酸器技术成熟、应用效果良好，但由于安装部件较多、安装过程较复杂、塔体需开孔引线及密封，运行过程中需专人进行恒电位仪的操作和维护。安装和使用较繁琐，使其应用受到了限制。
发明内容
本发明提供一种基于电池原理的阳极保护分酸器，无需电连接至塔外，无需塔体开孔及密封，无需外接恒电位仪；使阳极保护分酸器的安装、使用、维护得以大幅简化，具有更好的工业应用效果。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于电池原理的阳极保护分酸器，包括分酸槽，每个分酸槽内至少安装一个高电位电解槽，该高电位电解槽包括壳体及其两侧密封安装的质子交换膜构成电解槽的外壳，该外壳内充满内电解液并设置有内丝网或内孔板；所述外壳的上部设有注液口，下部设有排污口。
所述内丝网或内孔板的表面积与分酸槽与浓硫酸的接触面积之间的比值为1:20～1:50。
所述内电解液由98%硫酸或93%硫酸、65%HNO3及硝酸钠构成，具体配比为：150ml硫酸体积：1～3ml硝酸体积：xg硝酸钠，x取值为0.5～3g，跟该内电解液适配的内丝网或内孔板的材质为不锈钢或合金材料。
本发明是在分酸槽内增加高电位电解槽，其较高的电位与分酸器本体的低电形成电位差，从而形成定向电流，使分酸器本体电位升高，达到阳极保护的效果。基于当前阳极保护分酸器安装、使用较复杂的问题，本发明提供了一种新的阳极保护形式，无需电连接至塔外，无需塔体开孔及密封，无需外接恒电位仪；使阳极保护分酸器的安装、使用、维护得以大幅简化，具有更好的工业应用效果。而且分酸器使用过程中无需操作和维护，只需定期更换高电位电解槽的内电解液即可，更换周期为12个月。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明高电位电解槽的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步理解和达到本发明所采取的技术，下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示，当分酸器在塔内安装完成后，将图2所示高电位电解槽固定安装于分酸槽内，并用连接钢条5将高电位电解槽与分酸槽2焊接，每个分酸槽2内安装一至二个高电位电解槽；一个高电位电解槽则安装于分酸槽长度方向的中间，二个高电位电解槽则按分酸槽长度方向平均分布。
当酸泵开启，浓硫酸进入进酸管1，再进入分酸槽2，依靠联通管3将浓硫酸分散到各分酸槽2，分酸槽2内保持一定的深度，保证将高电位电极槽浸没。浓硫酸从分酸细管6流出，将浓硫酸分散成多股细流。起到分布硫酸，增加浓硫酸与气体接触面积的作用。
如图2所示，每个分酸槽2内至少安装一个高电位电解槽4，该高电位电解槽4包括壳体41及其两侧密封安装的质子交换膜44构成电解槽4份外壳，该外壳内充满内电解液42并设置有内丝网或内孔板43；所述外壳的上部设有注液口45，下部设有排污口46。
所述内丝网或内孔板43的表面积与分酸槽2与浓硫酸的接触面积之间的比值为1:20～1:50。该比值表示内丝网或孔板1个单位面积可以保护分酸器20~50个单位面积，因内丝网或内孔板的空间有限，内丝网面积越小，说明高电位电解槽的性能越好。内丝网面积过小无法有效提升分酸器电位，即无法达到保护状态。内丝网面积过大，无法安装于高电位电解槽内。
当需更换内电解液时，打开排污口46，排尽电解槽内液体；由注液口45重新注入内电解液。
本发明的原理阐述如下：
304、304L、316、316L不锈钢用以制作浓硫酸分酸器，在未施加阳极保护时，分酸器在工况条件（93%硫酸或98%硫酸，60℃～80℃）下的电位为，E分≈-500mv（相对于饱和甘汞电极），此电位为不锈钢的腐蚀电位，腐蚀率较高为0.5～1.2mm/a，施加阳极保护后，即使用恒电位仪给分酸器通正直流电，分酸器的电位上升至100～300mv，进入到不锈钢的钝化电位，不锈钢的腐蚀率显著降低，腐蚀率＜0.1mm/a，分酸器的使用寿命得到极大延长。
本发明中使用高电位电解槽为分酸器供电，内丝网或内孔板采用不锈钢或合金材料，具有高比表面积，浸泡于内电解液中；电解液采用氧化性无机酸及其它成分，内电解液浓度及成分可根据所需的电位进行调整，使内丝网或内孔板在内电解液形成较高的电位。
本发明中内电解液42由98%硫酸或93%硫酸、65%HNO3及硝酸钠构成，具体配比为：150ml硫酸体积：1～3ml硝酸体积：xg硝酸钠，x取值为0.5～3g，跟该内电解液适配的内丝网或内孔板43的材质为不锈钢或合金材料，如为钛材、254SMO、310S、2507等。
本发明中内电解液浓度及成分确定的过程及验证数据如下：
验证过程是，H型电解池，左侧加150ml硫酸+1.5g硝酸钠，浸入1cm2的310s不锈钢；右侧加150ml硫酸，浸入20cm2的310s不锈钢。左侧不锈钢初始电位约400mv，右侧不锈钢初始电位-450mv，将左、右不锈钢用导线短接，右侧电位快速上升至220mv，经24h达到310mv，后缓慢上升至360mv，并持续保持该电位，经7×24h小时实验后，右侧试件取出称重，计算腐蚀率约为0.03mm/a，说明右侧试件得到了很好的保护。
调节内电解液成分构成，使内丝网或内孔板在内电解液中的电位达到400mv以上，调节成分的试验结果如下表所示：
质子交换膜密封安装于高电位电解槽的两端，起到隔离内、外电解液的作用，内、外电解液可进行质子交换，电子迁移，但内外电解液无法进行物质交换，内、外电解液组份、浓度基本保持恒定；电解槽的外壳中封装内电解液，外壳与分酸槽通过连接钢条5进行连接，使电解槽与分酸槽电导通。
高电位电解槽与分酸槽接通后，由于内丝网或内孔板电位E内与分酸器电位E分存在电位差，使电子迁移产生电流，电流大小为I=（E内-E分）/（R溶液+R膜+ R膜界+R分），R溶液为电极迁移路径的溶液电阻，R膜为质子交换膜内阻，R膜界为质子交换膜与内、外电解液的界面电阻，R分为分酸槽与浓硫酸接触的界面电阻。电流逐步提高分酸器的电位至钝化电位，达到同样的保护效果，即腐蚀率＜0.1mm/a。
本发明中使用高电位电解槽代替外接恒电位仪，无需外接电源，塔内分酸器无需电连接至塔外，塔体无需开孔，在塔内完成安装即可。无需专人进行维护和仪器操作，只需在装置停车期间进行检修。高电位电解槽的内电解液可更换，也可根据所需电位进行浓度和成分调节。
Claims (1)
1.一种基于电池原理的阳极保护分酸器，包括分酸槽，其特征在于，每个分酸槽（2）内至少安装一个高电位电解槽（4），该高电位电解槽（4）包括壳体（41）及其两侧密封安装的质子交换膜（44）构成电解槽（4）的外壳，该外壳内充满内电解液（42）并设置有内丝网或内孔板（43）；所述外壳的上部设有注液口（45），下部设有排污口（46）；所述内丝网或内孔板（43）的表面积与分酸槽（2）与浓硫酸的接触面积之间的比值为1:20～1:50；所述内电解液（42）由98%硫酸或93%硫酸、65%HNO3及硝酸钠构成，具体配比为：150ml硫酸体积：1～3ml硝酸体积：xg硝酸钠，x取值为0.5～3g，跟该内电解液适配的内丝网或内孔板（43）的材质为不锈钢或合金材料。
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