探析电流密度变化对氯碱业dsa阳极及离子膜的影响

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1、东北大学硕士学位论文电流密度变化对氯碱业DSA阳极及离子膜的影响姓名：岳玲申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈建设20090601东北大学硕士学位论文摘要电流密度变化对氯碱业DSA阳极及离子膜的影响摘要风能是一种取之不竭的清洁能源，但风能的高度不稳定性，导致风电具有大幅度、随机的波动特性，严重制约了风电在电网中的比例。非并网风电理论提出将风电的终端直接应用于负载，不仅可避免风电对电网的冲击，而且可降低风电成本，使大规模风电利用成为可能。氯碱工业是耗能大户，电解的电耗约占制碱成本的50％，如能将非并网风电

2、应用于氯碱工业将有效地降低其生产成本。因此，模拟风电波动特性研究其对氯碱电解过程的影响很有意义。本文采用自行设计的小型离子膜电解槽，分别进行电流密度为3．5kA／m2(现行工业应用的电流密度)和5kA／m2两组长时间电解实验，对电解后的阳极进行极化曲线、循环伏安曲线等电化学测试和加速寿命测试，并结合XRD、SEM和EDS等检测手段研究大电流密度下电解对阳极的影响。进而设计制作了一套完整的离子膜法电解食盐水装置，采用高频脉冲电源，通过PLC实现输出电流的可编程控制，模拟风电的波动特性设置电流。通过计算机采集的氢气

3、流量、电流、电压等数据，研究电流密度变化对电流效率、槽电压等的影响。在工业阳极电流密度(3．5kA／m2)下电解，虽然随电解时间的延长，DSA阳极的电化学活性未受明显的影响，但在电解时间内阳极涂层的成分发生一定的变化，说明间歇电解会对DSA阳极的寿命与离子膜的性能有一定的影响。与阳极电流密度3．5kA／m2下的电解相比，阳极电流密度为5kA／m2时，DSA阳极的寿命略有下降，但仍可正常工作，表明其可用于高电流密度下电解。杜邦离子膜阴极侧出现大量水泡，长时间运行会导致离子膜起泡，分层、出现针孔，使膜严重破坏。膜上

4、大量针孔会导致碱中含盐量升高，氯气纯度下降，继续运行氯中含氢量过高会有爆炸危险。杜邦离子膜不适合在5kA／m2的电流密度下长时间使用。开发了一套基于风电特性的氯碱电解实验系统。该系统使用PLC实现自动化控制，操作性能良好，电极更换方便，阴、阳极区电解液取样方便，且可以准确计量阴极产生的氢气量，可用于研究电流波动条件下阴极、阳极、离子膜等的行为。模拟风电电流变化电解实验表明，电流密度在大范围内变化对电流效率影响很小。关键词：非并网风电；氯碱工业；离子膜；DSA阳极II查!!查茎堡主学位论文Abstract————

5、—————————————————————————————————————————————————————————————一_AbstractWindisaninexhaustible，cleanenergy．However,becauseofthegreatinstabilityofwindpower’thecurrentfromwindpowerisrandomfluctuationswhichrestricttheproportionoftheuseageofwindpowerinpower鲥d．Non—

6、gridwindpowersystemreferstolarge-scalewindpowerterminalsdirectlyapplytotheload．Thisavoidstheimpactofwindpoweronpowergrids，reducethecostandmakelarge-scaleuseofwindpowerpossible．Chlor-alkaliindustryISenergy‘hungry,thepowerconsumptionofelectrolyticaccountedfora

7、bout50％ofthecostofsoda,large—scaleuseofwindpowerwillgreatlyreduceitscost．Therefore，theanalogofwindpowercharacteristicsthatmakeseffectsonthechlor．alkalielectrolysisprocessismeaningful．Theissueusesomeself-designedsmall．scaleion．exchangemembraneelectrolvzersand

8、electrolyzeindifferentcurrentdensity5kA／m2and3．5kA／m2(thecurrentdensityofindustrialapplications)．Carryoutontheanodeacceleratedlifetestandelectrochemicaltests．such嬲polarizationcurvesandvoltammetr