[发明专利]用于检测电解槽中的污染的方法和系统

说明书

本发明提供了一种用于检测电解器的电解槽中的污染的方法，其包括：在电解器的运作期间记录来自电解槽的实时数据；基于电解器和电解槽的历史数据生成合成数据，合成数据包括电解器的合成槽电压和合成产品输出流量、合成阳极电解液pH值、进料盐水pH值或氯气中的氧浓度；从所述历史数据确定槽专用k因子或U0；当合成产品输出流量、合成阳极电解液pH值、进料盐水pH值或氯气中的氧浓度与实时的产品输出流量、阳极电解液pH值、进料盐水pH值或氯气中的氧浓度之间的差异超过第一阈值时，检测出缓慢污染；以及当槽专用k因子或U₀超过第二阈值并且合成槽电压与实时槽电压之间的差异的趋势或所述差异的导数满足或超过条件逻辑规则时，检测出快速污染。

技术领域

本公开一般涉及电解过程，其中，进料电解质(feed electrolyte)的污染导致槽电压(cell voltage)或电化学反应效率的变化，并且更具体地涉及由污染物以及在氯碱、水电解、燃料电池或任何其他工业电解槽中的有害操作条件导致的膜、槽隔板和电极中毒或性能退化的实时检测。

背景技术

诸如氯碱(Chlor-Alkali)等工业电解工艺包括通过施加直流电将较低价值的化学品(例如NaCl、KCl、HCl)分解为较高价值的化学品(例如NaOH、Cl₂、KOH)。该反应发生在电化学电池(electrochemical cell)中。在工业环境中，多个电解槽(cell)串联或并联地组合以进行反应。这种组合称为电解器(electrolyzer)。

大多数工业电化学电池由阳极(anode)、阴极(cathode)和隔板(separator)组成。在阳极处发生氧化反应，在阴极处发生还原反应。例如，对于氯碱电化学电池，电解的主要产物是氯、氢和氢氧化钠或氢氧化钾，也被称为“苛性碱”。在出于环境和经济原因弃用汞电解槽之后，使用阳离子交换膜的氯电解因其电流效率高和电阻低的优点而在工业中得到广泛应用。在工业电解过程中使用膜作为隔板的缺点之一是它对入口盐水的纯度很敏感。入口盐水中的污染物的存在会影响膜的寿命、电流效率和电阻。因此，需要改进。

发明内容

根据广泛的方面，提供了一种用于检测具有多个电解槽的电解器的电解槽中的污染和有害操作条件的方法。该方法包括：在所述电解器的运作期间记录来自所述电解槽的实时数据；根据所述电解器和所述电解槽的历史数据生成合成数据，所述合成数据包括所述电解器的合成槽电压和合成产品输出流量、合成阳极电解液pH值、进料盐水pH值或氯气中的氧浓度；从所述历史数据确定槽专用k因子或U₀；当所述合成产品输出流量、所述合成阳极电解液pH值、所述进料盐水pH值或所述氯气中的氧浓度与实时产品输出流量、实时阳极电解液pH值、实时进料盐水pH值或实时氯气中的氧浓度之间的差异超过第一阈值时，则检测出缓慢污染和有害操作条件；以及，当所述槽专用k因子或U₀超过第二阈值并且所述合成槽电压与实时槽电压之间的差异的趋势或所述差异的导数满足或超过条件逻辑规则时，则检测出快速污染和有害操作条件。

在一些实施方式中，检测所述缓慢污染或所述快速污染包括触发警报。

在一些实施方式中，所述合成数据是使用预测模型确定的，所述预测模型考虑了基于槽专用参数和工艺数据的正常槽退化。

在一些实施方式中，使用线性模型回归来确定所述槽专用k因子或U₀。

在一些实施方式中，所述缓慢污染是电解槽的缓慢进料电解质污染，所述快速污染是电解槽的快速进料电解质污染。

在一些实施方式中，当所述合成槽电压与实时槽电压之间的所述差异超过第三阈值时，触发所述条件逻辑规则。

在一些实施方式中，所述条件逻辑规则包括：

对于每个time_window：