本發(fā)明屬于電化學防腐蝕領域，更具體地，涉及一種用于磷酸生產的電化學保護裝置及方法。

背景技術：

1、磷酸是一種常見的無機酸，常態(tài)為無色無味的透明液體，主要用于制藥、食品、肥料等行業(yè)，也可作為化學試劑。磷酸生產工藝分為濕法工藝和熱法工藝。

2、通常所說的濕法工藝是指硫酸法制備磷酸的工藝。即用硫酸溶解磷礦粉，經(jīng)過過濾、脫氯、除雜、萃取、精華等工藝制得磷酸。由于在制備過程中會產生副產品磷石膏和氟化氫，故濕法工藝制備的磷酸一般純度不高，僅為工業(yè)級產品，主要用于制備磷肥和磷酸鹽，如需制備更高純度的磷酸，則需通過磷酸精制技術進行純化處理。熱法工藝通常是以黃磷為原料，經(jīng)氧化燃燒后生產五氧化二磷，五氧化二磷煙氣進入水合塔，與超純水水合生成磷酸。經(jīng)過粗濾、精濾后進入曝氣塔得到高純磷酸。熱法工藝生產的磷酸一般用于制備電子級、食品級磷酸。雖然熱法工藝生產的磷酸純度較高，但能耗高、成本高。

3、上述兩種磷酸生產工藝中，生產設備均會受到磷酸不同程度的腐蝕，腐蝕產物以重金屬離子的形態(tài)進入到產品磷酸中，使磷酸中重金屬離子含量升高。在磷酸高端應用化中，磷酸中重金屬含量會影響磷酸的品級，甚至會由于重金屬離子含量過高而導致無法應用，需要進行進一步的精制。由此，設備腐蝕的發(fā)生不僅會影響磷酸等級下降，還會導致后續(xù)精制處理難度增大，工藝成本升高，因此，開發(fā)一種可降低磷酸生產中鐵離子及其它重金屬離子含量的方法是相當迫切的。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于磷酸生產的電化學保護裝置及方法，該電化學保護裝置通過在設備上施加電位保護，使設備表面產生耐腐蝕的鈍化膜，大幅降低不銹鋼或合金設備的腐蝕率，進而降低磷酸中鐵離子及其它重金屬離子的含量，提高磷酸產品的品質。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種用于磷酸生產的電化學保護裝置，該電化學保護裝置包括：

3、恒電位儀；

4、設備本體，通過電纜線與所述恒電位儀連接；

5、至少一支輔助電極，垂直和/或平行于液面設置，并以串聯(lián)的方式通過電纜線與所述恒電位儀連接；

6、當垂直于液面設置時，所述輔助電極設置于設備的頂端并部分插入設備內腔中，0.05m≤所述輔助電極的底部與設備的底部距離為≤0.2m；

7、當平行于液面設置時，所述輔助電極設置于設備的側面并部分插入設備內腔中，插入內腔部分位于液面以下≥0.3m處；

8、至少兩支參比電極，平行于液面設置，分別通過信號線與所述恒電位儀連接；所述參比電極設置于設備的側面并部分插入設備內腔中，插入內腔部分位于液面以下≥0.3m處。

9、本發(fā)明的電化學保護裝置適用于所有磷酸生產的設備，包括但不限于吸收塔、閃蒸塔、管殼式換熱器、磷酸管道、儲罐以及分酸器。每種設備均需根據(jù)設備結構特點進行單獨的輔助電極、參比電極及恒電位儀設計，其目的在于保證設備內部電場的均勻分布，使設備被保護壁面電流密度一致，即電位一致。本發(fā)明中，設備的材質均采用316l不銹鋼或材質等級高于316l的不銹鋼以及合金。

10、本發(fā)明中，為了避免輔助電極彎曲或接觸殼體造成短路，輔助電極采用絕緣、密封結構垂直焊接在設備頂端或者側面并部分插入設備內腔中，遺留在設備外部的輔助電極為接線端，通過電纜線串聯(lián)后與恒電位儀連接。輔助電極的作用是輸出直流電到設備表面。使電流均勻分散于磷酸接觸的設備面上，最終使設備表面的電位一致。

11、本發(fā)明中，對輔助電極的類型沒有限制，優(yōu)選地，所述輔助電極為長棒狀和/或點狀；所述輔助電極的材質為耐蝕合金和/或有耐蝕涂層的不銹鋼；所述輔助電極的電極芯直徑為6～30mm，浸入酸液長度3～15mm，參比電極浸酸表面積35～311mm2。本發(fā)明中，選用該電極芯直徑范圍及浸酸長度，可使參比電極有效表征陽極表面的電位，同時保證參比電極有足夠的腐蝕余量，參比電極使用壽命≥5年。

12、本發(fā)明中，優(yōu)選輔助電極在磷酸中具有良好的耐蝕性，避免其因腐蝕將離子帶入到磷酸中。同時，輔助電極應選擇通過電流時不發(fā)生明顯極化，不發(fā)生明顯的副反應，避免副反應對產品磷酸的影響。

13、本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述輔助電極外配置有絕緣套管，所述絕緣套管上開設有若干孔，開孔面積占所述輔助電極面積的30～40％。本發(fā)明中，輔助電極浸沒在磷酸的部分采用全裸露的方式或者外套開孔絕緣套管，如四氟乙烯套管，其中，開孔的部分裸露在磷酸中。更進一步優(yōu)選地，所述輔助電極的裸露面積與所述設備的表面積比為1:2000～1:4000。在此面積比范圍內，可確保被保護設備表面具備足夠的電流密度即使設備表面達到鈍化電位，也可避免輔助電極表面電流密度不足以發(fā)生副反應。

14、本發(fā)明中，為了獲得均勻的電場，優(yōu)選地，所述輔助電極平行于液面設置且數(shù)量≥2支時，相鄰兩支所述輔助電極的垂直和/或水平間距為1～1.5m，當距離設備底部最近的電極為輔助電極時，所述輔助電極與設備底部的垂直間距為≥0.3m；

15、所述輔助電極垂直于液面設置且數(shù)量≥2支時，相鄰兩支所述輔助電極的水平間距為1～1.5m，所述輔助電極沿設備直徑方向或沿設備壁面設置。

16、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，當輔助電極平行于液面設置且距離液面最近的電極為參比電極時，所述輔助電極與所述參比電極的垂直間距為0.5～0.75m。所述輔助電極插入內腔并浸沒在磷酸中的長度為0.1～8m。

17、本發(fā)明中，參比電極采用絕緣、密封結構垂直焊接在設備外殼上并部分插入設備內腔中，其作用即是監(jiān)測設備本體的電位變化。當直流電源輸出電流并逐漸增加電流輸出后，設備本體的電位逐步升高，通過讀取參比電極與設備本體間的電壓監(jiān)控設備本體的電位變化，當設備本體的電位上升至鈍化電位時，停止電流的增加。

18、本發(fā)明中，優(yōu)選參比電極在磷酸中具有良好的耐蝕性，避免其因腐蝕將離子帶入到磷酸中。同時，參比電極在磷酸中應當電位穩(wěn)定，且隨著溫度變化電位的變化≤0.5mv/℃。優(yōu)選地，在≤90℃、85wt％磷酸中，參比電極的腐蝕率≤2mg/m2h，在≤80℃、85wt％磷酸中，參比電極相對飽和甘汞電極(sce)的電位波動≤±10mv。

19、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述參比電極插入內腔并浸沒在磷酸中的長度為3～15mm，進一步優(yōu)選地，所述參比電極插入內腔并浸沒在磷酸中的長度為5～10mm；當距離設備底部最近的電極為參比電極時，所述參比電極與設備底部的垂直間距為≥0.8m。上述設置可使參比電極有效代表陽極本體的電位，避免局部漏保護。

20、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，當所述參比電極位于兩支所述輔助電極之間時，所述參比電極位于兩支所述輔助電極垂直間距的中心±15～25cm處。

21、本發(fā)明另一方面提供一種用于磷酸生產的電化學保護方法，所述電化學保護方法在上述電化學保護裝置中進行，包括：調節(jié)恒電位儀，使設備處于鈍化電位。

22、本發(fā)明中，恒電位儀通過自動調節(jié)電流輸出控制設備電位，使設備本體電位始終處于鈍化電位，大幅減緩不銹鋼或合金的腐蝕。恒電位儀可選用輸出電壓為0～40v，輸出電流為0～400a，電位監(jiān)測范圍-2～2v，恒電位范圍為0.1～1.0v，恒電位精度為±0.01v。恒電位儀還可設置自動恒定控制電位、自動調節(jié)電壓/電流輸出以及超限報警等功能。

23、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述磷酸的濃度為80～85wt％，溫度為50～100℃；所述恒電位儀的輸出電壓為0.1～30v，設備鈍化電流密度為0.5～60a/m2。

24、根據(jù)濃磷酸的腐蝕特性以及設備的材質特性，通過極化曲線、交流阻抗、腐蝕失重試驗和磷酸中離子檢測等方法優(yōu)選特定的保護電位、保護電位密度、輸出電壓等參數(shù)，優(yōu)選地，所述恒電位儀的輸出電壓為0.1v～30v，設備鈍化電流密度為0.5～60a/m2；保護電位范圍為0.2v～0.8v(sce)。

25、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

26、本發(fā)明采用電化學保護技術，通過在磷酸制備的相關設備上施加保護電位，使設備表面形成耐腐蝕的鈍化膜，大幅降低不銹鋼設備或者合金設備的腐蝕速度，進而降低磷酸產品中鐵離子及其它重金屬離子的含量，提高磷酸產品品質，進而降低后續(xù)磷酸精制過程中的難度和消耗。

27、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后具體實施方式部分予以詳細說明。