Zastosowanie tytanu w przemyśle chemicznym: chlor-alkali

Przemysł chlor-alkalia to przemysł chemiczny, który wytwarza chlor i sodę kaustyczną poprzez elektrolizyczne roztwory solanki. Ma historię ponad 100 lat i jest także najwcześniejszym przemysłem w przemyśle chemicznym do korzystania z tytanu. Sprzęt tytanowy stosowany w produkcji chlor-alkalia obejmuje głównie: metalowy elektrolizer anody metalowej, elektrolizer membrany jonowej, kanalikowe mokre chlor chlorowe, rafinowany podgrzewacza solanki, wieżę dechlorowania, chłodzenie chlor-alkalia i wieża mycia, próżniowe pompy i zawory i inne wyposażenie tytanu.

(1) Metalowe anody

Procesy wytwarzania chlor-alkalia obejmują elektrolizę rtęci, elektrolizę przepony i elektrolizę błony jonowej. W przeszłości anody grafitowe były zawsze używane w anodach chlor-alkali. W 1956 r. Holender Henry Beer po raz pierwszy zaproponował zastosowanie anod metalowych, znanych również jako anody stabilne wymiarowo (DSA) w komórkach elektrolitycznych, a uzyskano patenty w 1965 r. Stabilne wymiarowo anody są elektrodami pokryte grupy platynowej tlenki metali szlachetnych na podkładach tytanowych. W 1968 r. Denore, włoska firma, po raz pierwszy zdała sobie sprawę z uprzemysłowienia anod tytanowych w branży chlor-alkali. Około 1970 r. Stany Zjednoczone, Włochy, Japonia, Niemcy, Francja i inne kraje szybko przeniosły się na metalowe anody zamiast anod grafitowych. W Japonii jako podstawowy materiał anod metalowych zastosowano kilka tysięcy ton tytanowych. Produkcja 10 000 ton sody kaustycznej wymaga około 5 ton materiałów tytanowych.

Wraz z rozwojem przemysłu chlor-alkalia mojego kraju główny sprzęt (elektrolizer) do produkcji sody kaustycznej przeszła trzy główne zmiany. Pierwszą zmianą była wymiana poziomych zbiorników pionowymi zbiornikami. Na początku lat sześćdziesiątych zastosowanie (pionowa przepona adsorpcyjna elektrolizer) zastąpiło tradycyjne poziome zbiorniki, które znacznie zwiększyło produkcję sody żrącego mojego kraju, z 193 000 ton w 1957 r. Do 693 000 ton w 1966 r., Co stanowi wzrost o 3,6 razy.

Drugą zmianą było zastąpienie elektrolitycznych komórek anodowych grafitowych komórkami elektrolitycznymi anody metalowej. W latach siedemdziesiątych anody metalowe (DSA) zastosowano do wymiany anod grafitowych. Mój kraj zaczął testować anody tytanowe w szanghajskiej roślinie chemicznej Tianyuan i roślinie chemicznej Tianjin w 1972 r. I zaczął testować 20 m3 metalową anodę elektrolityczną komórki elektrolityczne w 1973 r. Od 1974 r., 30 m3 metalowe komórki elektrolityczne anodowe. W 1978 r. Kraj przeprowadził zadanie transformacji technologii anody metali wynoszącej 400 000 ton sody kaustycznej przepony. Od 1981 r. W kraju było 17 roślin chlor-alkalii przy użyciu 1 217 metali elektrolitycznych komórek anodowych, tworząc roczną zdolność produkcyjną anody metalowej wynoszącej 670 000 ton sody kaustycznej, co stanowi 30% kaustycznej zdolności wytwarzania sody w kaustycznym sodzie. W 1996 r. W kraju było 99 roślin chlor-alkalii o łącznej wartości 8409 metalowych komórek elektrolitycznych anodowych, o rocznej zdolności produkcyjnej 4,2 miliona ton sody kaustycznej, co stanowi 70% zdolności wytwarzania sody kaustycznej. Z wyjątkiem kilku dużych roślin chemicznych, takich jak Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical itp., Które same wytwarzają metalowe komórki elektrolityczne anodowe, większość z nich jest wytwarzana i dostarczana przez profesjonalne fabryki, takie jak fabryka maszyn chemicznych w Pekinie i fabryka Shanghai 4805.

Trzecią zmianą było zastosowanie elektrolizerów błony jonowej. W połowie lat osiemdziesiątych promowano energooszczędną i wydajną metodę błony jonowej w celu wytworzenia sody kaustycznej. Mój kraj wprowadził technologię i sprzęt sody i sprzętu z membrany jonowej z Japonii i innych krajów, tworząc serię od 10 000 do 50 000 ton sprzętu. Główny wyposażenie obejmują elektrolizery błony jonowej, zbiorniki krążenia z anody tytanowej, odsalone zbiorniki wodne, wieże próżniowe do dekhlorowania, wymienniki ciepła, rury i pompy itp. Układy dostarczania gazu tytanowego i systemy cyrkulacyjne Chlorine. Pompy tytanowe są używane głównie do transportu rafinowanej solanki, cieczy krążącej anody, odsalonej wody i wody chloru. Zestaw sprzętu na poziomie 10 000 ton zużywa około 8 ton tytanu. W czerwcu 1986 r. Po raz pierwszy zakłócenie chemiczne Yanguoxia wprowadziło japońską technologię szkła Asahi, z roczną produkcją 10 000 ton wyposażenia sody żrącego. Z wyjątkiem trójwymiarowej elektrolizeru i anody ciekłej tytanowej dostarczonej przez Japonię, pozostałe 6 sprzętu tytanowego są dopasowane w kraju i dostarczane przez Jinxi Chemical Machinery. Do 1990 r. 11 zakładów chlor-alkali przyjęło błonę jonową żrącą sodę, o mocy produkcyjnej 295 000 ton. W 1995 r. W Chinach było 27 roślin chlor-alkalii przyjmujących błonę jonową żrącą sodę, o zdolności produkcyjnej 827 000 ton. W 2000 r. Roczna zdolność produkcyjna sody kaustycznej w branży Chlor-Alkali w moim kraju wynosiła 7,5 miliona ton, 14,71 mln ton w 2005 r. I 23,99 mln ton w 2010 roku.

W elektrolizeru membrany jonowej temperatura katody i komory anodowej wynosi około 90 stopni, w komorze anodowej występuje roztwór chloru i soli, a w komorze katodowej jest 30% ~ 35% roztworu sodowego. Ogólna gęstość prądu roboczego elektrolizera błony jonowej wynosi 30 ~ 40a/dm?. W tak trudnych warunkach pracy użycie materiału i struktura przeciwkorozowa elektrolizera należy w pełni wziąć pod uwagę przy projektowaniu elektrolizera. Dla części anody elektrolizeru błony jonowej (odnosząc się do anody i części kontaktu z cieczą anodową) wszystkie kraje na świecie wybrały tytanowy metal (lub oporny na korozję stop tytanowy) z dobrym oporem korozji w cieczy anody bez wyjątku.

Poniżej znajduje się schematyczny schemat błony wymiany jonowej dla sody kaustycznej. Jak pokazano na rysunku, dwie elektrody są oddzielone błoną wymiany jonowej. Słona woda jest dodawana z jednej strony i z drugiej strony dodaje się czystą wodę. Po przejściu prądu chlor jest wytwarzany ze strony anody, a wodór powstaje od strony katody. Membrana jonowa umożliwia jedynie przejście jonów sodu, więc wodorotlenek sodu powstaje od strony katody.

Oprócz głównej komórki elektrolitycznej komórki elektrolitycznej membrany jonowej sody kaustycznej, główne części, w których stosuje się sprzęt tytanowy, to: układ solanki - wskaźnik poziomu cieczy; Układ ciecz anodowego - zbiornik cieczy anodowej i płuczek chloru; Wieża do dekhlorowania, dystrybutor solanki do dekhlorowania, chłodnica instrumentów; Układ podchlorynu sodu - chłodzenie, wieża absorpcyjna, dystrybutor; układ chloru - mokre chłodnica chloru; oraz system kontroli szkodników - wymiennik ciepła i wentylator kontroli szkodników.

(2) mokre chłodnica chloru

Gdy sól elektrolizująca w celu wytworzenia sody kaustycznej wytwarzana jest duża ilość gorącego mokrego chloru, którą można użyć dopiero po chłodzeniu i suszeniu. Istnieją dwa sposoby ochłodzenia gorącego mokrego chloru: bezpośrednie opryskiwanie wody i pośrednie chłodzenie za pomocą chłodnicy rurowej. Bezpośrednie chłodzenie nie tylko wytwarza dużą ilość wody chloru zawierającej chlor, która poważnie zanieczyszcza środowisko, ale także powoduje duże straty chloru, wysokie zużycie kwasu siarkowego i złe warunki pracy. Pośrednie chłodnicy są wykonane z chłodnic grafitowych, lodówek szklanych rur, chłodnic ceramicznych, lodówek z tworzyw sztucznych itp., Ale wszystkie mają wiele problemów, takich jak słaba odporność na korozję, łatwy do złamania i łatwy do starzenia się. Pośrednie chłodnicy ze stali nierdzewnej można stosować tylko przez 8–10 dni, zanim będą musiały zostać zatrzymane w celu naprawy. Wyniki testów pokazują, że tytan jest wyjątkowo odporny na korozję w wysokiej temperaturze mokrego chloru, o rocznej objętości korozji 0,0025 mm. Zastosowanie chłodnic tytanowych w produkcji przemysłowej chlor-alkali może skrócić proces chłodzenia i suszenia, zmniejszyć straty chloru, zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i tworzyć warunki do stabilnego działania sprężonego gazu i wysokiej suchości.

W 1963 r. Rosja zaczęła używać chłodnicy chloru tytanu o powierzchni wymiany ciepła o powierzchni 140 m2. Używał również rurociągów tytanowych do przekazywania mokrego chloru o średnicy 300 ~ 600 mm i długości ponad 500 m. Prawie wszystkie mokre chłodnice chloru stosowane w rosyjskim przemyśle chlor-alkali są wykonane z tytanu. Allied Chemical Company w Stanach Zjednoczonych używa tytanu zamiast grafitu do wytwarzania chłodnic w branży chlor-alkali. Oryginalne rurki grafitowe zostały złomowane po 2 ~ 3 latach użytkowania. Cooler o powierzchni 78 m2 może uzupełnić pojemność chłodzenia, podczas gdy chłodnica grafitu wymaga 140 m2.

Pierwsza chłodnica tytanu w moim kraju została wyprodukowana przez Jinxi Chemical Machinery Factory w 1965 r. Miał niewielki obszar transferu ciepła o powierzchni zaledwie 16,8 m2. Od 1973 r. Rośliny Chlor-Alkali w Szanghaju, Tianjin, Pekinu, Liaoning, Guangdong oraz innych prowincji i miast sukcesywnie wykorzystywały chłodnice tytanowej i rube z dobrymi wynikami. Obecnie w moim kraju występują setki chłodnic tytanowych i rurki.

(3) pompy i zawory

W produkcji chloru przez elektrolizę membranową i elektrolizę rtęci pompy tytanowe stosowane w podchlorynie potasu i hipochlorycie sodu są najbardziej ekonomiczne. Georgia-Phifek Company w Stanach Zjednoczonych wykorzystuje pompy tytanowe do pompowania roztworu solnego 85 stopni zawierającego 270 ~ 320 g/L NaCl, kryształów NaCl i więcej niż 0,5 g/l. Życie służbowe pompy tytanowej wynosi do 10 lat.

Zakład chemiczny w Pekinie nr . 2 wykorzystuje odlewane pompy tytanowe 6ba-12, zawory zatrzymujące DG100DG i przeszkody tytanowe HTB-701L Pierścienia wodne ceramiczne pompy próżniowe w nowym procesie dekhlorowania próżniowego. Te tytanowe pompy i przeszkody mają długą żywotność.