Primjena titana u kemijskoj industriji: Chlor-Allcali

Industrija Chlor-Allkali kemijska je industrija koja proizvodi klor i kaustičnu sodu elektroliziranjem otopina slane otopine. Ima povijest veću od 100 godina, a ujedno je i najranija industrija u kemijskoj industriji koja koristi titan. Oprema od titana koja se koristi u proizvodnji klor-alkalija uglavnom uključuje: metal anodni elektrolizer, ionsku membranu elektrolizuru, hladnjak za vlažni klor, rafinirani pregrijavač rafiniranog roda, toranj za dekloriranje, hladnjak s klor-alkalijom i toranj za pranje vakuuma, vakuumske pumpe i ventilacije.

(1) Metalne anode

Procesi proizvodnje klor-alkalija uključuju elektrolizu žive, elektrolizu dijafragme i elektrolizu ionske membrane. U prošlosti su se grafitne anode uvijek koristile u anodama klor-alkalija. Godine 1956. Nizozemski Henry Beer prvi je predložio uporabu metalnih anoda, poznatih i kao dimenzionalno stabilnih anoda (DSA) u elektrolitičkim stanicama, a dobiveni su patenti 1965. godine. Dimenzionalno stabilni anodi su elektrode obložene platinastim skupinom preciznih metalnih oksida na titanijskom supstratama. 1968. godine, Denore, talijanska tvrtka, prvo je realizirala industrijalizaciju anoda titana u industriji Chlor-Alckali. Oko 1970. Sjedinjene Države, Italija, Japan, Njemačka, Francuska i druge zemlje brzo su prešli na metalne anode umjesto grafitnih anoda. U Japanu se kao osnovni materijal metalnih anoda koristilo nekoliko tisuća tona titana. Proizvodnja 10.000 tona kaustične sode zahtijeva oko 5 tona materijala od titana.

S razvojem industrije Chlor-Alkali iz moje zemlje, glavna oprema (Electrolyzer) za kaustičnu proizvodnju sode pretrpjela je tri glavne promjene. Prva promjena bila je zamjena vodoravnih spremnika s okomitim spremnicima. Početkom 1960 -ih, upotreba (vertikalne adsorpcijske dijafragme Electrolyzer) zamijenila je tradicionalne horizontalne tenkove, što je uvelike povećalo proizvodnju kaustične sode moje zemlje, sa 193 000 tona u 1957. na 693.000 tona 1966., povećanje od 3,6 puta.

Druga promjena bila je zamjena elektrolitičkih stanica grafita s metalnim anodnim elektrolitičkim stanicama. U 1970 -ima metalni anodi (DSA) korišteni su za zamjenu grafitnih anoda. Moja je zemlja počela ispitivati anode titana u kemijskoj biljci i kemijskom biljku Tianhai Tianyuan i Tianjin, a počela je ispitivati elektrolitičke stanice metalne anode 20M3 u 1973. od 1974. godine, od 1974. godine, postupno se koriste 30M3 metalne anodne elektrolitske stanice. Godine 1978. zemlja je izvršila zadatak transformacije metalne anode tehnologije 400 000 tona dijafragme kaustične sode. Od 1981. godine u zemlji je bilo 17 postrojenja za klor-alkali koji su koristili ukupno 1,217 metalnih anodnih elektrolitičkih stanica, formirajući godišnju proizvodnu kapaciteta dijafragme od 670 000 tona kaustične sode, što čini 30% kapaciteta za proizvodnju kaustične sode i 95 000 tona elektrolize. Od 1996. godine u zemlji je bilo 99 postrojenja za klor-alkali, a ukupno 8.409 metalnih anodnih dijafragmi elektrolitičkih stanica, s godišnjim proizvodnim kapacitetom od 4,2 milijuna tona kaustične sode, što čini 70% kapaciteta za proizvodnju kaustične sode. Osim nekoliko velikih kemijskih biljaka kao što su Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical, itd., Koji proizvode same elektrolitičke stanice metalnih anoda, većinu ih proizvode i opskrbljuju profesionalne tvornice poput tvornice kemijskih strojeva u Pekingu i Shanghai 4805.

Treća promjena bila je upotreba elektroliza ionske membrane. Sredinom 1980-ih promovirana je energetski i učinkovita metoda ionske membrane kako bi se stvorila kaustična soda. Moja je zemlja uvela ionsku membranu kaustičnu tehnologiju i opremu sode iz Japana i drugih zemalja, tvoreći seriju od 10 000 do 50.000 tona opreme. Glavna oprema uključuje elektrolizre ionske membrane, spremnici za cirkulaciju tekućine od titanijske anode, spremnici za desalinirane vode, tornjeve za vakuumsko dekloriranje, izmjenjivače topline, cijevi i crpke, itd. Titanijska oprema i titanijske epruvete uglavnom se koriste u sustavima za dostavu anodnih tekućih cirkulacije, sustavima za desalinirane vodom, mokrim vodnim sustavima. Titanijske crpke uglavnom se koriste za transport rafinirane otopine, anodne cirkulirajuće tekućine, desaliniranu vodu i klor vodu. Skup opreme na razini od 10 000 tona koristi oko 8 tona titana. U lipnju 1986. godine, YanGanguoxia Chemical Plant je prvi put predstavio japansku Asahi Glass Technology, s godišnjom proizvodnjom od 10 000 tona kaustične opreme za soda. Osim trodimenzionalne elektrolijske i anodne tekuće pumpe od titana koju je isporučio Japan, ostale opreme od 6 titana u zemlji se podudaraju i isporučuju po tvornici kemijskih strojeva Jinxi. Do 1990. godine 11 biljaka klor-alkala usvojilo je ionsku membranu kaustičnu opremu za soda, s proizvodnim kapacitetom od 295 000 tona. Godine 1995. u Kini je bilo 27 biljaka klor-alkala koji su prihvatili ionsku membranu kaustičnu opremu za soda, s proizvodnim kapacitetom od 827 000 tona. U 2000. godini, godišnja kapaciteta za proizvodnju kaustične sode u industriji Chlor-Alkali iz moje zemlje iznosila je 7,5 milijuna tona, 14,71 milijuna tona u 2005. godini i 23,99 milijuna tona u 2010. godini.

U ionskoj membranskoj elektrolizici temperatura katode i anodnih komora iznosi oko 90 stupnjeva, u anodnoj komori postoji otopina klora i soli, a u katodnoj komori postoji 30% ~ 35% kaustična otopina soda. Opća gustoća radne struje elektroliza ionske membrane je 30 ~ 40A/DM?. U takvim oštrim radnim uvjetima, prilikom dizajniranja elektrolizera moraju se u potpunosti razmotriti upotreba materijala i antikorozijska struktura elektroliza. Za anodni dio ionske membrane elektrolizera (koji se odnosi na anodu i dio u kontaktu s anodnom tekućinom), sve su zemlje na svijetu odabrale metal titana (ili legura titana otporne na koroziju) s dobrom otpornošću korozije u tekućini s anodom bez izuzetka.

Slijedi shematski dijagram membrane za razmjenu iona za kaustičnu sodu. Kao što je prikazano na slici, dvije su elektrode odvojene membranom ionske razmjene. S jedne strane dodaje se slana voda, a s druge strane dodaje se čista voda. Nakon što struja prođe kroz, klor se proizvodi s anodne strane, a vodik se proizvodi s katodne strane. Ionska membrana omogućava samo prolazak natrijevih iona, pa se s katodne strane proizvodi natrijev hidroksid.

Pored glavne opreme, elektrolitička ćelija postrojenja soda ionske membrane, glavni dijelovi na kojima se koristi oprema od titana jesu: System System - mjerač razine tekućine; Anodni tekući sustav - anodni spremnik tekućine i piling klora; Tower DechOrinizacija, distributer slane slane otopine, hladnjak za instrument; natrijev hipoklorit sustav - hlađenje, apsorpcijski toranj, distributer; Klorski sustav - hladnjak mokrog klora; i sustav za upravljanje štetočinama - izmjenjivač topline i ventilator za kontrolu štetočina.

(2) vlažni hladnjak klora

Kada se elektrolizira sol za proizvodnju kaustične sode, stvara se velika količina vrućeg mokrog klora, koja se može koristiti tek nakon hlađenja i sušenja. Postoje dva načina za hlađenje vrućeg mokrog klora: izravno prskanje vode i neizravno hlađenje pomoću hladnjaka za cijev. Izravno hlađenje ne samo da proizvodi veliku količinu klorske vode koja sadrži klor, što ozbiljno zagađuje okoliš, već uzrokuje i velike gubitke klora, visoku konzumaciju sumporne kiseline i loše uvjete rada na radionici. Neizravni hladnjaci izrađeni su od grafitnih hladnjaka, hladnjaka od staklenih cijevi, keramičkih hladnjaka, plastičnih hladnjaka itd., Ali svi imaju mnogo problema kao što su loša otpornost na koroziju, lako se probijaju i lako ostari. Neizravni hladnjaci od nehrđajućeg čelika mogu se koristiti samo 8 do 10 dana prije nego što ih treba zaustaviti radi popravka. Rezultati ispitivanja pokazuju da je titan izuzetno otporan na koroziju u okruženju mokrog klora s visokim temperaturama, s godišnjim volumenom korozije od 0,0025 mm. Upotreba hladnjaka titana u industrijskoj proizvodnji klor-alkalije može skratiti postupak hlađenja i sušenja, smanjiti gubitke klora, smanjiti zagađenje okoliša i stvoriti uvjete za stabilan rad komprimiranog plina i velike suhoće.

1963. godine Rusija je počela koristiti hladnjake titana klora s područjem izmjene topline od 140 kvadratnih metara. Također je koristio cjevovode od titana za prenošenje vlažnog klora, promjera od 300 ~ 600 mm i duljine veće od 500m. Gotovo svi vlažni hladnjaci klora koji se koriste u ruskoj industriji klor-alkalija izrađeni su od titana. Saveznička kemijska tvrtka u Sjedinjenim Državama koristi titanij umjesto grafita za izradu hladnjaka u industriji Chlor-Alkali. Originalne grafitne cijevi ukinute su nakon 2 ~ 3 godine korištenja. Titanijski hladnjak od 78 kvadratnih metara može dovršiti kapacitet hlađenja, dok grafitni hladnjak zahtijeva 140 m2.

Prvi hladnjak titana u mojoj zemlji proizvela je tvornica kemijskih strojeva Jinxi 1965. godine. Imala je malo područje prijenosa topline od samo 16,8 m2. Od 1973., biljke Chlor-Alckali u Šangaju, Tianjinu, Pekingu, Liaoningu, Guangdongu i drugim provincijama i gradovima uzastopno su koristile hladnjake od titana i cijevi s dobrim rezultatima. Trenutno u mojoj zemlji postoje stotine hladnjaka od titana i cijevi.

(3) Pumpe i ventili

U proizvodnji klora membranskom elektrolizom i živom elektrolizom, titanijske pumpe koje se koriste u kalijevom hipokloritu i natrijevom hipokloritu su najekonomičnije. Tvrtka Georgia-Phifek u Sjedinjenim Državama koristi titanijske pumpe za pumpanje otopine soli od 85 stupnjeva koja sadrži 270 ~ 320G/L NaCl, kristale NaCl i više od 0,5 g/l slobodnog klora. Životni vijek titanijske pumpe je do 10 godina.

Peking kemijska postrojenja NO . 2 koristi pumpe od lijevanog titana 6BA-12, ventile za zaustavljanje DG100DG i pod utjecajem titana HTB-701L vodeni prsten Keramičke vakuumske pumpe u novom procesu vakuumskog declorinacije. Ove titanijske pumpe i ronilaca imaju dug radni vijek.