Aplicarea titanului în industria chimică-clor-alcali

May 12, 2023

Industria clor-alcaline este o industrie chimică care prepară gaz de clor și sodă caustică prin electroliza unei soluții apoase de sare. Are o istorie de peste o sută de ani. Industria clor-alcaline este, de asemenea, cea mai timpurie industrie din industria chimică care a folosit titan. Principalele echipamente de titan utilizate în producția de clor-alcali sunt: celulă electrolitică cu anod metalic, celulă electrolitică cu membrană ionică, răcitor de clor umed tubular, preîncălzitor de saramură rafinată, declorinare turn, epurator de răcire cu clor-alcali, pompă de declorare în vid și echipament cu supapă din titan.

640

(1) Anod metalic

Procesul de producție de clor-alcali are electroliză cu mercur, electroliză cu diafragmă și electroliză cu membrane ionice. În trecut, anozii de grafit au fost utilizați pentru anozii clor-alcalini. În 1956, olandezul Henry.Bill (H. Beer) a propus pentru prima dată că electroliticul celula folosește un anod metalic, cunoscut și sub numele de anod stabil dimensional DSA (Anod stabil dimensional), și a obținut un brevet în 1965. Anodul stabil dimensional este un electrod acoperit cu oxizi de metale prețioase din grupul de platină pe un substrat de titan. În 1968, DeNore, o companie italiană, primii anozi de titan industrializați în industria clor-alcaline. În jurul anului 1970, Statele Unite, Italia, Japonia, Germania, Franța și alte țări au trecut rapid la anozi metalici în loc de anozi de grafit. În Japonia, mii de tone de titan au fost folosite ca material de bază pentru anozii metalici. Pentru a produce 10,000 tone de sodă caustică, sunt necesare aproximativ 5 materiale de titan.

Odată cu dezvoltarea industriei clor-alcaline din China, principalul echipament (celula electrolitică) pentru producția de sodă caustică a suferit trei modificări majore. Prima schimbare a fost aceea că rezervoarele verticale au înlocuit rezervoarele orizontale. La începutul anilor 1960, au fost folosite (celule electrolitice cu diafragmă de adsorbție verticală) în locul rezervoarelor orizontale tradiționale, care au crescut foarte mult producția de sodă caustică a Chinei, de la 193,000 tone în 1957 la 693,000 tone în 1966 , o creștere de 3,6 ori.

A doua modificare este că celulele electrolitice cu anod metalic înlocuiesc celulele electrolitice cu anod din grafit. În anii 1970, anodul metalic (DSA) a fost folosit în locul anodului de grafit. Din 1972, țara noastră a efectuat teste de anod de titan la Uzina chimică din Shanghai Tianyuan și Uzina chimică Tianjin. În 1973, a fost început un test de celule electrolitice cu diafragmă cu anod metalic de 20 m, iar o celulă electrolitică cu anod metalic de 30 m a fost utilizată treptat din 1974. În 1978, statul a îndeplinit sarcina de a îmbunătăți tehnologia anodului metalic de 400,000 tone de sodă caustică cu diafragmă. În 1981, existau 17 fabrici de clor-alcali în toată țara care foloseau un total de 1.217 celule de electroliză cu anod metalic, formând un anod metalic cu diafragmă cu o capacitate anuală de producție de 670,{15}} tone de sodă caustică, reprezentând 30% din capacitatea de producție de sodă caustică a țării și 95,000 tone de capacitate de electroliză a mercurului folosind DSA. În 1996, în țară existau 99 de fabrici de clor-alcali, cu un total de 8.409 celule electrolitice cu diafragmă cu anod metalic, cu o producție anuală de 4,2 milioane de tone de sodă caustică, reprezentând 70% din capacitatea de producție de sodă caustică a țării. Cu excepția câtorva fabrici chimice mari, cum ar fi Tianyuan, Tianhua și Daguhua, majoritatea Celulele electrolitice cu anod metalic sunt fabricate și furnizate de fabrici profesionale, cum ar fi Beijing Chemical Machinery Factory și Shanghai 4805 Factory.

A treia modificare este utilizarea celulelor electrolitice cu membrană ionică. La mijlocul-1980secului, a fost promovată utilizarea metodei membranelor ionice de înaltă eficiență și economisire de energie pentru a produce sodă caustică. Țara noastră a introdus tehnologia și echipamentele cu sodă caustică cu membrană ionică din Japonia și din alte țări, formând o serie de 10,000 până la 50,000 tone de echipamente. Echipamentul principal este celula electrolitică cu membrană ionică, rezervorul de circulație a lichidului cu anod de titan, rezervorul de saramură proaspătă, turnul de declorurare în vid, schimbătorul de căldură, supapa tubului și pompei etc., Echipamentele din titan și tubul de titan sunt utilizate în principal în sistemul de circulație a lichidului anod, saramură proaspătă. sistem, sistem de declorinare, sistem de livrare a gazului cu clor umed și sistem de circulație a apei cu clor. Pompele de titan sunt utilizate în principal pentru a transporta saramură rafinată, lichid circulant anodic, saramură de apă dulce și apă cu clor. Cantitatea de titan utilizată într-un 10,000- dispozitivul este de aproximativ 8 t. În iunie 1986, Yannanxia Chemical Plant a introdus pentru prima dată tehnologia japoneză Asahi Glass, cu o producție anuală de 10,000 tone de plantă de sodă caustică. În plus față de celula electrolitică tridimensională și pompa de titan lichid anodic furnizată de Japonia, celelalte șase echipamente fabricate din titan sunt toate suport interne și furnizate de Jinxi Chemical Machinery Factory. Până în 1990, 11 fabrici de clor-alcali adoptaseră membrană caustică ionică. fabrici de sifon cu o capacitate de producție de 295,000 tone. În 1995, un total de 27 de fabrici de clor-alcali din întreaga țară au adoptat fabrici de sodă caustică cu membrană ionică cu o capacitate de producție de 827,000 tone. În 2000, capacitatea anuală de producție a industriei de clor-alcali din China a fost de 7,5 milioane. tone de sodă caustică, 14,71 milioane de tone în 2005 și 23,99 milioane de tone în 2010.

În celula electrolitică cu membrană ionică, temperatura camerelor catodice și anodului este de aproximativ 90 de grade, camera anodică are clor gazos și soluție de sare, iar camera catodă are o concentrație de 30% ~ 35% de soluție de sodă caustică. Densitatea generală de curent de funcționare a celulei electrolitice cu membrană ionică este de 30 ~ 40A/dm. În astfel de condiții dure, utilizarea materialului și structura anticorozivă a celulei electrolitice trebuie luate în considerare pe deplin la proiectarea celulei electrolitice. Partea anodică a filmului ionic. celulă electrolitică (se referă la anod și partea în contact cu lichidul anodului), țările din întreaga lume, fără excepție, au ales titanul metalic (sau aliajul de titan rezistent la coroziune) cu rezistență bună la coroziune în lichidul anodului.

Schema schematică a membranei de schimb ionic cu sodă caustică a membranei, așa cum se arată în figură, cei doi electrozi sunt izolați cu o membrană schimbătoare de ioni. Se adaugă apă sărată dintr-o parte și apă pură din cealaltă. După trecerea curentului, se generează clor gazos din partea anodului, iar hidrogenul gazos este generat din partea catodului. Membrana ionică permite trecerea doar ionilor de sodiu. , astfel încât hidroxidul de sodiu este produs din partea catodului.

Pe lângă celula electrolitică a echipamentului principal al dispozitivului de sodă caustică cu membrană ionică, principalele părți utilizate în echipamentul de titan sunt: sistem saramură-contor de nivel al lichidului; sistem de lichid anod-rezervor de lichid anod și scruber cu clor; sistem de saramură proaspătă-turn de declorare, distribuitor de saramură proaspătă, răcitor instrument; hipoclorit de sodiu - sistem de racire, turn de absorbtie, distribuitor; sistem de clor gaz - răcitor umed cu gaz de clor; sistem de eliminare a pericolului-schimbător de căldură, ventilator de eliminare a pericolului.

(2) Răcitor umed cu clor

În timp ce electroliza sării de masă produce sodă caustică, se generează o cantitate mare de gaz de clor umed fierbinte, care poate fi utilizată după răcire și uscare. Există două moduri de a răci gazul de clor fierbinte și umed: pulverizare directă cu apă și răcire indirectă prin răcitoare tubulare. .Răcirea directă nu numai că va produce o cantitate mare de apă cu clor care conține clor, care va polua grav mediul înconjurător, dar și o cantitate mare de clor gazos se pierde, se consumă acid sulfuric și condițiile de lucru în atelier sunt precare. Materialul răcitoarelor indirecte a fost răcitoare din grafit, răcitoare cu tub de sticlă, răcitoare ceramice, răcitoare din plastic etc., dar există multe probleme precum rezistența slabă la coroziune, ușor de spart și ușor de îmbătrânit. Răcitoarele indirecte din oțel inoxidabil pot fi utilizate doar timp de 8 până la 10 zile și trebuie oprite pentru reparații. Rezultatele testelor arată că titanul este extrem de rezistent la coroziune într-un mediu cu temperatură ridicată și clor gazos umed, cu un Rata anuală de coroziune de 0,0025 mm. Utilizarea răcitorilor de titan în producția de industria clor-alcaline poate scurta procesul de răcire și uscare, poate reduce pierderile de gaz de clor, reduce poluarea mediului și poate crea condiții pentru funcționarea stabilă a gazelor comprimate și poate obține o grad ridicat de uscare.

În 1963, Rusia a început să folosească răcitoare de gaz cu clor de titan, cu o suprafață de transfer de căldură de 140 m. De asemenea, s-au folosit țevi de titan pentru transportul clorului gazos umed, cu un diametru de 300~600 mm și o lungime mai mare de 500 m. Aproape toate răcitoarele de gaz cu clor umed utilizate în industria clor-alcaline din Rusia sunt fabricate din titan. Compania Allied Chemical din Statele Unite folosesc titan în loc de grafit pentru a face răcitoare în industria clor-alcaline. Tubul original din grafit a fost folosit timp de 2 până la 3 ani, iar un răcitor de titan de 78 m a completat capacitatea de răcire, în timp ce răcitorul din grafit a necesitat 140 m.

Primul răcitor din titan din China a fost fabricat în 1965 de Jinxi Chemical Machinery Factory. Zona de transfer de căldură este mică, doar 16,8m. Din 1973, fabricile de clor-alcali din Shanghai, Tianjin, Beijing, Liaoning, Guangdong și alte provincii și orașe au folosit succesiv răcitoare tubulare din titan cu rezultate bune. Există sute de răcitoare tubulare din titan în țara noastră.

(3) Pompe și supape

În producția de clor gazos prin electroliza membranei și electroliza mercurului, pompele de titan utilizate în hipocloritul de potasiu și hipocloritul de sodiu sunt cele mai economice. Compania Georgia-Peefick din Statele Unite folosește o pompă de titan pentru a pompa o soluție de sare la 85 de grade. Soluția de sare conține 270~320g/L NaCl, cristale de NaCl și mai mult de 0,5g/L de clor liber. Durata de viață a pompei de titan este de până la 10 ani.

A doua fabrică chimică din Beijing utilizează o pompă din titan turnat 6BA-12, o supapă cu glob Dg100Dg și un rotor din titan pentru pompă de vid ceramică cu inel de apă HTB-701l în noul proces de declorurare în vid. Aceste pompe și rotoare din titan au o durată lungă de timp. durata de viata.