Aplikácia titánu v chemickom priemysle-chlór-alkálie

Aplikácia titánu v chemickom priemysle-chlór-alkálie

Odvetvie výroby chlóru a zásad je chemický priemysel, ktorý pripravuje plynný chlór a lúh sodný elektrolýzou vodného roztoku soli. Má viac ako storočnú históriu. Odvetvie chlóru a alkalických kovov je tiež prvým priemyslom v chemickom priemysle, ktorý používa titán. Hlavné titánové zariadenia používané pri výrobe chlóru a alkalických kovov sú: elektrolytický článok s kovovou anódou, elektrolytický článok s iónovou membránou, rúrkový chladič mokrého chlóru, predhrievač rafinovanej soľanky, dechlorácia veža, chlór-alkalická chladiaca práčka, vákuové dechloračné čerpadlo a ventilové titánové zariadenie.

(1) Kovová anóda

Výrobný proces alkalických chloridov má ortuťovú elektrolýzu, diafragmovú elektrolýzu a iónovú membránovú elektrolýzu. V minulosti sa na chlór-alkalické anódy používali grafitové anódy. V roku 1956 Holanďan Henry.Bill (H. Beer) ako prvý navrhol, aby elektrolytické bunka používa kovovú anódu, tiež známu ako rozmerovo stabilná anóda DSA (rozmerovo stabilná anóda) a získala patent v roku 1965. Rozmerovo stabilná anóda je elektróda potiahnutá oxidmi drahých kovov skupiny platiny na titánovom substráte. V roku 1968 DeNore, talianska spoločnosť, prvé industrializované titánové anódy v priemysle chlóru a alkalických kovov. Okolo roku 1970 Spojené štáty, Taliansko, Japonsko, Nemecko, Francúzsko a ďalšie krajiny rýchlo prešli na kovové anódy namiesto grafitových anód. V Japonsku sa ako základný materiál pre kovové anódy použili tisíce ton titánu. Na výrobu 10,000 ton lúhu sodného je potrebných asi 5 titánových materiálov.

S rozvojom čínskeho priemyslu alkalických chloridov prešlo hlavné zariadenie (elektrolytický článok) na výrobu hydroxidu sodného tromi veľkými zmenami. Prvou zmenou bolo, že vertikálne nádrže nahradili horizontálne nádrže. Začiatkom 60. rokov minulého storočia sa namiesto tradičných horizontálnych nádrží používali (vertikálne adsorpčné membránové elektrolytické články), čo výrazne zvýšilo čínsku produkciu lúhu sodného zo 193,000 ton v roku 1957 na 693,000 ton v roku 1966 , čo je 3,6-násobný nárast.

Druhou zmenou je, že elektrolytické články s kovovou anódou nahrádzajú elektrolytické články s grafitovou anódou. V 70. rokoch sa namiesto grafitovej anódy používala kovová anóda (DSA). Od roku 1972 naša krajina vykonáva testy titánovej anódy v chemickom závode Shanghai Tianyuan a v chemickom závode Tianjin. V roku 1973 sa začal test elektrolytického článku s kovovou anódou s dĺžkou 20 m a od roku 1974 sa postupne začal používať 30 m elektrolytický článok s kovovou anódou. V roku 1978 štát vykonal úlohu modernizácie technológie kovových anód 400,000 ton diafragmovej lúhu sodného. V roku 1981 bolo v celej krajine 17 závodov na výrobu chlóru a alkalických kovov, ktoré používali celkovo 1 217 elektrolyzérov s kovovou anódou, ktoré tvorili membránovú kovovú anódu s ročnou výstupnou kapacitou 670,000 ton lúhu sodného, ​​čo predstavuje 30 % kapacity výroby lúhu sodného v krajine, a 95,{18}} ton kapacity elektrolýzy ortuti pomocou DSA. V roku 1996 bolo v krajine 99 závodov na výrobu chlóru a alkalických kovov s celkovým počtom 8 409 kovových anódových membránových elektrolytických článkov s ročnou produkciou 4,2 milióna ton lúhu sodného, ​​čo predstavuje 70 % kapacity výroby lúhu sodného v krajine. Okrem niekoľkých veľkých chemických závodov, ako sú Tianyuan, Tianhua a Daguhua, väčšina kovové anódové elektrolytické články vyrábajú a dodávajú profesionálne továrne, ako sú Beijing Chemical Machinery Factory a Shanghai 4805 Factory.

Treťou zmenou je použitie iónových membránových elektrolytických článkov. V polovici{0} rokov sa na výrobu lúhu sodného propagovalo používanie energeticky úspornej a vysoko účinnej iónovej membránovej metódy. Naša krajina zaviedla technológiu a zariadenia na výrobu hydroxidu sodného s iónovou membránou z Japonska a ďalších krajín, čím vytvorila sériu 10,000 až 50,000 ton zariadení. Hlavným vybavením je elektrolytický článok s iónovou membránou, nádrž na cirkuláciu kvapaliny s titánovou anódou, nádrž na čerstvú soľanku, vákuová dechloračná veža, výmenník tepla, rúrkový a čerpací ventil atď., Titánové zariadenia a titánové rúrky sa používajú hlavne v systéme cirkulácie anódovej kvapaliny, čerstvá soľanka systém, dechloračný systém, systém dodávky mokrého plynného chlóru a cirkulačný systém chlórovej vody.Titanové čerpadlá sa používajú hlavne na prepravu rafinovanej soľanky, anódovej cirkulujúcej kvapaliny, sladkovodnej soľanky a chlórovej vody. Množstvo titánu použité v 10,000- tonové zariadenie je približne 8 t. V júni 1986 spoločnosť Yannanxia Chemical Plant po prvýkrát predstavila japonskú technológiu skla Asahi s ročnou produkciou 10,{12}} ton továrne na výrobu hydroxidu sodného. Okrem trojrozmerného elektrolytického článku a anódového tekutého titánového čerpadla dodávaného Japonskom, zvyšných šesť zariadení vyrobených z titánu je všetkých domácich podporných a dodáva ich Jinxi Chemical Machinery Factory. Do roku 1990 11 závodov na výrobu chlóru a alkalických kovov prijalo iónové membránové žieraviny závody na výrobu sódy s výrobnou kapacitou 295,000 ton. V roku 1995 celkovo 27 závodov na výrobu chlóru a alkalických kovov v celej krajine prijalo závody na výrobu alkalických chloridov s iónovou membránou s výrobnou kapacitou 827,000 ton. V roku 2000 bola ročná výrobná kapacita čínskeho priemyslu alkalických chloridov 7,5 milióna ton lúhu sodného, ​​14,71 milióna ton v roku 2005 a 23,99 milióna ton v roku 2010.

V elektrolytickom článku s iónovou membránou je teplota katódových a anódových miestností asi 90 stupňov, anódová komora má plynný chlór a roztok soli a katódová komora má 30% ~ 35% koncentráciu roztoku hydroxidu sodného. Všeobecná prevádzková prúdová hustota elektrolytického článku s iónovou membránou je 30~40A/dm. V takýchto drsných podmienkach sa pri navrhovaní elektrolytického článku musí plne zvážiť použitie materiálu a antikorózna štruktúra elektrolytického článku. Anódová časť iónového filmu elektrolytický článok (označuje anódu a časť, ktorá je v kontakte s anódovou kvapalinou), krajiny na celom svete bez výnimky zvolili kovový titán (alebo zliatinu titánu odolnú voči korózii) s dobrou odolnosťou proti korózii v anódovej kvapaline.

Schematický diagram iónomeničovej membrány na báze hydroxidu sodného, ​​ako je znázornené na obrázku, dve elektródy sú izolované iónomeničovou membránou. Z jednej strany sa pridáva slaná voda a z druhej čistá voda. Po prechode prúdom sa z anódovej strany generuje plynný chlór a z katódovej strany sa generuje plynný vodík. Iónová membrána umožňuje prechod iba sodíkových iónov , takže hydroxid sodný sa vyrába z katódovej strany.

Okrem elektrolytického článku hlavného zariadenia zariadenia na výrobu hydroxidu sodného s iónovou membránou sú hlavnými časťami používanými v titánovom zariadení: systém soľanky – hladinomer kvapalín; systém anódovej kvapaliny - nádrž na anódovú kvapalinu a práčka chlóru; systém čerstvej soľanky-dechloračná veža, rozdeľovač čerstvej soľanky, prístrojový chladič; systém chladenia chlórnanom sodným, absorpčná veža, rozvádzač; plynový chlórový systém - mokrý chladič plynného chlóru; systém na odstraňovanie nebezpečenstva-výmenník tepla, ventilátor na odstraňovanie nebezpečenstva.

(2) Mokrý chladič chlóru

Zatiaľ čo elektrolýzou kuchynskej soli vzniká lúh sodný, vzniká veľké množstvo horúceho vlhkého plynného chlóru, ktorý je možné použiť po ochladení a vysušení. Existujú dva spôsoby chladenia horúceho a vlhkého plynného chlóru: priame rozprašovanie vodou a nepriame chladenie pomocou rúrkových chladičov. .Pri priamom chladení vzniká nielen veľké množstvo chlórovej vody s obsahom chlóru, ktorá vážne znečisťuje životné prostredie, ale aj veľké množstvo plynného chlóru sa stráca, spotrebováva sa kyselina sírová a pracovné podmienky v dielni sú zlé. Materiálom nepriamych chladičov boli grafitové chladiče, chladiče so sklenenými trubicami, keramické chladiče, plastové chladiče atď., ale existuje veľa problémov, ako je zlá odolnosť proti korózii, ľahké rozbitie a ľahké starnutie. Nerezové nepriame chladiče sa môžu používať iba 8 až 10 dní a je potrebné ich zastaviť kvôli oprave. Výsledky testov ukazujú, že titán je extrémne odolný voči korózii v prostredí vysokej teploty a vlhkého plynného chlóru s ročná miera korózie 0,0025 mm. Použitie titánových chladičov pri výrobe chlór-alkalického priemyslu môže skrátiť proces chladenia a sušenia, znížiť straty plynného chlóru, znížiť znečistenie životného prostredia a vytvoriť podmienky pre stabilnú prevádzku stlačených plynov a dosiahnuť vysoký stupeň sušenia.

V roku 1963 začalo Rusko používať titánové chladiče plynu s chlórom s teplovýmennou plochou 140 m. Použili sa aj titánové rúry na dopravu mokrého plynného chlóru s priemerom 300~600 mm a dĺžkou väčšou ako 500 m. Takmer všetky mokré chladiče plynného chlóru používané v chlór-alkalickom priemysle v Rusku sú vyrobené z titánu. Allied Chemical Company v Spojené štáty používajú titán namiesto grafitu na výrobu chladičov v chlór-alkalickom priemysle. Pôvodná grafitová trubica sa používala 2 až 3 roky a chladiaci výkon doplnil 78m titánový chladič, kým grafitový chladič si vyžiadal 140m.

Prvý titánový chladič v Číne vyrobila v roku 1965 Jinxi Chemical Machinery Factory. Plocha prenosu tepla je malá, iba 16,8 m. Od roku 1973 závody na výrobu chlóru a alkalických kovov v Šanghaji, Tianjine, Pekingu, Liaoningu, Guangdongu a ďalších provinciách a mestách postupne používajú titánové rúrkové chladiče s dobrými výsledkami. V našej krajine sú stovky titánových rúrkových chladičov.

(3) Čerpadlá a ventily

Pri výrobe plynného chlóru membránovou elektrolýzou a ortuťovou elektrolýzou sú najhospodárnejšie titánové čerpadlá používané v chlórnane draselnom a chlórnane sodnom. Spoločnosť Georgia-Peefick v Spojených štátoch používa titánové čerpadlo na čerpanie soľného roztoku pri 85 stupňoch . Soľný roztok obsahuje 270~320 g/l NaCl, kryštály NaCl a viac ako 0,5 g/l voľného chlóru. Životnosť titánovej pumpy je až 10 rokov.

Druhá Pekingská chemická továreň používa titánové odlievané 6BA-12 čerpadlo, guľový ventil Dg100Dg a HTB-701l vodnokruhové keramické vákuové čerpadlo titánové obežné koleso v novom procese vákuovej dechlorácie. Tieto titánové čerpadlá a obežné kolesá majú dlhú životnosť.