Прилагане на титан в химическата индустрия: хлор-алкал
Индустрията на хлор-алкалите е химическа индустрия, която произвежда сода за хлор и каустик чрез електролизиране на разтвори за саламура. Той има история от повече от 100 години и е и най -ранната индустрия в химическата индустрия, която използва титан. Титановото оборудване, използвано в производството на хлор-алкали, включва главно: електролизер с метален анод, електролизер за йонна мембрана, тръбен мокър охладител на хлор, рафиниран солев разтвор, кула за дехлориране, хлор-алкално охлаждане и промивна кула, вакуумна помпи за дехлориране и клапани и друго оборудване на титан.
(1) Метални аноди
Производствените процеси на хлор-алкали включват живачна електролиза, електролиза на диафрагмата и електролиза на йонната мембрана. В миналото графитните аноди винаги са били използвани в хлор-алкални аноди. През 1956 г. холандецът Хенри Бира за първи път предложи използването на метални аноди, известни още като размерно стабилни аноди (DSA) в електролитични клетки, и получава патенти през 1965 г. Размерно стабилни аноди са електроди, покрити с платинена група, прецизни метални оксиди върху титанови субстрати. През 1968 г. Denore, италианска компания, за първи път осъзнава индустриализацията на титанови аноди в индустрията на хлор-алкалите. Около 1970 г. Съединените щати, Италия, Япония, Германия, Франция и други страни бързо преминаха към метални аноди вместо графитни аноди. В Япония са използвани няколко хиляди тона титаниеви материали като основен материал на метални аноди. Производството на 10 000 тона каустична сода изисква около 5 тона титанови материали.
С развитието на индустрията за хлор-алкал в моята страна основното оборудване (електролизер) за производството на сода на CAUSTIC претърпя три основни промени. Първата промяна беше подмяната на хоризонтални резервоари с вертикални резервоари. В началото на 60 -те години използването на (вертикална адсорбционна диафрагма електролизер) замества традиционните хоризонтални резервоари, което значително увеличи производството на сода на моята страна от 193 000 тона през 1957 г. до 693 000 тона през 1966 г., увеличение от 3,6 пъти.
Втората промяна беше замяната на електролитичните клетки на графит анод с метални анодни електролитични клетки. През 70 -те години на миналия век металните аноди (DSA) са използвани за замяна на графитни аноди. Моята страна започва да тества титанови аноди в химическото растение на Шанхай Тианюан и химическото растение Tianjin през 1972 г. и започва да тества 20M3 метален аноден диафрагмен електролитични клетки през 1973 г. От 1974 г. постепенно се използват електролитични клетки от метален анод от 30M3. През 1978 г. страната изпълнява задачата за трансформация на метална анодна технология на 400 000 тона диафрагма каустична сода. Към 1981 г. в страната има 17 хлор-алкални растения, използващи общо 1,217 метални анодни електролитични клетки, образуващи диафрагмен метален анод на годишния производствен капацитет от 670 000 тона каустик сода, което представлява 30% от капацитета на сода за производство на сода и 95 000 тона от живачен електролиза. Към 1996 г. в страната има 99 растения хлор-алкал с общо 8 409 метални анодни диафрагмични електролитични клетки, с годишен производствен капацитет от 4,2 милиона тона каустична сода, което представлява 70% от капацитета за производство на сода в страната. С изключение на няколко големи химически централи като Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical и др., Които сами по метални анодни електролитични клетки, повечето от тях се произвеждат и доставят от професионални фабрики като фабрика за химически машини в Пекин и фабрика Shanghai 4805.
Третата промяна беше използването на електролизатори на йонни мембрани. В средата на 80-те години на миналия век методът за пестене на енергия и ефективна йонна мембрана се насърчава да произвежда сода за каустик. Моята страна въведе технология и оборудване на сода и оборудване на Caustic Soda от Япония и други страни, образувайки серия от 10 000 до 50 000 тона оборудване. Основното оборудване на йонните мембрани електролизатори, титанови анодни течни циркулационни резервоари, подносни резервоари за вода, вакуумни кули за дехлориране, топлообменници, тръби и помпи и др. Титаниево оборудване и титанови тръби се използват главно в системи за циркулация на течни циркулирани системи, влажни системи, системи за обезсобени водни системи, системи за декларация. Титановите помпи се използват главно за транспортиране на рафинирана саламура, анодна циркулираща течност, обезсолена вода и хлорна вода. Комплект от 10 000 тона оборудване използва около 8 тона титан. През юни 1986 г. химическият завод Yanguoxia въведе за първи път японската технология Asahi Glass с годишно производство от 10 000 тона оборудване за сода CAUSTIC. С изключение на триизмерната помпа за електролизер и анодна течност титаниев помпа, доставена от Япония, останалите 6 титанови оборудване са съвпадащи в домашни условия и се доставят от завода за химически машини Jinxi. До 1990 г. 11 растения хлор-алкал са приели оборудване за сода на йонната мембрана, с производствен капацитет от 295 000 тона. През 1995 г. в Китай има 27 растения хлор-алкал, приемащи оборудване за сода на йонни мембрани, с производствен капацитет от 827 000 тона. През 2000 г. годишният капацитет за производство на сода на CAUSTIC на индустрията за хлор-алкал на моята страна е 7,5 милиона тона, 14,71 милиона тона през 2005 г. и 23,99 милиона тона през 2010 г.
В електролизера на йонната мембрана температурата на катодната и анодната камера е около 90 градуса, в анодната камера има разтвор на хлор и сол и има 30% ~ 35% разтвор на сода за каустик в катодната камера. Общата плътност на работен ток на електролизера на йонната мембрана е 30 ~ 40a/dm?. При такива тежки условия на труд, използването на материала и антикорозионната структура на електролизера трябва да бъдат напълно взети предвид при проектирането на електролизера. За анодната част на електролизера на йонната мембрана (по отношение на анода и частта в контакт с анодната течност), всички страни в света са избрали титанов метал (или устойчива на корозия титанова сплав) с добра устойчивост на корозия в анодната течност без изключение.
Следва схематична диаграма на мембрана за обмен на йони за сода за каустик. Както е показано на фигурата, два електрода са разделени от мембрана на йонен обмен. Солената вода се добавя от едната страна и се добавя чиста вода от другата страна. След като токът преминава през, хлорът се получава от анодната страна и водородът се получава от катодната страна. Йонната мембрана позволява само натриевите йони да преминават, така че натриевият хидроксид се произвежда от страната на катода.
В допълнение към основното оборудване Електролитичната клетка на завода за сода на йонната мембрана, основните части, където се използва титаново оборудване, са: Соленост - габарит на нивото на течност; Анодна течна система - Аноден течен резервоар и хлорен скрубер; Кула за дехлориране, дехлориране дистрибутор на саламура, охладител на инструмента; Натриева хипохлоритна система - охлаждане, абсорбционна кула, дистрибутор; Хлорна система - мокър охладител за хлор; и система за контрол на вредителите - вентилатор за топлообменник и вредители.
(2) мокър охладител за хлор
При електролизиране на сол за получаване на каустична сода се генерира голямо количество горещ мокър хлор, който може да се използва само след охлаждане и изсушаване. Има два начина за охлаждане на горещ мокър хлор: директно пръскане на вода и косвено охлаждане с помощта на охладител на тръбата. Директното охлаждане не само произвежда голямо количество хлорна вода, съдържаща хлор, което сериозно замърсява околната среда, но също така причинява големи загуби на хлор, висока консумация на сярна киселина и лоши условия на работа на работилницата. Индиректните охладители са изработени от графитни охладители, охладители на стъклени тръби, керамични охладители, пластмасови охладители и др., Но всички те имат много проблеми като лоша устойчивост на корозия, лесна за счупване и лесна за възрастта. Индиректните охладители от неръждаема стомана могат да се използват само за 8 до 10 дни, преди да се наложи да бъдат спрени за ремонт. Резултатите от тестовете показват, че титанът е изключително устойчив на корозия във високотемпературна влажна хлорна среда, с годишен обем на корозия от 0,0025 mm. Използването на титанови охладители при промишленото производство на хлор-алкал може да съкрати процеса на охлаждане и сушене, да намали загубите на хлор, да намали замърсяването на околната среда и да създаде условия за стабилна работа на сгъстен газ и висока сухота.
През 1963 г. Русия започва да използва титанови охладители на хлор с площ на топлообмен от 140квммм. Той също така използва титанови тръби за предаване на мокър хлор, с диаметър 300 ~ 600 мм и дължина над 500 м. Почти всички мокри охладители на хлор, използвани в руската индустрия хлор-алкал, са изработени от титан. Allied Chemical Company в Съединените щати използва титан вместо графит, за да направи охладители в индустрията на хлор-алкалите. Оригиналните графитни тръби бяха бракувани след 2 ~ 3 години употреба. 78 кв.м титанов охладител може да завърши охлаждащия капацитет, докато графитният охладител изисква 140 кв.м.
Първият титанов охладител в моята страна е произведен от фабриката за химически машини Jinxi през 1965 г. Той имаше малка площ за пренос на топлина от само 16,8 кв.м. От 1973 г. растенията хлор-алкал в Шанхай, Тиендзин, Пекин, Лианинг, Гуандун и други провинции и градове последователно са използвали охладители на титан с черупки и тръби с добри резултати. В момента в моята страна има стотици титанови охладители на черупки и тръби.
(3) Помпи и клапани
При производството на хлор чрез мембранна електролиза и живачна електролиза, титановите помпи, използвани в калий хипохлорит и натриев хипохлорит, са най -икономични. Georgia-Phifek Company в Съединените щати използва титаниеви помпи за изпомпване на 85 градусов солен разтвор, съдържащ 270 ~ 320g/L NaCl, NaCl кристали и повече от 0,5 g/L хлор. Служителният живот на титановата помпа е до 10 години.
Пекин Химически растение NO . 2 използва отливки титан 6BA-12, DG100DG спирателни клапани и титанови усилватели на HTB-701L воден пръстен керамични вакуумни помпи в новия процес на вакуумна дехлориране. Тези титанови помпи и колеги имат дълъг експлоатационен живот.
