Primena titana u hemijskoj industriji-hlor-alkal

Primena titana u hemijskoj industriji-hlor-alkal

Hlor-alkalna industrija je hemijska industrija koja priprema gas hlor i kaustičnu sodu elektrolizom vodenog rastvora soli. Ima istoriju dugu više od stotinu godina. Hlor-alkalna industrija je takođe najranija industrija u hemijskoj industriji koja koristi titan. Glavna oprema od titana koja se koristi u proizvodnji hlor-alkala su: elektrolitička ćelija metalne anode, elektrolitička ćelija sa jonskom membranom, cevni hladnjak za mokri klor, predgrejač rafinisane slane vode, dehloracija toranj, hlor-alkalni čistač za hlađenje, vakuum pumpa za dehlorisanje i ventilska oprema od titanijuma.

(1) Metalna anoda

Proces proizvodnje hlor-alkalija uključuje elektrolizu žive, elektrolizu dijafragme i elektrolizu jonske membrane. U prošlosti su se grafitne anode koristile za hlor-alkalne anode. Holanđanin Henry.Bill (H. Beer) je 1956. godine prvi predložio da elektrolitički ćelija koristi metalnu anodu, poznatu i kao dimenzionalno stabilna anoda DSA (Dimensionally Stable Anode), i dobila je patent 1965. Dimenzionalno stabilna anoda je elektroda presvučena oksidima plemenitih metala platinske grupe na titanijumskoj podlozi. Godine 1968., DeNore, italijanska kompanija, prve industrijalizovane titanijumske anode u hlor-alkalnoj industriji. Oko 1970. godine, Sjedinjene Države, Italija, Japan, Njemačka, Francuska i druge zemlje brzo su prešle na metalne anode umjesto na grafitne. U Japanu su hiljade tona titanijuma korištene kao osnovni materijal za metalne anode. Za proizvodnju 10,000 tona kaustične sode potrebno je oko 5 titanijumskih materijala.

Sa razvojem kineske hlor-alkalne industrije, glavna oprema (elektrolitička ćelija) za proizvodnju kaustične sode pretrpela je tri velike promene. Prva promena je bila da su vertikalni rezervoari zamenili horizontalne rezervoare. Početkom 1960-ih, (vertikalne adsorpcione dijafragme elektrolitičke ćelije) su korištene umjesto tradicionalnih horizontalnih rezervoara, što je uvelike povećalo proizvodnju kaustične sode u Kini, sa 193,000 tone u 1957. na 693,000 tone u 1966. , povećanje od 3,6 puta.

Druga promjena je da elektrolitičke ćelije s metalnom anodom zamjenjuju elektrolitičke ćelije s grafitom. Sedamdesetih godina prošlog vijeka umjesto grafitne anode korištena je metalna anoda (DSA). Od 1972. godine naša zemlja provodi ispitivanja titanijumskih anoda u šangajskoj hemijskoj fabrici Tianyuan i hemijskoj fabrici Tianjin. Godine 1973. započeto je ispitivanje elektrolitičke ćelije sa metalnom anodnom membranom od 20 m, a od 1974. postepeno se koristila elektrolitička elektrolitička ćelija od 30 m s metalnom anodnom membranom. Država je 1978. godine izvršila zadatak nadogradnje tehnologije metalnih anoda od 400,000 tona dijafragme kaustične sode. Od 1981. godine postojalo je 17 hlor-alkalnih tvornica širom zemlje koje su koristile ukupno 1.217 ćelija za elektrolizu metalnih anoda, formirajući membransku metalnu anodu s godišnjim kapacitetom proizvodnje od 670,000 tona kaustične sode, što čini 30% kapaciteta proizvodnje kaustične sode u zemlji, i 95,000 tona kapaciteta za elektrolizu žive pomoću DSA. Od 1996. godine u zemlji je bilo 99 hlor-alkalnih postrojenja sa ukupno 8.409 elektrolitičkih ćelija sa metalnom anodnom membranom, sa godišnjom proizvodnjom od 4,2 miliona tona kaustične sode, što čini 70% kapaciteta proizvodnje kaustične sode u zemlji. Osim nekoliko velikih hemijskih postrojenja kao što su Tianyuan, Tianhua i Daguhua, većina Elektrolitičke ćelije s metalnom anodom proizvode i isporučuju profesionalne tvornice kao što su tvornica kemijskih strojeva u Pekingu i tvornica Shanghai 4805.

Treća promjena je korištenje ionskih membranskih elektrolitičkih ćelija. Sredinom{0}} godina promovirana je upotreba metode za uštedu energije i visokoefikasne jonske membrane za proizvodnju kaustične sode. Naša zemlja je uvela tehnologiju i opremu kaustične sode sa jonskim membranama iz Japana i drugih zemalja, formirajući seriju od 10,000 do 50,000 tona opreme. Glavna oprema je elektrolitička ćelija sa jonskom membranom, rezervoar za cirkulaciju anodne tečnosti od titanijuma, rezervoar za slanu vodu, toranj za vakuumsku dehloraciju, izmjenjivač topline, cijev i ventil pumpe, itd., Oprema od titana i titanijumske cijevi se uglavnom koriste u sistemu cirkulacije anodne tekućine, svježe slane vode sistem, sistem za dehloraciju, sistem za isporuku vlažnog gasa hlora i sistem za cirkulaciju vode sa klorom. Titanijumske pumpe se uglavnom koriste za transport rafinisanog slanog rastvora, anodne cirkulacione tečnosti, slatke vode i hlorne vode. Količina titana koja se koristi u 10,000- tona uređaja je oko 8t. U junu 1986., Yannanxia Chemical Plant je po prvi put uvela japansku tehnologiju Asahi Glass, sa godišnjom proizvodnjom od 10,000 tona fabrike kaustične sode. Pored trodimenzionalne elektrolitičke ćelije i pumpe za anodu tečnog titanijuma koju je isporučio Japan, preostalih šest opreme napravljene od titana je domaća podrška i isporučena od strane Jinxi Chemical Machinery Factory. Do 1990. godine, 11 hlor-alkalnih fabrika usvojilo je ionsku membransku kaustiku. fabrike sode sa proizvodnim kapacitetom od 295,000 tona. Godine 1995., ukupno 27 hlor-alkalnih tvornica širom zemlje usvojilo je tvornice kaustične sode s jonskim membranama sa proizvodnim kapacitetom od 827,000 tona. Godine 2000., godišnji proizvodni kapacitet kineske klor-alkalne industrije bio je 7,5 miliona tona kaustične sode, 14,71 miliona tona u 2005. godini i 23,99 miliona tona u 2010. godini.

U elektrolitičkoj ćeliji sa jonskom membranom, temperatura katodnih i anodnih prostorija je oko 90 stepeni, anodna komora ima gas hlor i rastvor soli, a katodna komora ima 30% ~ 35% koncentraciju rastvora kaustične sode. Opća gustina radne struje elektrolitičke ćelije sa jonskom membranom je 30~40A/dm. U takvim teškim uslovima, upotreba materijala i antikorozivna struktura elektrolitičke ćelije moraju se u potpunosti uzeti u obzir prilikom projektovanja elektrolitičke ćelije. Anodni dio jonskog filma elektrolitička ćelija (odnosi se na anodu i dio koji je u kontaktu s anodnom tekućinom), zemlje širom svijeta su bez izuzetka odabrale metal titan (ili leguru titanijuma otpornu na koroziju) sa dobrom otpornošću na koroziju u anodnoj tečnosti.

Šematski dijagram ionske membrane kaustične sode membrane za ionsku izmjenu, kao što je prikazano na slici, dvije elektrode su izolirane membranom za izmjenu jona. Slana voda se dodaje sa jedne strane, a čista voda sa druge. Nakon prolaska kroz struju, gasoviti hlor se stvara sa anodne strane, a vodonik se stvara sa katodne strane. Jonska membrana propušta samo jone natrijuma. , pa se natrijum hidroksid proizvodi sa katodne strane.

Pored elektrolitičke ćelije glavne opreme uređaja za kaustičnu sodu sa jonskom membranom, glavni delovi koji se koriste u opremi od titanijuma su: sistem slane vode-merač nivoa tečnosti; anodni tečni sistem-anodni rezervoar za tečnost i hlorni čistač; sistem svježe slane vode - toranj za dehloraciju, razdjelnik svježe otopine soli, hladnjak instrumenata; natrijum hipohlorit sistem-hlađenje, apsorpcioni toranj, razvodnik; sistem za hlor gas-mokri hladnjak na gasni hlor; Sistem za uklanjanje opasnosti - izmjenjivač topline, ventilator za uklanjanje opasnosti.

(2) Hladnjak za mokri hlor

Dok se elektrolizom kuhinjske soli proizvodi kaustična soda, stvara se velika količina vrućeg vlažnog plina hlora, koji se može koristiti nakon hlađenja i sušenja. Postoje dva načina za hlađenje vrućeg i vlažnog plinovitog hlora: direktno raspršivanje vode i indirektno hlađenje cijevastim hladnjakom .Direktno hlađenje ne samo da će proizvesti veliku količinu hlorne vode koja sadrži hlor, što će ozbiljno zagaditi životnu sredinu, već se gubi i velika količina gasovitog hlora, troši se sumporna kiselina, a uslovi rada u radionici su loši. Materijal indirektnih hladnjaka su grafitni hladnjaci, hladnjaci sa staklenim cijevima, keramički hladnjaci, plastični hladnjaci, itd., ali postoje mnogi problemi kao što su slaba otpornost na koroziju, lako se lome i lako stari. Indirektni hladnjaci od nerđajućeg čelika se mogu koristiti samo 8 do 10 dana i moraju se zaustaviti radi popravke. Rezultati ispitivanja pokazuju da je titan izuzetno otporan na koroziju u okruženju visoke temperature i vlažnog gasa hlora, sa godišnja stopa korozije od 0,0025 mm. Upotreba titanijumskih hladnjaka u proizvodnji hlor-alkalne industrije može skratiti proces hlađenja i sušenja, smanjiti gubitak gasovitog hlora, smanjiti zagađenje životne sredine i stvoriti uslove za stabilan rad komprimovanih gasova i postići visok stepen sušenja.

1963. Rusija je počela da koristi gasne hladnjake na titanijum hlor, sa površinom prenosa toplote od 140m. Korišćene su i titanijumske cevi za transport vlažnog gasnog hlora, prečnika 300~600mm i dužine veće od 500m. Gotovo svi hladnjaci vlažnog hlornog gasa koji se koriste u hlor-alkalnoj industriji u Rusiji su napravljeni od titanijuma.Allied Chemical Company u Sjedinjene Države koriste titanijum umjesto grafita za proizvodnju hladnjaka u hlor-alkalnoj industriji. Originalna grafitna cijev je korištena 2 do 3 godine, a hladnjak od titanijuma od 78m je upotpunio kapacitet hlađenja, dok je grafitnom hladnjaku bilo potrebno 140m.

Prvi kineski hladnjak od titanijuma proizveden je 1965. od strane Jinxi Chemical Machinery Factory. Površina prijenosa topline je mala, samo 16,8m. Od 1973. godine, hlor-alkalna postrojenja u Šangaju, Tianjinu, Pekingu, Liaoningu, Guangdongu i drugim provincijama i gradovima uzastopno koriste titanijumske cevaste hladnjake sa dobrim rezultatima. U našoj zemlji postoje stotine titanijumskih cevnih hladnjaka.

(3) Pumpe i ventili

U proizvodnji gasa hlora membranskom elektrolizom i elektrolizom žive, titanijumske pumpe koje se koriste u kalijum hipohloritu i natrijum hipohloritu su najekonomičnije. Kompanija Georgia-Peefick u Sjedinjenim Državama koristi titanijumsku pumpu za pumpanje rastvora soli na 85 stepeni. Rastvor soli sadrži 270~320g/L NaCl, kristala NaCl i više od 0,5g/L slobodnog hlora. Vijek trajanja titanijumske pumpe je do 10 godina.

Druga hemijska tvornica u Pekingu koristi pumpu od livenog titanijuma 6BA-12, globus ventil Dg100Dg i HTB-701l keramičku vakuumsku pumpu s vodenim prstenom propeler titanijumske pumpe u novom procesu vakuumske dehloracije. Ove titanijumske pumpe i impeleri imaju dugu vijek trajanja.