Anvendelse af titanium i den kemiske industri: Chlor-alkali

Chlor-alkali-industrien er en kemisk industri, der producerer klor og kaustisk soda ved at elektrolysende saltopløsninger. Det har en historie på mere end 100 år og er også den tidligste industri inden for den kemiske industri, der bruger titanium. Det titaniumsudstyr, der bruges i chlor-alkali-produktion, inkluderer hovedsageligt: ​​metalanodeelektrolysator, ionmembranelektrolysator, rørformet våd chlor-køler, raffineret saltlage-preeheater, dechlorineringstårn, chlor-alkalisk afkøling og vasketårn, vakuum afhænger pumper og ventiler og andet titaniumudstyr.

(1) Metalanoder

Chlor-alkali-produktionsprocesser inkluderer kviksølvelektrolyse, membranelektrolyse og ionmembranelektrolyse. Tidligere er grafitanoder altid blevet brugt i chlor-alkali-anoder. I 1956 foreslog hollænderen Henry Beer først brugen af ​​metalanoder, også kendt som dimensionelt stabile anoder (DSA) i elektrolytiske celler, og opnåede patenter i 1965. Dimensionelt stabile anoder er elektroder belagt med platingruppe ædle metaloxider på titan -substrater. I 1968 indså Denore, et italiensk firma, først industrialiseringen af ​​titaniumanoder i Chlor-alkali-industrien. Omkring 1970 skiftede De Forenede Stater, Italien, Japan, Tyskland, Frankrig og andre lande hurtigt til metalanoder i stedet for grafitanoder. I Japan er flere tusinde tons titaniummaterialer blevet brugt som basismateriale for metalanoder. Produktionen af ​​10.000 ton kaustisk soda kræver ca. 5 ton titaniummaterialer.

Med udviklingen af ​​mit lands chlor-alkali-industri har hovedudstyret (Electrolyzer) til kaustisk sodavand gennemgået tre store ændringer. Den første ændring var udskiftningen af ​​vandrette tanke med lodrette tanke. I de tidlige 1960'ere erstattede brugen af ​​(lodret adsorptionsmembranelektrolysator) de traditionelle vandrette tanke, hvilket i høj grad øgede mit lands kaustiske sodavand, fra 193.000 tons i 1957 til 693.000 tons i 1966, en stigning på 3,6 gange.

Den anden ændring var udskiftningen af ​​grafitanodeelektrolytiske celler med metalanodeelektrolytiske celler. I 1970'erne blev metalanoder (DSA) anvendt til at erstatte grafitanoder. Mit land begyndte at teste titaniumanoder i Shanghai Tianyuan Chemical Plant og Tianjin Chemical Plant i 1972 og begyndte at teste 20M3 metalanodemembranelektrolytiske celler i 1973. Siden 1974 er 30M3 metalanode elektrolytiske celler blevet gradvist anvendt. I 1978 udførte landet opgaven med metalanodeteknologi -transformation på 400.000 ton membranen kaustisk soda. Fra 1981 var der 17 chlor-alkali-planter i landet ved hjælp af i alt 1.217 metalanodeelektrolytiske celler, der dannede en membran-anodens årlige produktionskapacitet på 670.000 tons kaustisk soda, regnskabsføring til 30% af landets kaustiske Soda-produktionskapacitet og 95.000 tons af kvæstelseselektrolysekapacitet ved hjælp af DSA. Fra 1996 var der 99 chlor-alkali-planter i landet med i alt 8.409 metalanodemembranelektrolytiske celler med en årlig produktionskapacitet på 4,2 millioner tons kaustisk soda, der tegner sig for 70% af landets kaustiske sodavand. Bortset fra et par store kemiske planter, såsom Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical osv., Der fremstiller selve elektrolytiske celler i metalanode, der fremstiller selv, er de fleste af dem fremstillet og leveret af professionelle fabrikker, såsom Beijing Chemical Machinery Plant og Shanghai 4805 Factory.

Den tredje ændring var brugen af ​​ionmembranelektrolysere. I midten af ​​1980'erne blev den energibesparende og effektive ionmembranmetode fremmet til at producere kaustisk soda. Mit land introducerede ionmembran kaustisk sodavandsteknologi og udstyr fra Japan og andre lande og dannede en serie på 10.000 til 50.000 ton udstyr. Hovedudstyret inkluderer ionmembranelektrolysere, titananode flydende cirkulationstanke, afsaltede vandtanke, vakuum -dechlorineringstårne, varmevekslere, rør og pumper osv. Titaniumudstyr og titanrør bruges hovedsageligt i anode -væskekredsløbssystemer, afsalt vandsystemer, DEWHLORINATION -systemer, vådt chlor -leveringssystemer og CHLorine -vandcirkulationssystemer, afsalt vandsystemer, DEWHLORININERINGSYSTEMS, VÅ -CHLORINE GAS -leveringssystemer og CHLORINE -vandcirkulationssystemer. Titanpumper bruges hovedsageligt til at transportere raffineret saltvand, anode cirkulerende væske, afsalt vand og klorvand. Et sæt på 10.000 ton-niveau udstyr bruger ca. 8 ton titanium. I juni 1986 introducerede Yanguoxia Chemical Plant Japans Asahi Glass -teknologi for første gang med en årlig produktion på 10.000 ton kaustisk sodavand. Bortset fra den tredimensionelle elektrolysator og anode flydende titanpumpe leveret af Japan, er det andet 6 titaniumudstyr alle indenlandske matchet og leveret af Jinxi Chemical Machinery Plant. I 1990 havde 11 chlor-alkali-planter vedtaget ionmembranen kaustisk sodaudstyr med en produktionskapacitet på 295.000 tons. I 1995 var der 27 chlor-alkali-planter i Kina, der vedtog ionmembranen kaustisk sodavand, med en produktionskapacitet på 827.000 ton. I 2000 var den årlige kaustiske sodavandsproduktionskapacitet i mit lands chlor-alkali-industri 7,5 millioner tons, 14,71 millioner tons i 2005 og 23,99 millioner tons i 2010.

I ionmembranelektrolysatoren er temperaturen på katodens og anodekamre ca. 90 grader, der er klor- og saltopløsning i anodekammeret, og der er 30% ~ 35% kaustisk sodavand i katodekammeret. Den generelle driftsstrømtæthed af ionmembranelektrolysatoren er 30 ~ 40A/DM?. Under sådanne hårde arbejdsvilkår skal den materielle anvendelse og anti-korrosionsstruktur af elektrolysatoren overvejes fuldt ud, når elektrolysatoren designes, når elektrolyseren designes. For anodelen af ​​ionmembranelektrolysatoren (henviser til anoden og den del, der er i kontakt med anodevæsken), har alle lande i verden valgt titaniummetal (eller korrosionsbestandig titaniumlegering) med god korrosionsbestandighed i anodevæsken uden undtagelse.

Følgende er et skematisk diagram over en ionbyttermembran til kaustisk soda. Som vist på figuren adskilles to elektroder med en ionbyttermembran. Saltvand tilsættes fra den ene side, og rent vand tilsættes fra den anden side. Efter at strømmen passerer igennem produceres chlor fra anodesiden, og brint produceres fra katodesiden. Ionmembranen tillader kun natriumioner at passere, så natriumhydroxid produceres fra katodesiden.

Foruden den vigtigste udstyrelektrolytiske celle i ionmembranen kaustisk sodavand er de vigtigste dele, hvor titaniumsudstyr bruges,: saltvandssystem - væskeniveaumåler; Anode flydende system - Anode flydende tank og klorskrubber; Dechlorination Tower, Dechlorination Brine Distributør, instrumentkøler; Natriumhypochlorit -system - afkøling, absorptionstårn, distributør; klorsystem - våd klorekøler; og skadedyrsbekæmpelsessystem - varmeveksler og skadedyrsbekæmpelse.

(2) Våd klorekøler

Når elektrolysering af salt til fremstilling af kaustisk soda, genereres en stor mængde varm våd klor, som kun kan bruges efter afkøling og tørring. Der er to måder at afkøle varmt vådt klor på: direkte vandsprøjtning og indirekte afkøling ved hjælp af en rørkøler. Direkte afkøling producerer ikke kun en stor mængde klorholdige klorvand, som alvorligt forurener miljøet, men også forårsager store klortab, høje svovlsyreforbrug og dårlige workshop-arbejdsvilkår. Indirekte kølere er lavet af grafitkøler, glasrørkøler, keramiske kølere, plastkøler osv., Men de har alle mange problemer såsom dårlig korrosionsbestandighed, let at bryde og lette at ældes. Indirekte kølere i rustfrit stål kan kun bruges i 8 til 10 dage, før de skal stoppes til reparation. Testresultater viser, at titanium er ekstremt korrosionsbestandig i et vådt klormiljø med høj temperatur med et årligt korrosionsvolumen på 0,0025 mm. Brugen af ​​titaniumkøler i chlor-alkali industriel produktion kan forkorte afkølings- og tørringsprocessen, reducere chlorab, reducere miljøforurening og skabe betingelser for stabil drift af komprimeret gas og høj tørhed.

I 1963 begyndte Rusland at bruge titanium -chlorkøler med et varmeudvekslingsområde på 140 kvm. Det brugte også titaniumrørledninger til transport af vådt klor med en diameter på 300 ~ 600 mm og en længde på mere end 500 m. Næsten alle våde chlorkøler, der bruges i Ruslands chlor-alkali-industri, er lavet af titanium. Allied Chemical Company i USA bruger titanium i stedet for grafit til at fremstille kølere i chlor-alkali-industrien. De originale grafitrør blev skrotet efter 2 ~ 3 års brug. En 78 kvm titaniumkøler kan fuldføre kølekapaciteten, mens en grafitkøler kræver 140 kvm.

Den første titaniumkøler i mit land blev fremstillet af Jinxi Chemical Machinery Factory i 1965. Den havde et lille varmeoverførselsområde på kun 16,8 kvm. Siden 1973 har chlor-alkali-planter i Shanghai, Tianjin, Beijing, Liaoning, Guangdong og andre provinser og byer successivt brugt titaniumskal-og-rørkøler med gode resultater. Der er i øjeblikket hundreder af titaniumskal-og-rørkøler i mit land.

(3) pumper og ventiler

Ved produktion af klor ved membranelektrolyse og kviksølvelektrolyse er titanpumperne, der anvendes i kaliumhypochlorit og natriumhypochlorit, de mest økonomiske. Georgia-Phifek Company i USA bruger titanpumper til at pumpe 85 graders saltopløsning indeholdende 270 ~ 320g/L NaCl, NaCl-krystaller og mere end 0,5 g/L gratis klor. Titaniumpumpens levetid er op til 10 år.

Beijing Chemical Plant No . 2 bruger støbt Titanium 6BA-12-pumper, DG100DG-stopventiler og titaniumhjul af HTB-701L Water Ring keramiske vakuumpumper i den nye vakuum-dechloreringsproces. Disse titanpumper og skader har en lang levetid.