Приложение на титана в химическата промишленост-хлор-алкали

Приложение на титана в химическата промишленост-хлор-алкали

Хлор-алкалната промишленост е химическа промишленост, която приготвя хлорен газ и сода каустик чрез електролиза на воден разтвор на сол. Има повече от стогодишна история. Хлор-алкалната промишленост също е най-ранната индустрия в химическата промишленост, използваща титан. Основното оборудване за титан, използвано в хлор-алкалното производство, е: електролитна клетка с метален анод, електролитна клетка с йонна мембрана, тръбен охладител за мокър хлор, предварително нагревател за рафинирана саламура, дехлориране кула, хлор-алкален охлаждащ скрубер, вакуумна помпа за дехлориране и вентилно титаново оборудване.

(1) Метален анод

Хлор-алкалният производствен процес включва живачна електролиза, диафрагмена електролиза и йонно-мембранна електролиза. В миналото графитните аноди са били използвани за хлор-алкални аноди. През 1956 г. холандецът Хенри. Бил (Х. Биър) за първи път предложи електролитната клетката използва метален анод, известен също като анод със стабилни размери DSA (Dimensionally Stable Anode) и получава патент през 1965 г. Анодът със стабилни размери е електрод, покрит с оксиди от благородни метали от платинена група върху титанов субстрат. През 1968 г. DeNore, италианска компания, първите индустриализирани титанови аноди в хлор-алкалната индустрия. Около 1970 г. Съединените щати, Италия, Япония, Германия, Франция и други страни бързо преминаха към метални аноди вместо графитни аноди. В Япония хиляди тонове титан са използвани като основен материал за метални аноди. За производството на 10 000 тона сода каустик са необходими около 5 титанови материала.

С развитието на китайската хлор-алкална индустрия, основното оборудване (електролитна клетка) за производство на сода каустик претърпя три големи промени. Първата промяна беше, че вертикалните резервоари замениха хоризонталните резервоари. В началото на 60-те години (вертикални адсорбционни диафрагмени електролитни клетки) бяха използвани вместо традиционните хоризонтални резервоари, което значително увеличи производството на сода каустик в Китай от 193,000 тона през 1957 г. на 693,000 тона през 1966 г. , което е увеличение от 3,6 пъти.

Втората промяна е, че електролитните клетки с метален анод заменят електролитните клетки с графитен анод. През 70-те години на миналия век се използва метален анод (DSA) вместо графитен анод. От 1972 г. нашата страна провежда тестове на титанов анод в химическия завод в Шанхай Тианюан и химическия завод в Тиендзин. През 1973 г. е започнато изпитване на 20-метрова електролитна клетка с метална анодна диафрагма и 30-метрова електролитна клетка с метален анод постепенно се използва от 1974 г. През 1978 г. държавата изпълнява задачата за надграждане на технологията за метални аноди от 400,000 тона диафрагмена сода каустик. Към 1981 г. имаше 17 хлор-алкални завода в цялата страна, които използваха общо 1217 електролизни клетки с метални аноди, образувайки диафрагмен метален анод с годишен производствен капацитет от 670 000 тона сода каустик, което представлява 30% от производствения капацитет на сода каустик в страната и 95 000 тона капацитет за електролиза на живак с използване на DSA. Към 1996 г. в страната имаше 99 хлоралкални завода с общо 8409 електролитни клетки с метална анодна диафрагма, с годишно производство от 4,2 милиона тона сода каустик, което представлява 70% от производствения капацитет на сода каустик в страната. С изключение на няколко големи химически завода като Tianyuan, Tianhua и Daguhua, повечето от металните анодни електролитни клетки се произвеждат и доставят от професионални фабрики като Beijing Chemical Machinery Factory и Shanghai 4805 Factory.

Третата промяна е използването на електролитни клетки с йонна мембрана. В средата на-1980 години използването на енергоспестяващ и високоефективен метод на йонна мембрана беше насърчавано за производството на сода каустик. Нашата страна въведе технология и оборудване за йонна мембрана за сода каустик от Япония и други страни, образувайки серия от 10,000 до 50,000 тона оборудване. Основното оборудване е електролитна клетка с йонна мембрана, резервоар за циркулация на течност от титанов анод, резервоар за прясна саламура, кула за вакуумно дехлориране, топлообменник, тръба и клапан на помпата и др., Титановото оборудване и титаниевата тръба се използват главно в системата за циркулация на анодна течност, прясна саламура система, система за дехлориране, система за подаване на мокър хлорен газ и система за циркулация на хлорна вода. Титановите помпи се използват главно за транспортиране на рафинирана саламура, течност за циркулация на анода, сладководна саламура и хлорна вода. Количеството титан, използвано в 10,000- тона устройство е около 8 тона. През юни 1986 г. Yannanxia Chemical Plant въвежда за първи път японската технология Asahi Glass с годишно производство от 10 000 тона завод за сода каустик. В допълнение към триизмерната електролитна клетка и анодна течна титаниева помпа, доставени от Япония, останалите шест титаниеви съоръжения са всички местни поддържащи и доставени от Jinxi Chemical Machinery Factory. До 1990 г. 11 хлор-алкални завода са приели йонна мембрана каустик заводи за сода с производствен капацитет 295,000 тона. През 1995 г. общо 27 хлор-алкални завода в цялата страна са приели заводи за йонна мембрана за сода каустик с производствен капацитет от 827 000 тона. През 2000 г. годишният производствен капацитет на китайската хлор-алкална промишленост е 7,5 милиона тона сода каустик, 14,71 милиона тона през 2005 г. и 23,99 милиона тона през 2010 г.

В електролитната клетка с йонна мембрана температурата на катодните и анодните помещения е около 90 градуса, анодната камера има хлорен газ и разтвор на сол, а катодната камера има 30% ~ 35% концентрация на разтвор на сода каустик. Общата работна плътност на тока на електролитната клетка с йонна мембрана е 30~40A/dm. При такива тежки условия, използването на материала и антикорозионната структура на електролитната клетка трябва да бъдат напълно взети предвид при проектирането на електролитната клетка. Анодната част на йонния филм електролитна клетка (отнася се за анода и частта в контакт с анодната течност), страните по света без изключение са избрали титанов метал (или устойчива на корозия титанова сплав) с добра устойчивост на корозия в анодната течност.

Схематичната диаграма на йонообменната мембрана на сода каустик, както е показано на фигурата, двата електрода са изолирани с йонообменна мембрана. Солената вода се добавя от едната страна, а чистата вода се добавя от другата. След преминаване през тока, хлорният газ се генерира от анодната страна и водородният газ се генерира от страната на катода. Йонната мембрана позволява само натриевите йони да преминават през , така че натриевият хидроксид се произвежда от страната на катода.

В допълнение към електролитната клетка на основното оборудване на устройството за сода каустик с йонна мембрана, основните части, използвани в титановото оборудване, са: система за солен разтвор - измервател на нивото на течността; система за анодна течност - резервоар за анодна течност и хлорен скрубер; система за пресен солен разтвор-кула за дехлориране, разпределител за свеж солен разтвор, охладител на инструмента; система за натриев хипохлорит-охлаждане, абсорбционна кула, разпределител; система за хлорен газ - мокър охладител за хлорен газ; система за отстраняване на опасности - топлообменник, вентилатор за отстраняване на опасности.

(2) Охладител с мокър хлор

Докато електролизата на готварска сол произвежда сода каустик, се генерира голямо количество горещ мокър хлорен газ, който може да се използва след охлаждане и изсушаване. Има два начина за охлаждане на горещ и влажен хлорен газ: директно пръскане с вода и индиректно охлаждане чрез тръбни охладители .Директното охлаждане не само ще произведе голямо количество хлорсъдържаща хлорна вода, което сериозно ще замърси околната среда, но също така се губи голямо количество хлорен газ, изразходва се сярна киселина и условията на работа в цеха са лоши. Материалът на индиректните охладители е бил графитни охладители, охладители със стъклени тръби, керамични охладители, пластмасови охладители и т.н., но има много проблеми, като лоша устойчивост на корозия, лесно счупване и лесно стареене. Индиректните охладители от неръждаема стомана могат да се използват само от 8 до 10 дни и трябва да бъдат спрени за ремонт. Резултатите от теста показват, че титанът е изключително устойчив на корозия в среда с висока температура и мокър хлорен газ, с годишна скорост на корозия от 0,0025 mm. Използването на титанови охладители в производството на хлор-алкална промишленост може да съкрати процеса на охлаждане и сушене, да намали загубата на хлорен газ, да намали замърсяването на околната среда и да създаде условия за стабилна работа на сгъстени газове и да постигне висока степен на сушене.

През 1963 г. Русия започна да използва титанов хлорен газов охладител с топлообменна площ от 140 m. Използвани са също титаниеви тръби за пренасяне на мокър хлорен газ с диаметър 300~600 mm и дължина над 500 m. Почти всички охладители на мокър хлорен газ, използвани в хлор-алкалната индустрия в Русия, са направени от титан. Allied Chemical Company в Съединените щати използват титан вместо графит за производството на охладители в хлор-алкалната индустрия. Оригиналната графитна тръба беше използвана в продължение на 2 до 3 години и 78-метров титанов охладител допълваше капацитета на охлаждане, докато графитният охладител изискваше 140 метра.

Първият титаниев охладител в Китай е произведен през 1965 г. от Jinxi Chemical Machinery Factory. Площта на топлообмен е малка, само 16,8 m. От 1973 г. хлор-алкалните заводи в Шанхай, Тиендзин, Пекин, Ляонин, Гуандун и други провинции и градове последователно използват титаниеви тръбни охладители с добри резултати. В нашата страна има стотици титаниеви тръбни охладители.

(3) Помпи и клапани

При производството на хлорен газ чрез мембранна електролиза и живачна електролиза титаниевите помпи, използвани в калиев хипохлорит и натриев хипохлорит, са най-икономичните. Компанията Georgia-Peefick в Съединените щати използва титаниева помпа за изпомпване на солен разтвор при 85 градуса. Солният разтвор съдържа 270~320g/L NaCl, кристали NaCl и повече от 0,5g/L свободен хлор. Срокът на експлоатация на титановата помпа е до 10 години.

Вторият химически завод в Пекин използва помпа от лят титан 6BA-12, вентил Dg100Dg и титаниево работно колело на керамична вакуумна помпа HTB-701l с воден пръстен в новия процес на вакуумно дехлориране. Тези титаниеви помпи и работни колела имат дълга експлоатационен живот.