Användning av titan i den kemiska industrin-klor-alkali

May 12, 2023

Klor-alkaliindustrin är en kemisk industri som framställer klorgas och kaustiksoda genom elektrolys av en vattenhaltig saltlösning. Den har en historia på mer än hundra år. Klor-alkaliindustrin är också den tidigaste industrin i den kemiska industrin att använda titan. Den huvudsakliga titanutrustningen som används i klor-alkali-produktionen är: metallanodelektrolytisk cell, jonmembranelektrolytisk cell, rörformig våt klorkylare, raffinerad saltlösningsförvärmare, deklorering torn, klor-alkali kylskrubber, vakuumavkloreringspump och ventiltitanutrustning.

640

(1) Metallanod

Produktionsprocessen för kloralkali har kvicksilverelektrolys, diafragmaelektrolys och jonmembranelektrolys. Tidigare har grafitanoder använts för kloralkalianoder. 1956 föreslog holländaren Henry.Bill (H. Beer) först att elektrolytiken cellen använder en metallanod, även känd som dimensionsstabil anod DSA (Dimensionally Stable Anode), och erhöll ett patent 1965. Den dimensionsstabila anoden är en elektrod belagd med platinagruppens ädelmetalloxider på ett titansubstrat. 1968, DeNore, ett italienskt företag, första industrialiserade titananoder i klor-alkaliindustrin. Omkring 1970 gick USA, Italien, Japan, Tyskland, Frankrike och andra länder snabbt över till metallanoder istället för grafitanoder. I Japan har tusentals ton titan använts som basmaterial för metallanoder. För att producera 10,000 ton kaustiksoda krävs cirka 5 titanmaterial.

Med utvecklingen av Kinas klor-alkali-industri har den huvudsakliga utrustningen (elektrolytisk cell) för kaustiksodaproduktion genomgått tre stora förändringar. Den första förändringen var att vertikala tankar ersatte horisontella tankar. I början av 1960-talet användes (vertikala adsorptionsmembranelektrolytiska celler) istället för traditionella horisontella tankar, vilket kraftigt ökade Kinas kaustiksodaproduktion, från 193,000 ton 1957 till 693,000 ton 1966 , en ökning med 3,6 gånger.

Den andra förändringen är att metallanodelektrolytiska celler ersätter grafitanodelektrolytiska celler. På 1970-talet användes metallanod (DSA) istället för grafitanod. Sedan 1972 har vårt land genomfört titananodtester vid Shanghai Tianyuan Chemical Plant och Tianjin Chemical Plant. 1973 påbörjades ett elektrolytisk celltest av metallanodmembran på 20 m, och en elektrolytisk cell av metallanod på 30 m användes gradvis sedan 1974. 1978 utförde staten uppgiften att uppgradera metallanodteknologin på 400,000 ton diafragma kaustiksoda. Från och med 1981 fanns det 17 klor-alkalianläggningar över hela landet som använde totalt 1 217 metallanodelektrolysceller, vilket bildade en diafragmametallanod med en årlig produktionskapacitet på 670,000 ton kaustiksoda, som står för 30 % av landets kaustiksodaproduktionskapacitet, och 95,000 ton kvicksilverelektrolyskapacitet med användning av DSA. Från och med 1996 fanns det 99 kloralkalifabriker i landet med totalt 8 409 elektrolytiska celler för metallanodmembran, med en årlig produktion på 4,2 miljoner ton kaustiksoda, vilket står för 70 % av landets kaustiksodaproduktionskapacitet. Förutom några få stora kemiska fabriker som Tianyuan, Tianhua och Daguhua, de flesta av de metallanodelektrolytiska celler tillverkas och levereras av professionella fabriker som Beijing Chemical Machinery Factory och Shanghai 4805 Factory.

Den tredje förändringen är användningen av jonmembranelektrolytiska celler. I mitten-1980 främjades användningen av energibesparande och högeffektiv jonmembranmetod för att producera kaustiksoda. Vårt land introducerade teknologi och utrustning för kaustiksoda med jonmembran från Japan och andra länder, och bildade en serie på 10,000 till 50,000 ton utrustning. Huvudutrustningen är jonmembranelektrolytisk cell, titananodvätskecirkulationstank, färsk saltlösningstank, vakuumdekloreringstorn, värmeväxlare, rör och pumpventil, etc., Titanutrustning och titanrör används huvudsakligen i anodvätskecirkulationssystem, färsk saltlösning system, avkloreringssystem, våt klorgas leveranssystem och klorvattencirkulationssystem.Titanpumpar används huvudsakligen för att transportera raffinerad saltlösning, anodcirkulerande vätska, sötvattenslake och klorvatten. Mängden titan som används i en 10,000- ton enhet är cirka 8 ton. I juni 1986 introducerade Yannanxia Chemical Plant japansk Asahi Glass-teknik för första gången, med en årlig produktion på 10,000 ton kaustiksodaanläggning. Förutom den tredimensionella elektrolytiska cell- och anodpumpen för flytande titan som levereras av Japan, är de återstående sex titantillverkade utrustningarna alla inhemska stödjande och levererade av Jinxi Chemical Machinery Factory. År 1990 hade 11 klor-alkalianläggningar antagit kaustik av jonmembran sodaanläggningar med en produktionskapacitet på 295,000 ton. År 1995 antog totalt 27 kloralkalifabriker över hela landet jonmembran-kaustiksodaanläggningar med en produktionskapacitet på 827,000 ton. År 2000 var den årliga produktionskapaciteten för Kinas kloralkaliindustri 7,5 miljoner ton kaustiksoda, 14,71 miljoner ton 2005 och 23,99 miljoner ton 2010.

I jonmembranets elektrolytiska cell är temperaturen i katod- och anodrummen cirka 90 grader, anodkammaren har klorgas och saltlösning och katodkammaren har 30% ~ 35% koncentration av kaustiksodalösning. Den allmänna driftsströmtätheten för jonmembranets elektrolytiska cell är 30~40A/dm. Under sådana svåra förhållanden måste materialanvändningen och den antikorrosiva strukturen hos elektrolyscellen beaktas fullt ut vid utformningen av elektrolyscellen. Anoddelen av jonfilmen elektrolytisk cell (avser anoden och delen i kontakt med anodvätskan), länder runt om i världen har utan undantag valt titanmetall (eller korrosionsbeständig titanlegering) med god korrosionsbeständighet i anodvätskan.

Det schematiska diagrammet över jonmembranets kaustiska sodajonbytarmembran, som visas i figuren, är de två elektroderna isolerade med ett jonbytarmembran. Saltvatten tillsätts från ena sidan och rent vatten tillsätts från den andra. Efter att ha passerat genom strömmen genereras klorgas från anodsidan och vätgas genereras från katodsidan. Det joniska membranet tillåter bara natriumjoner att passera igenom , så natriumhydroxid produceras från katodsidan.

Förutom elektrolytcellen i huvudutrustningen för jonmembranet kaustiksodaanordning, är huvuddelarna som används i titanutrustningen: saltlösningssystem-vätskenivåmätare; anodvätskesystem-anodvätsketank och klorskrubber; färskt saltlösningssystem - avkloreringstorn, fördelare för färsk saltlösning, instrumentkylare; natriumhypokloritsystem-kylning, absorptionstorn, distributör; klorgas system-våt klorgas kylare; system för avlägsnande av risker - värmeväxlare, fläkt för avlägsnande av risker.

(2) Våt klorkylare

Medan elektrolys av bordssalt producerar kaustik soda, genereras en stor mängd varm våt klorgas, som kan användas efter kylning och torkning. Det finns två sätt att kyla varm och fuktig klorgas: direkt vattensprutning och indirekt kylning med rörformiga kylare .Direkt kylning kommer inte bara att producera en stor mängd klorhaltigt klorvatten, vilket allvarligt förorenar miljön, utan också en stor mängd klorgas går förlorad, svavelsyra förbrukas och arbetsförhållandena i verkstaden är dåliga. Materialet i indirekta kylare har varit grafitkylare, glasrörskylare, keramiska kylare, plastkylare etc., men det finns många problem som dålig korrosionsbeständighet, lätt att bryta och lätt att åldras. Indirekta kylare av rostfritt stål kan endast användas i 8 till 10 dagar och måste stoppas för reparation. Testresultaten visar att titan är extremt korrosionsbeständigt i en miljö med hög temperatur och våt klorgas, med en årlig korrosionshastighet på 0,0025 mm.Användningen av titankylare vid produktion av klor-alkaliindustrin kan förkorta kyl- och torkningsprocessen, minska klorgasförlusten, minska miljöföroreningar och skapa förutsättningar för stabil drift av komprimerade gaser och uppnå en hög torkningsgrad.

1963 började Ryssland använda titan-klorgaskylare med en värmeöverföringsyta på 140m. Titanrör för att transportera våt klorgas användes också, med en diameter på 300~600 mm och en längd över 500 m. Nästan alla våta klorgaskylare som används i klor-alkaliindustrin i Ryssland är gjorda av titan. Allied Chemical Company i USA använder titan istället för grafit för att tillverka kylare i klor-alkaliindustrin. Det ursprungliga grafitröret användes i 2 till 3 år, och en 78m titaniumkylare fullbordade kylkapaciteten, medan grafitkylaren krävde 140m.

Kinas första titaniumkylare tillverkades 1965 av Jinxi Chemical Machinery Factory. Värmeöverföringsytan är liten, endast 16,8m. Sedan 1973 har klor-alkalifabriker i Shanghai, Tianjin, Peking, Liaoning, Guangdong och andra provinser och städer successivt använt titanrörkylare med goda resultat. Det finns hundratals titanrörkylare i vårt land.

(3) Pumpar och ventiler

Vid produktion av klorgas genom membranelektrolys och kvicksilverelektrolys är titanpumparna som används i kaliumhypoklorit och natriumhypoklorit de mest ekonomiska. Georgia-Peefick-företaget i USA använder en titanpump för att pumpa en saltlösning vid 85 grader. Saltlösningen innehåller 270~320g/L NaCl, NaCl-kristaller och mer än 0,5g/L fritt klor. Livslängden för titanpumpen är upp till 10 år.

Den andra Beijing Chemical Plant använder en gjuten titan 6BA-12 pump, Dg100Dg klotventil och HTB-701l vattenring keramisk vakuumpump titan impeller i den nya vakuumdekloreringsprocessen. Dessa titanpumpar och impellrar har en lång livslängd.