Εφαρμογή του τιτανίου στη χημική βιομηχανία-χλωρο-αλκάλια

Εφαρμογή του τιτανίου στη χημική βιομηχανία-χλωρο-αλκάλια

Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων είναι μια χημική βιομηχανία που παρασκευάζει αέριο χλώριο και καυστική σόδα με ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος άλατος. Έχει ιστορία μεγαλύτερη από εκατό χρόνια. Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίου είναι επίσης η πρώτη βιομηχανία στη χημική βιομηχανία που χρησιμοποιεί τιτάνιο. Ο κύριος εξοπλισμός τιτανίου που χρησιμοποιείται στην παραγωγή χλωρίου-αλκαλίου είναι: ηλεκτρολυτικό στοιχείο μεταλλικής ανόδου, ηλεκτρολυτικό στοιχείο μεμβράνης ιόντων, σωληνοειδές υγρό ψύκτη χλωρίου, προθερμαντήρας ραφιναρισμένης άλμης, αποχλωρίωση πύργος, καθαριστής ψύξης χλωρίου-αλκαλίου, αντλία αποχλωρίωσης κενού και εξοπλισμός τιτανίου βαλβίδων.

(1) Μεταλλική άνοδος

Η διαδικασία παραγωγής χλωρίου-αλκαλίου περιλαμβάνει ηλεκτρόλυση υδραργύρου, ηλεκτρόλυση διαφράγματος και ηλεκτρόλυση μεμβράνης ιόντων. Στο παρελθόν, οι άνοδοι γραφίτη είχαν χρησιμοποιηθεί για άνοδοι χλωρίου-αλκαλίου. Το 1956, ο Ολλανδός Henry.Bill (H. Beer) πρότεινε για πρώτη φορά ότι η ηλεκτρολυτική Η κυψέλη χρησιμοποιεί μια μεταλλική άνοδο, γνωστή και ως σταθερή άνοδος διαστάσεων DSA (Dimensionally Stable Anode), και έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1965. Η σταθερή άνοδος διαστάσεων είναι ένα ηλεκτρόδιο επικαλυμμένο με οξείδια πολύτιμων μετάλλων της ομάδας πλατίνας σε ένα υπόστρωμα τιτανίου. Το 1968, DeNore, μια ιταλική εταιρεία, η πρώτη βιομηχανική άνοδο τιτανίου στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων. Γύρω στο 1970, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιταλία, η Ιαπωνία, η Γερμανία, η Γαλλία και άλλες χώρες γρήγορα μεταπήδησαν σε μεταλλικές ανόδους αντί για ανόδους γραφίτη. Στην Ιαπωνία, χιλιάδες τόνοι τιτανίου έχουν χρησιμοποιηθεί ως υλικό βάσης για μεταλλικές ανόδους. Για την παραγωγή 10,000 τόνων καυστικής σόδας απαιτούνται περίπου 5 υλικά τιτανίου.

Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας χλωρο-αλκαλίων της Κίνας, ο κύριος εξοπλισμός (ηλεκτρολυτική κυψέλη) για την παραγωγή καυστικής σόδας έχει υποστεί τρεις μεγάλες αλλαγές. Η πρώτη αλλαγή ήταν ότι οι κάθετες δεξαμενές αντικατέστησαν τις οριζόντιες δεξαμενές. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, (ηλεκτρολυτικά κύτταρα διαφράγματος κάθετης προσρόφησης) χρησιμοποιήθηκαν αντί για παραδοσιακές οριζόντιες δεξαμενές, οι οποίες αύξησαν σημαντικά την παραγωγή καυστικής σόδας στην Κίνα, από 193,{3}} τόνους το 1957 σε 693,000 τόνους το 1966 , αύξηση 3,6 φορές.

Η δεύτερη αλλαγή είναι ότι τα ηλεκτρολυτικά στοιχεία μεταλλικής ανόδου αντικαθιστούν τα ηλεκτρολυτικά στοιχεία ανόδου γραφίτη. Στη δεκαετία του 1970, χρησιμοποιήθηκε μεταλλική άνοδος (DSA) αντί για άνοδο γραφίτη. Από το 1972, η χώρα μας διενεργεί δοκιμές ανόδου τιτανίου στο Χημικό εργοστάσιο Tianyuan της Σαγκάης και στο Χημικό εργοστάσιο Tianjin. Το 1973 ξεκίνησε μια δοκιμή ηλεκτρολυτικής κυψέλης με διάφραγμα μεταλλικής ανόδου 20 μέτρων και από το 1974 χρησιμοποιήθηκε σταδιακά μια ηλεκτρολυτική κυψέλη μεταλλικής ανόδου 30 μέτρων. τόνους καυστικής σόδας με διάφραγμα. Από το 1981, υπήρχαν 17 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων σε ολόκληρη τη χώρα που χρησιμοποιούσαν συνολικά 1.217 κυψέλες ηλεκτρόλυσης μεταλλικής ανόδου, σχηματίζοντας μια μεταλλική άνοδο διαφράγματος με ετήσια παραγωγική ικανότητα 670,{15}} τόνων καυστικής σόδας, που αντιπροσωπεύει το 30% της ικανότητας παραγωγής καυστικής σόδας της χώρας και 95,000 τόνους δυναμικότητας ηλεκτρόλυσης υδραργύρου με χρήση DSA. Από το 1996, υπήρχαν 99 μονάδες χλωρίου-αλκαλίου στη χώρα με σύνολο 8.409 ηλεκτρολυτικά κύτταρα με διάφραγμα μεταλλικής ανόδου, με ετήσια παραγωγή 4,2 εκατομμυρίων τόνων καυστικής σόδας, που αντιπροσωπεύουν το 70% της παραγωγικής ικανότητας καυστικής σόδας της χώρας. Οι ηλεκτρολυτικές κυψέλες μεταλλικής ανόδου κατασκευάζονται και παρέχονται από επαγγελματικά εργοστάσια όπως το Beijing Chemical Machinery Factory και το Shanghai 4805 Factory.

Η τρίτη αλλαγή είναι η χρήση ηλεκτρολυτικών κυψελών μεμβράνης ιόντων. Στα μέσα-1980, προωθήθηκε η χρήση μεθόδου μεμβράνης ιόντων εξοικονόμησης ενέργειας και υψηλής απόδοσης για την παραγωγή καυστικής σόδας. Η χώρα μας εισήγαγε τεχνολογία και εξοπλισμό ιοντικής μεμβράνης καυστικής σόδας από την Ιαπωνία και άλλες χώρες, σχηματίζοντας μια σειρά από 10,000 έως 50,000 τόνους εξοπλισμού. Ο κύριος εξοπλισμός είναι ηλεκτρολυτικό στοιχείο μεμβράνης ιόντων, δεξαμενή κυκλοφορίας υγρού ανόδου τιτανίου, δεξαμενή φρέσκιας άλμης, πύργος αποχλωρίωσης κενού, εναλλάκτης θερμότητας, σωλήνας και βαλβίδα αντλίας κ.λπ., Ο εξοπλισμός τιτανίου και ο σωλήνας τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως στο σύστημα κυκλοφορίας υγρού ανόδου, φρέσκια άλμη σύστημα, σύστημα αποχλωρίωσης, σύστημα παροχής αερίου υγρού χλωρίου και σύστημα κυκλοφορίας νερού χλωρίου. Οι αντλίες τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μεταφορά ραφιναρισμένης άλμης, υγρού κυκλοφορίας ανόδου, άλμης γλυκού νερού και χλωρίου. Η ποσότητα τιτανίου που χρησιμοποιείται σε ένα 10,000- τόνοι συσκευής είναι περίπου 8 τόνοι. Τον Ιούνιο του 1986, η χημική μονάδα Yannanxia εισήγαγε για πρώτη φορά την ιαπωνική τεχνολογία Asahi Glass, με ετήσια παραγωγή 10,000 τόνων φυτού καυστικής σόδας. Εκτός από την τρισδιάστατη ηλεκτρολυτική κυψέλη και την αντλία υγρού τιτανίου ανόδου που παρέχεται από την Ιαπωνία, οι υπόλοιποι έξι εξοπλισμός από τιτάνιο υποστηρίζονται και παρέχονται από την Jinxi Chemical Machinery Factory. Μέχρι το 1990, 11 εργοστάσια χλωρίου-αλκαλίου είχαν υιοθετήσει καυστική μεμβράνη ιόντων εργοστάσια σόδας με παραγωγική ικανότητα 295,000 τόνων. Το 1995, συνολικά 27 εργοστάσια χλωροαλκαλίων σε όλη τη χώρα υιοθέτησαν μονάδες καυστικής σόδας με μεμβράνες ιόντων με παραγωγική ικανότητα 827,000 τόνων. Το 2000, η ​​ετήσια παραγωγική ικανότητα της βιομηχανίας χλωρίου-αλκαλίου της Κίνας ήταν 7,5 εκατομμύρια τόνους καυστικής σόδας, 14,71 εκατομμύρια τόνους το 2005 και 23,99 εκατομμύρια τόνους το 2010.

Στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο μεμβράνης ιόντων, η θερμοκρασία των δωματίων καθόδου και ανόδου είναι περίπου 90 μοίρες, ο θάλαμος ανόδου έχει αέριο χλωρίου και διάλυμα άλατος και ο θάλαμος καθόδου έχει συγκέντρωση 30%~35% διαλύματος καυστικής σόδας. Η γενική πυκνότητα ρεύματος λειτουργίας του ηλεκτρολυτικού στοιχείου μεμβράνης ιόντων είναι 30~40A/dm. Κάτω από τέτοιες σκληρές συνθήκες, η χρήση υλικού και η αντιδιαβρωτική δομή του ηλεκτρολυτικού στοιχείου πρέπει να ληφθούν πλήρως υπόψη κατά το σχεδιασμό του ηλεκτρολυτικού στοιχείου. Το τμήμα ανόδου του φιλμ ιόντων ηλεκτρολυτικό στοιχείο (αναφέρεται στην άνοδο και το τμήμα που έρχεται σε επαφή με το υγρό ανόδου), χώρες σε όλο τον κόσμο χωρίς εξαίρεση έχουν επιλέξει μέταλλο τιτανίου (ή ανθεκτικό στη διάβρωση κράμα τιτανίου) με καλή αντοχή στη διάβρωση στο υγρό ανόδου.

Το σχηματικό διάγραμμα της ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης καυστικής σόδας, όπως φαίνεται στο σχήμα, τα δύο ηλεκτρόδια απομονώνονται με μια μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων. Προστίθεται αλμυρό νερό από τη μια πλευρά και καθαρό νερό από την άλλη. Αφού περάσει από το ρεύμα, παράγεται αέριο χλώριο από την πλευρά της ανόδου και αέριο υδρογόνο από την πλευρά της καθόδου. Η ιοντική μεμβράνη επιτρέπει μόνο τα ιόντα νατρίου να περάσουν , έτσι το υδροξείδιο του νατρίου παράγεται από την πλευρά της καθόδου.

Εκτός από το ηλεκτρολυτικό στοιχείο του κύριου εξοπλισμού της συσκευής καυστικής σόδας με μεμβράνη ιόντων, τα κύρια μέρη που χρησιμοποιούνται στον εξοπλισμό τιτανίου είναι: σύστημα άλμης-μετρητής στάθμης υγρού. σύστημα υγρού ανόδου-δεξαμενή υγρού ανόδου και πλυντήριο χλωρίου. Σύστημα φρέσκιας άλμης-πύργος αποχλωρίωσης, διανομέας φρέσκιας άλμης, ψυγείο οργάνων. Σύστημα υποχλωριώδους νατρίου-ψύξη, πύργος απορρόφησης, διανομέας. σύστημα αερίου χλωρίου-ψύκτης υγραερίου χλωρίου. σύστημα αφαίρεσης κινδύνου-εναλλάκτης θερμότητας, ανεμιστήρας αφαίρεσης κινδύνου.

(2) Ψύκτη υγρού χλωρίου

Ενώ η ηλεκτρόλυση του επιτραπέζιου αλατιού παράγει καυστική σόδα, παράγεται μεγάλη ποσότητα ζεστού υγρού αερίου χλωρίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μετά από ψύξη και ξήρανση. Υπάρχουν δύο τρόποι ψύξης ζεστού και υγρού αερίου χλωρίου: άμεσος ψεκασμός νερού και έμμεση ψύξη με σωληνοειδείς ψύκτες .Η απευθείας ψύξη όχι μόνο θα παράγει μεγάλη ποσότητα χλωρίου που περιέχει νερό, το οποίο θα μολύνει σοβαρά το περιβάλλον, αλλά επίσης χάνεται μεγάλη ποσότητα αερίου χλωρίου, καταναλώνεται θειικό οξύ και οι συνθήκες εργασίας στο εργαστήριο είναι κακές. Το υλικό των έμμεσων ψυκτών ήταν ψύκτες γραφίτη, ψύκτες γυάλινων σωλήνων, κεραμικοί ψύκτες, πλαστικοί ψύκτες κ.λπ., αλλά υπάρχουν πολλά προβλήματα όπως η κακή αντοχή στη διάβρωση, το εύκολο σπάσιμο και η εύκολη γήρανση. Οι έμμεσοι ψύκτες από ανοξείδωτο χάλυβα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για 8 έως 10 ημέρες και πρέπει να σταματήσουν για επισκευή. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι το τιτάνιο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και υγρού αερίου χλωρίου, με ετήσιος ρυθμός διάβρωσης 0,0025 mm. Η χρήση ψύκτη τιτανίου στην παραγωγή της βιομηχανίας χλωρίου-αλκαλίου μπορεί να συντομεύσει τη διαδικασία ψύξης και ξήρανσης, να μειώσει την απώλεια αερίου χλωρίου, να μειώσει τη ρύπανση του περιβάλλοντος και να δημιουργήσει συνθήκες για τη σταθερή λειτουργία των συμπιεσμένων αερίων και να επιτύχει υψηλός βαθμός ξήρανσης.

Το 1963, η Ρωσία άρχισε να χρησιμοποιεί ψύκτες αερίου τιτανίου χλωρίου, με επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας 140 μέτρα. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης σωλήνες τιτανίου για τη μεταφορά υγραερίου χλωρίου, με διάμετρο 300~600 mm και μήκος μεγαλύτερο από 500 m. Σχεδόν όλοι οι ψύκτες υγραερίου υγρού χλωρίου που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίου στη Ρωσία είναι κατασκευασμένοι από τιτάνιο. Η Allied Chemical Company στο Οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν τιτάνιο αντί για γραφίτη για την κατασκευή ψυκτών στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων. Ο αρχικός σωλήνας γραφίτη χρησιμοποιήθηκε για 2 έως 3 χρόνια και ένας ψύκτης τιτανίου 78 μέτρων ολοκλήρωσε την ψυκτική ικανότητα, ενώ ο ψύκτης γραφίτη απαιτούσε 140 μέτρα.

Το πρώτο ψυγείο τιτανίου της Κίνας κατασκευάστηκε το 1965 από την Jinxi Chemical Machinery Factory. Η περιοχή μεταφοράς θερμότητας είναι μικρή, μόλις 16,8μ. Από το 1973, εργοστάσια χλωρο-αλκαλίων στη Σαγκάη, την Τιαντζίν, το Πεκίνο, το Λιαονίνγκ, το Γκουανγκντόνγκ και άλλες επαρχίες και πόλεις χρησιμοποιούν διαδοχικά σωληνοειδείς ψύκτες τιτανίου με καλά αποτελέσματα. Υπάρχουν εκατοντάδες σωληνοειδείς ψύκτες τιτανίου στη χώρα μας.

(3) Αντλίες και βαλβίδες

Στην παραγωγή αερίου χλωρίου με ηλεκτρόλυση μεμβράνης και ηλεκτρόλυση υδραργύρου, οι αντλίες τιτανίου που χρησιμοποιούνται σε υποχλωριώδες κάλιο και υποχλωριώδες νάτριο είναι οι πιο οικονομικές. Η εταιρεία Georgia-Peefick στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιεί μια αντλία τιτανίου για την άντληση ενός διαλύματος αλατιού στους 85 βαθμούς. Το διάλυμα άλατος περιέχει 270~320 g/L NaCl, κρυστάλλους NaCl και περισσότερο από 0,5 g/L ελεύθερου χλωρίου. Η διάρκεια ζωής της αντλίας τιτανίου είναι έως και 10 χρόνια.

Το δεύτερο χημικό εργοστάσιο του Πεκίνου χρησιμοποιεί αντλία χυτού τιτανίου 6BA-12, σφαιρική βαλβίδα Dg100Dg και πτερωτή κεραμικής αντλίας κενού HTB-701l δακτυλίου νερού τιτανίου στη νέα διαδικασία αποχλωρίωσης κενού. Αυτές οι αντλίες και οι πτερωτές τιτανίου έχουν μεγάλη διάρκεια διάρκεια ζωής.