Η εφαρμογή του τιτανίου στη χημική βιομηχανία - χλωριούχο αλκάλιο

Μεταλλική άνοδος
Οι διαδικασίες παραγωγής αλκαλίου χλωρίου περιλαμβάνουν ηλεκτρόλυση υδραργύρου, ηλεκτρόλυση μεμβράνης και ηλεκτρόλυση μεμβράνης ιόντων. Στο παρελθόν, οι άνοδοι γραφίτη χρησιμοποιούνταν πάντα ως άνοδοι αλκαλίου χλωρίου. Το 1956, ο Ολλανδός H. Beer πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση μεταλλικών ανοδίων, γνωστών και ως Dimensionally Stable Anodes (DSA), σε ηλεκτρολυτικά κύτταρα. Απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1965 και η άνοδος σταθερού μεγέθους είναι ένα ηλεκτρόδιο επικαλυμμένο με οξείδια πολύτιμων μετάλλων της ομάδας πλατίνας σε υπόστρωμα τιτανίου. Το 1968, η DeNore Company στην Ιταλία πέτυχε για πρώτη φορά την εκβιομηχάνιση των ανοδίων τιτανίου στη βιομηχανία αλκαλίων χλωρίου. Γύρω στο 1970, χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιταλία, η Ιαπωνία, η Γερμανία και η Γαλλία στράφηκαν γρήγορα στη χρήση μεταλλικών ανοδίων αντί για ανόδους γραφίτη. Στην Ιαπωνία, υπάρχουν ήδη χιλιάδες τόνοι υλικών τιτανίου που χρησιμοποιούνται ως υλικό υποστρώματος για μεταλλικές ανόδους και η παραγωγή 10000 τόνων καυστικής σόδας απαιτεί περίπου 5 τόνους υλικών τιτανίου.
Η ανάπτυξη της βιομηχανίας αλκαλίων χλωρίου της Κίνας έχει υποστεί τρεις μεγάλες αλλαγές στον κύριο εξοπλισμό (ηλεκτρολυτική κυψέλη) για την παραγωγή καυστικής σόδας. Ο πρώτος μετασχηματισμός ήταν η αντικατάσταση των οριζόντιων δεξαμενών με κάθετες δεξαμενές. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, οι παραδοσιακές οριζόντιες δεξαμενές αντικαταστάθηκαν με δεξαμενές ηλεκτρόλυσης με κάθετη μεμβράνη προσρόφησης, γεγονός που αύξησε σημαντικά την παραγωγή καυστικής σόδας στην Κίνα από 193000 τόνους το 1957 σε 693000 τόνους το 1966, αύξηση 3,6 φορές.
Ο δεύτερος μετασχηματισμός ήταν η αντικατάσταση των κυψελών ηλεκτρόλυσης ανόδου γραφίτη με κυψέλες ηλεκτρόλυσης μεταλλικής ανόδου. Στη δεκαετία του 1970, χρησιμοποιήθηκαν μεταλλικές ανόδους (DSA) για να αντικαταστήσουν τις ανόδους γραφίτη. Η Κίνα άρχισε να διεξάγει πειράματα ανόδου τιτανίου στο χημικό εργοστάσιο της Σαγκάης Tianyuan και στο χημικό εργοστάσιο Tianjin το 1972 και άρχισε να δοκιμάζει 20 μέτρα το 1973; Δοκιμή ηλεκτρολυτικής κυψέλης διαφράγματος μεταλλικής ανόδου, σταδιακά χρησιμοποιώντας 30 μέτρα από το 1974; Ηλεκτρολυτικό στοιχείο μεταλλικής ανόδου. Το 1978, η χώρα πραγματοποίησε μια εργασία μετασχηματισμού τεχνολογίας ανόδου μετάλλων για 400000 τόνους καυστικής σόδας διαφράγματος. Από το 1981, υπήρχαν 17 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων στην Κίνα που χρησιμοποιούν συνολικά 1217 κυψέλες ηλεκτρόλυσης μεταλλικής ανόδου, με χωρητικότητα 670.000 τόνων καυστικής σόδας που παράγεται ετησίως με τη μέθοδο του διαφράγματος, αντιπροσωπεύοντας το 30% της εθνικής παραγωγής καυστικής σόδας χωρητικότητα. Επιπρόσθετα, επιτεύχθηκε συνολικά 95000 τόνοι ηλεκτρόλυσης υδραργύρου με χρήση DSA. Από το 1996, υπήρχαν συνολικά 99 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων στην Κίνα με συνολικά 8409 ηλεκτρολυτικά κύτταρα μεταλλικού διαφράγματος ανόδου, με ετήσια παραγωγική ικανότητα 4,2 εκατομμυρίων τόνων καυστικής σόδας, που αντιπροσωπεύουν το 70% της εθνικής ικανότητας παραγωγής καυστικής σόδας . Εκτός από μερικά μεγάλα χημικά εργοστάσια όπως τα Tianyuan, Tianhua και Daguhua, οι περισσότερες δεξαμενές ηλεκτρόλυσης μεταλλικής ανόδου κατασκευάζονται και παρέχονται από επαγγελματικά εργοστάσια όπως το Beijing Chemical Machinery Factory και το Shanghai 4805 Factory.
Ο τρίτος μετασχηματισμός ήταν η χρήση ηλεκτρολυτών μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων. Στα μέσα-1980, προωθήθηκαν μέθοδοι μεμβράνης εξοικονόμησης ενέργειας και αποτελεσματικής ανταλλαγής ιόντων για την παραγωγή καυστικής σόδας. Η Κίνα εισήγαγε τεχνολογία και εξοπλισμό ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης καυστικής σόδας από την Ιαπωνία και άλλες χώρες, σχηματίζοντας μια σειρά από μονάδες 10000 έως 50000 τόνων. Ο κύριος εξοπλισμός περιλαμβάνει ηλεκτρολύτες ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης, δεξαμενές κυκλοφορίας υγρού ανόδου τιτανίου, δεξαμενές αραιού αλμυρού νερού, πύργους αποχλωρίωσης κενού, εναλλάκτες θερμότητας, σωλήνες και βαλβίδες αντλιών. συστήματα αποχλωρίωσης, συστήματα μεταφοράς αερίου υγρού χλωρίου και συστήματα κυκλοφορίας νερού χλωρίου. Οι αντλίες τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μεταφορά εξευγενισμένης άλμης, υγρού κυκλοφορίας ανόδου, αραιής άλμης και χλωριούχου νερού. Ένα σετ εξοπλισμού 10000 τόνων απαιτεί περίπου 8 τόνους τιτανίου. Τον Ιούνιο του 1986, το χημικό εργοστάσιο Yanguoxia εισήγαγε για πρώτη φορά την ιαπωνική τεχνολογία Asahi και παρήγαγε ετήσια παραγωγή 10000 τόνων εξοπλισμού καυστικής σόδας. Εκτός από την τρισδιάστατη δεξαμενή ηλεκτρόλυσης και την αντλία υγρού τιτανίου ανόδου που προμήθευε η Ιαπωνία, οι άλλοι έξι εξοπλισμός τιτανίου ήταν όλοι εγχώριοι αντιστοιχισμένοι και παρέχονται από την Jinxi Chemical Machinery Factory. Μέχρι το 1990, 11 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων είχαν υιοθετήσει μονάδες καυστικής σόδας με μεμβράνη ιόντων με παραγωγική ικανότητα 295000 τόνων. Το 1995, συνολικά 27 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων στην Κίνα είχαν υιοθετήσει μονάδες καυστικής σόδας με μεμβράνες ιόντων με παραγωγική ικανότητα 827000 τόνων. Η ετήσια παραγωγική ικανότητα καυστικής σόδας στη βιομηχανία χλωριούχων αλκαλίων της Κίνας ήταν 7,5 εκατομμύρια τόνοι το 2000, 14,71 εκατομμύρια τόνοι το 2005 και 23,99 εκατομμύρια τόνοι το 2010.
Σε μια κυψέλη ηλεκτρόλυσης μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων, η θερμοκρασία των θαλάμων καθόδου και ανόδου είναι περίπου 90 μοίρες. Ο θάλαμος ανόδου περιέχει αέριο χλώριο και διάλυμα άλατος, ενώ ο θάλαμος καθόδου περιέχει διάλυμα καυστικής σόδας με συγκέντρωση 30%~35%. Η κυψέλη ηλεκτρόλυσης μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων γενικά λειτουργεί με πυκνότητα ρεύματος 30-40A/dm?. Κάτω από τέτοιες σκληρές συνθήκες λειτουργίας, είναι απαραίτητο να ληφθεί πλήρως υπόψη η χρήση υλικού και η αντιδιαβρωτική δομή του ηλεκτρολυτικού στοιχείου κατά τον σχεδιασμό του. Το τμήμα ανόδου (αναφερόμενος στην άνοδο και το τμήμα που έρχεται σε επαφή με το διάλυμα ανόδου) των ηλεκτρολυτών με ιοντοανταλλακτική μεμβράνη έχει επιλεγεί από χώρες σε όλο τον κόσμο χωρίς εξαίρεση, ως μέταλλο τιτανίου (ή κράμα τιτανίου ανθεκτικό στη διάβρωση) με καλή αντοχή στη διάβρωση σε το διάλυμα ανόδου.
Το σχηματικό διάγραμμα της μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων για την καυστική σόδα φαίνεται στο σχήμα 2-4. Τα δύο ηλεκτρόδια απομονώνονται χρησιμοποιώντας μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων, με προσθήκη αλατιού νερού από τη μία πλευρά και καθαρού νερού από την άλλη. Μετά τη διέλευση του ρεύματος, παράγεται αέριο χλώριο από την πλευρά της ανόδου και αέριο υδρογόνο από την πλευρά της καθόδου. Οι ιοντικές μεμβράνες επιτρέπουν μόνο τα ιόντα νατρίου να περάσουν, έτσι το υδροξείδιο του νατρίου παράγεται από την πλευρά της καθόδου.
Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό της συσκευής καυστικής σόδας με μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων, ο εξοπλισμός τιτανίου χρησιμοποιείται κυρίως στους ακόλουθους τομείς: σύστημα άλμης - μετρητής στάθμης υγρού. Σύστημα υγρού ανόδου - δεξαμενή υγρού ανόδου και πύργος πλύσης χλωρίου. Σύστημα γλυκού νερού - πύργος αποχλωρίωσης, διανομέας γλυκού νερού, ψύκτη οργάνων. Σύστημα υποχλωριώδους νατρίου - ψύξη, πύργος απορρόφησης, διανομέας. Σύστημα χλωρίου - ψυγείο υγρού χλωρίου. Σύστημα απομάκρυνσης παρασίτων - εναλλάκτης θερμότητας, ανεμιστήρας αφαίρεσης παρασίτων.