Penggunaan titanium dalam industri kimia-chlor-alkali

Penggunaan titanium dalam industri kimia-chlor-alkali

Industri klor-alkali ialah industri kimia yang menyediakan gas klorin dan soda kaustik melalui elektrolisis larutan garam berair. Ia mempunyai sejarah lebih daripada seratus tahun. Industri klor-alkali juga merupakan industri terawal dalam industri kimia yang menggunakan titanium. Peralatan titanium utama yang digunakan dalam pengeluaran klor-alkali ialah: sel elektrolitik anod logam, sel elektrolitik membran ion, penyejuk klorin basah tiub, prapemanas air garam halus, penyahklorinan menara, penyental penyejuk klor-alkali, pam penyahklorinan vakum dan peralatan titanium injap.

(1) Anod logam

Proses pengeluaran klor-alkali mempunyai elektrolisis merkuri, elektrolisis diafragma dan elektrolisis membran ion. Pada masa lalu, anod grafit telah digunakan untuk anod klor-alkali. Pada tahun 1956, orang Belanda Henry.Bill (H. Beer) Mula-mula mencadangkan bahawa elektrolitik sel menggunakan anod logam, juga dikenali sebagai anod stabil dimensi DSA (Dimensionally Stable Anod), dan memperoleh paten pada tahun 1965. Anod stabil dimensi ialah elektrod yang disalut dengan oksida logam berharga kumpulan platinum pada substrat titanium. Pada tahun 1968, DeNore, sebuah syarikat Itali, anod titanium perindustrian pertama dalam industri klor-alkali. Sekitar tahun 1970, Amerika Syarikat, Itali, Jepun, Jerman, Perancis dan negara-negara lain dengan cepat beralih kepada anod logam dan bukannya anod grafit. Di Jepun, beribu-ribu tan titanium telah digunakan sebagai bahan asas untuk anod logam. Untuk menghasilkan 10,000 tan soda kaustik, kira-kira 5 bahan titanium diperlukan.

Dengan perkembangan industri klor-alkali China, peralatan utama (sel elektrolitik) untuk pengeluaran soda kaustik telah mengalami tiga perubahan besar.Perubahan pertama ialah tangki menegak menggantikan tangki mendatar. Pada awal 1960-an, (sel elektrolitik diafragma penjerapan menegak) digunakan sebagai ganti tangki mendatar tradisional, yang telah meningkatkan pengeluaran soda kaustik China dengan banyak, daripada 193,000 tan pada tahun 1957 kepada 693,000 tan pada tahun 1966 , peningkatan sebanyak 3.6 kali ganda.

Perubahan kedua ialah sel elektrolitik anod logam menggantikan sel elektrolitik anod grafit. Pada tahun 1970-an, anod logam (DSA) digunakan sebagai ganti anod grafit. Sejak tahun 1972, negara kita telah menjalankan ujian anod titanium di Loji Kimia Tianyuan Shanghai dan Loji Kimia Tianjin. Pada tahun 1973, ujian sel elektrolitik diafragma anod logam 20m telah dimulakan, dan sel elektrolitik anod logam 30m digunakan secara beransur-ansur sejak tahun 1974. Pada tahun 1978, negara menjalankan tugas menaik taraf teknologi anod logam sebanyak 400,000 tan soda kaustik diafragma. Sehingga tahun 1981, terdapat 17 loji klor-alkali di seluruh negara yang menggunakan sejumlah 1,217 sel elektrolisis anod logam, membentuk anod logam diafragma dengan kapasiti keluaran tahunan sebanyak 670,000 tan soda kaustik, menyumbang 30% daripada kapasiti pengeluaran soda kaustik negara dan 95,000 tan kapasiti elektrolisis merkuri menggunakan DSA. Sehingga 1996, terdapat 99 loji klor-alkali di negara ini dengan jumlah 8,409 sel elektrolitik diafragma anod logam, dengan pengeluaran tahunan sebanyak 4.2 juta tan soda kaustik, menyumbang 70% daripada kapasiti pengeluaran soda kaustik negara. Kecuali beberapa loji kimia besar seperti Tianyuan, Tianhua, dan Daguhua, kebanyakan sel elektrolitik anod logam dihasilkan dan dibekalkan oleh kilang profesional seperti Kilang Jentera Kimia Beijing dan Kilang Shanghai 4805.

Perubahan ketiga ialah penggunaan sel elektrolitik membran ion. Pada pertengahan-1980, penggunaan kaedah membran ion penjimatan tenaga dan kecekapan tinggi telah digalakkan untuk menghasilkan soda kaustik. Negara kita memperkenalkan teknologi dan peralatan soda kaustik membran ion dari Jepun dan negara lain, membentuk satu siri 10,000 hingga 50,000 tan peralatan. Peralatan utama ialah sel elektrolitik membran ion, tangki edaran cecair anod titanium, tangki air garam segar, menara penyahklorinan vakum, penukar haba, tiub dan injap pam, dll., Peralatan titanium dan tiub titanium digunakan terutamanya dalam sistem peredaran cecair anod, air garam segar sistem, sistem penyahklorinan, sistem penyampaian gas klorin basah dan sistem peredaran air klorin. Pam titanium digunakan terutamanya untuk mengangkut air garam ditapis, cecair peredaran anod, air garam air tawar dan air klorin. Jumlah titanium yang digunakan dalam 10,000- peranti tan adalah kira-kira 8t. Pada Jun 1986, Loji Kimia Yannanxia memperkenalkan teknologi Kaca Asahi Jepun buat kali pertama, dengan pengeluaran tahunan sebanyak 10,000 tan loji soda kaustik. Sebagai tambahan kepada sel elektrolitik tiga dimensi dan pam titanium cecair anod yang dibekalkan oleh Jepun, baki enam peralatan buatan titanium semuanya adalah sokongan domestik dan dibekalkan oleh Kilang Jentera Kimia Jinxi. Menjelang tahun 1990, 11 loji klor-alkali telah menggunakan kaustik membran ion loji soda dengan kapasiti pengeluaran 295,000 tan. Pada tahun 1995, sejumlah 27 loji klor-alkali di seluruh negara menggunakan loji soda kaustik membran ion dengan kapasiti pengeluaran 827,000 tan. Pada tahun 2000, kapasiti keluaran tahunan industri klor-alkali China ialah 7.5 juta tan soda kaustik, 14.71 juta tan pada tahun 2005, dan 23.99 juta tan pada tahun 2010.

Dalam sel elektrolitik membran ion, suhu bilik katod dan anod adalah kira-kira 90 darjah, ruang anod mempunyai gas klorin dan larutan garam, dan ruang katod mempunyai 30% ~ 35% kepekatan larutan soda kaustik. Ketumpatan arus operasi am bagi sel elektrolitik membran ion ialah 30~40A/dm. Dalam keadaan yang begitu teruk, penggunaan bahan dan struktur antikarat sel elektrolitik mesti dipertimbangkan sepenuhnya semasa mereka bentuk sel elektrolitik. Bahagian anod filem ion sel elektrolitik (merujuk kepada anod dan bahagian yang bersentuhan dengan cecair anod), negara-negara di seluruh dunia tanpa pengecualian telah memilih logam titanium (atau aloi titanium tahan kakisan) dengan rintangan kakisan yang baik dalam cecair anod.

Gambarajah skematik membran ion kaustik membran pertukaran ion soda, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kedua-dua elektrod diasingkan dengan membran pertukaran ion. Air garam ditambah dari satu bahagian dan air tulen ditambah dari yang lain. Selepas melalui arus, gas klorin dijana dari bahagian anod dan gas hidrogen dihasilkan dari bahagian katod. Membran ionik hanya membenarkan ion natrium melaluinya. , jadi natrium hidroksida terhasil dari bahagian katod.

Sebagai tambahan kepada sel elektrolitik peralatan utama peranti soda kaustik membran ion, bahagian utama yang digunakan dalam peralatan titanium ialah: meter tahap cecair sistem air garam; sistem cecair anod-tangki cecair anod dan penyental klorin; menara penyahklorinan sistem air garam segar, pengedar air garam segar, penyejuk instrumen; sistem natrium hipoklorit-penyejukan, menara penyerapan, pengedar; sistem gas klorin-penyejuk gas klorin basah; sistem penyingkiran bahaya-penukar haba, kipas penyingkiran bahaya.

(2) Penyejuk klorin basah

Walaupun elektrolisis garam meja menghasilkan soda kaustik, sejumlah besar gas klorin basah panas dihasilkan, yang boleh digunakan selepas penyejukan dan pengeringan. Terdapat dua cara untuk menyejukkan gas klorin panas dan lembap: penyemburan air terus dan penyejukan tidak langsung oleh penyejuk tiub .Penyejukan langsung bukan sahaja akan menghasilkan sejumlah besar air klorin yang mengandungi klorin, yang akan mencemarkan alam sekitar secara serius, tetapi juga sejumlah besar gas klorin hilang, asid sulfurik dimakan, dan keadaan kerja di bengkel adalah buruk. Bahan penyejuk tidak langsung adalah penyejuk grafit, penyejuk tiub kaca, penyejuk seramik, penyejuk plastik, dan lain-lain, tetapi terdapat banyak masalah seperti rintangan kakisan yang lemah, mudah pecah, dan mudah menua. Penyejuk tidak langsung keluli tahan karat hanya boleh digunakan selama 8 hingga 10 hari dan perlu dihentikan untuk pembaikan. Keputusan ujian menunjukkan bahawa titanium sangat kalis kakisan dalam persekitaran suhu tinggi dan gas klorin basah, dengan kadar kakisan tahunan 0.0025mm.Penggunaan penyejuk titanium dalam pengeluaran industri klor-alkali boleh memendekkan proses penyejukan dan pengeringan, mengurangkan kehilangan gas klorin, mengurangkan pencemaran alam sekitar, dan mewujudkan keadaan untuk operasi stabil gas termampat dan mencapai tahap pengeringan yang tinggi.

Pada tahun 1963, Rusia mula menggunakan penyejuk gas klorin titanium, dengan kawasan pemindahan haba 140m. Paip titanium untuk menghantar gas klorin basah juga digunakan, dengan diameter 300~600mm dan panjang lebih daripada 500m. Hampir semua penyejuk gas klorin basah yang digunakan dalam industri klorin-alkali di Rusia diperbuat daripada titanium. Syarikat Kimia Bersekutu di Amerika Syarikat menggunakan titanium dan bukannya grafit untuk membuat penyejuk dalam industri klor-alkali. Tiub grafit asal digunakan selama 2 hingga 3 tahun, dan penyejuk titanium 78m melengkapkan kapasiti penyejukan, manakala penyejuk grafit memerlukan 140m.

Penyejuk titanium pertama China telah dihasilkan pada tahun 1965 oleh Jinxi Chemical Machinery Factory. Kawasan pemindahan haba adalah kecil, hanya 16.8m. Sejak 1973, loji klor-alkali di Shanghai, Tianjin, Beijing, Liaoning, Guangdong dan wilayah dan bandar lain telah berturut-turut menggunakan penyejuk tiub titanium dengan hasil yang baik. Terdapat ratusan penyejuk tiub titanium di negara kita.

(3) Pam dan injap

Dalam pengeluaran gas klorin melalui elektrolisis membran dan elektrolisis merkuri, pam titanium yang digunakan dalam kalium hipoklorit dan natrium hipoklorit adalah yang paling menjimatkan. Syarikat Georgia-Peefick di Amerika Syarikat menggunakan pam titanium untuk mengepam larutan garam pada 85 darjah . Larutan garam mengandungi 270~320g/L NaCl, kristal NaCl dan lebih daripada 0.5g/L klorin bebas. Hayat perkhidmatan pam titanium adalah sehingga 10 tahun.

Loji Kimia Beijing kedua menggunakan pam titanium 6BA-12 tuang, injap glob Dg100Dg dan HTB-701l gelang air pam vakum seramik pendesak titanium dalam proses penyahklorinan vakum baharu. Pam dan pendesak titanium ini mempunyai panjang hayat perkhidmatan.