Penggunaan Titanium dalam Industri Kimia: Chlor-Alkali

Industri chlor-alkali adalah industri kimia yang menghasilkan soda klorin dan kaustik oleh penyelesaian air garam elektrolisis. Ia mempunyai sejarah lebih daripada 100 tahun dan juga industri terawal dalam industri kimia untuk menggunakan Titanium. Peralatan titanium yang digunakan dalam pengeluaran chlor-alkali terutamanya termasuk: elektrolisis anod logam, elektrolisis membran ion, penyejuk klorin basah, preheater air garam halus, menara dechlorination, penyejukan chlor-alkali dan menara pembersihan vakum.

(1) Anod logam

Proses pengeluaran klor-alkali termasuk elektrolisis merkuri, elektrolisis diafragma dan elektrolisis membran ion. Pada masa lalu, anod grafit selalu digunakan dalam anod chlor-alkali. Pada tahun 1956, Dutchman Henry Beer mula -mula mencadangkan penggunaan anod logam, yang juga dikenali sebagai anod stabil dimensi (DSA) dalam sel -sel elektrolitik, dan mendapat paten pada tahun 1965. Anodes stabil dimensi adalah elektrod yang disalut dengan kumpulan platinum logam berharga oksida pada substrat Titanium. Pada tahun 1968, Denore, sebuah syarikat Itali, pertama kali menyedari perindustrian anod titanium dalam industri chlor-alkali. Sekitar tahun 1970, Amerika Syarikat, Itali, Jepun, Jerman, Perancis dan negara -negara lain dengan cepat beralih ke anod logam dan bukannya anod grafit. Di Jepun, beberapa ribu tan bahan titanium telah digunakan sebagai bahan asas anod logam. Pengeluaran 10,000 tan soda kaustik memerlukan kira -kira 5 tan bahan titanium.

Dengan pembangunan industri chlor-alkali negara saya, peralatan utama (elektrolisis) untuk pengeluaran soda kaustik telah mengalami tiga perubahan utama. Perubahan pertama adalah penggantian tangki mendatar dengan tangki menegak. Pada awal tahun 1960 -an, penggunaan (elektrolisis diafragma penjerapan menegak) menggantikan tangki mendatar tradisional, yang meningkatkan pengeluaran soda kaustik negara saya, dari 193,000 tan pada tahun 1957 hingga 693,000 tan pada tahun 1966, peningkatan 3.6 kali.

Perubahan kedua ialah penggantian sel -sel elektrolisis anod grafit dengan sel elektrolisis anod logam. Pada tahun 1970 -an, anod logam (DSA) digunakan untuk menggantikan anod grafit. Negara saya mula menguji anod titanium di loji kimia Shanghai Tianyuan dan tumbuhan kimia Tianjin pada tahun 1972, dan mula menguji sel -sel elektrolitik anode logam 20m3 pada tahun 1973. Sejak 1974, 30m3 sel -sel elektrolitik anod logam telah digunakan secara beransur -ansur. Pada tahun 1978, negara menjalankan tugas transformasi teknologi anod logam sebanyak 400,000 tan soda kaustik diafragma. Sehingga tahun 1981, terdapat 17 loji chlor-alkali di negara ini dengan menggunakan sejumlah 1,217 sel-sel elektrolitik anod logam, membentuk kapasiti pengeluaran anod diafragma 670,000 tan soda kaustik, menyumbang 30% daripada kapasiti soda. Sehingga tahun 1996, terdapat 99 tumbuhan chlor-alkali di negara ini dengan sejumlah 8,409 sel-sel elektrolisis diafragma anod, dengan kapasiti pengeluaran tahunan sebanyak 4.2 juta tan soda kaustik, menyumbang 70% kapasiti pengeluaran soda kaustik negara. Kecuali beberapa tumbuhan kimia yang besar seperti Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical, dan lain -lain, yang mengeluarkan sel -sel elektrolisis anod logam sendiri, kebanyakannya dihasilkan dan dibekalkan oleh kilang -kilang profesional seperti kilang Beijing Chemical Jentera dan kilang Shanghai 4805.

Perubahan ketiga ialah penggunaan elektrolisis membran ion. Pada pertengahan 1980-an, kaedah membran ion penjimatan tenaga dan cekap dipromosikan untuk menghasilkan soda kaustik. Negara saya memperkenalkan teknologi dan peralatan soda membran ion dari Jepun dan negara -negara lain, membentuk siri 10,000 hingga 50,000 tan peralatan. Peralatan utama termasuk elektrolisis membran ion, tangki peredaran cecair anod titanium, tangki air yang desalinated, menara dechlorination vakum, penukar haba, paip dan pam, dan lain -lain. Pam titanium terutamanya digunakan untuk mengangkut air garam halus, cecair beredar anod, air desalinasi dan air klorin. Satu set peralatan peringkat 10,000 tan menggunakan kira-kira 8 tan titanium. Pada bulan Jun 1986, Yanguoxia Chemical Plant memperkenalkan Teknologi Asahi Glass Jepun untuk kali pertama, dengan pengeluaran tahunan sebanyak 10,000 tan peralatan soda kaustik. Kecuali pam elektrolisis tiga dimensi dan pam titanium cecair anod yang dibekalkan oleh Jepun, peralatan 6 titanium yang lain semuanya dipadankan dan dibekalkan oleh Jinxi Chemical Machinery Loji. Menjelang tahun 1990, 11 loji chlor-alkali telah mengadopsi peralatan soda kaustik membran ion, dengan kapasiti pengeluaran sebanyak 295,000 tan. Pada tahun 1995, terdapat 27 loji chlor-alkali di China mengamalkan peralatan soda kaustik membran ion, dengan kapasiti pengeluaran sebanyak 827,000 tan. Pada tahun 2000, kapasiti pengeluaran soda kaustik tahunan industri chlor-alkali negara saya adalah 7.5 juta tan, 14.71 juta tan pada tahun 2005, dan 23.99 juta tan pada tahun 2010.

Dalam elektrolisis membran ion, suhu katod dan ruang anod adalah kira -kira 90 darjah, terdapat larutan klorin dan garam dalam ruang anod, dan terdapat larutan soda kaustik 30% ~ 35% dalam ruang katod. Ketumpatan semasa operasi umum membran ion elektrolisis adalah 30 ~ 40a/dm?. Di bawah keadaan kerja yang keras, penggunaan bahan dan struktur anti-karat elektrolisis mesti dipertimbangkan sepenuhnya apabila mereka bentuk elektrolisis. Bagi bahagian anod elektrolisis membran ion (merujuk kepada anod dan bahagian yang bersentuhan dengan cecair anod), semua negara di dunia telah memilih logam titanium (atau aloi titanium tahan kakisan) dengan rintangan kakisan yang baik dalam cecair anod tanpa pengecualian.

Berikut adalah gambarajah skematik membran pertukaran ion untuk soda kaustik. Seperti yang ditunjukkan dalam angka, dua elektrod dipisahkan oleh membran pertukaran ion. Air garam ditambah dari satu sisi dan air tulen ditambah dari sisi lain. Selepas semasa melewati, klorin dihasilkan dari sisi anod dan hidrogen dihasilkan dari sisi katod. Membran ion hanya membolehkan ion natrium lulus, jadi natrium hidroksida dihasilkan dari sisi katod.

Sebagai tambahan kepada peralatan elektrolitik peralatan utama loji soda kaustik membran ion, bahagian utama di mana peralatan titanium digunakan adalah: sistem air garam - tolok tahap cecair; Sistem cecair anod - tangki cecair anod dan scrubber klorin; Menara Dechlorination, Pengedar Brine Dechlorination, Instrumen Cooler; Sodium Hypochlorite System - penyejukan, menara penyerapan, pengedar; Sistem Klorin - Wet Chlorine Cooler; dan Sistem Kawalan Perosak - Penukar Haba dan Kipas Kawalan Perosak.

(2) sejuk klorin basah

Apabila garam elektrolis untuk menghasilkan soda kaustik, sejumlah besar klorin basah panas dihasilkan, yang hanya boleh digunakan selepas penyejukan dan pengeringan. Terdapat dua cara untuk menyejukkan klorin basah panas: penyembur air langsung dan penyejukan tidak langsung menggunakan tiub sejuk. Penyejukan langsung bukan sahaja menghasilkan sejumlah besar air klorin yang mengandungi klorin, yang serius mencemarkan alam sekitar, tetapi juga menyebabkan kerugian klorin yang besar, penggunaan asid sulfurik yang tinggi, dan keadaan kerja bengkel yang lemah. Penyejuk tidak langsung diperbuat daripada penyejuk grafit, penyejuk tiub kaca, penyejuk seramik, penyejuk plastik, dan lain -lain, tetapi mereka semua mempunyai banyak masalah seperti rintangan kakisan yang lemah, mudah dipecahkan, dan mudah untuk umur. Penyejuk tidak langsung keluli tahan karat hanya boleh digunakan selama 8 hingga 10 hari sebelum mereka perlu dihentikan untuk dibaiki. Hasil ujian menunjukkan bahawa titanium sangat tahan kakisan dalam persekitaran klorin basah suhu tinggi, dengan jumlah kakisan tahunan 0.0025 mm. Penggunaan penyejuk titanium dalam pengeluaran perindustrian chlor-alkali dapat memendekkan proses penyejukan dan pengeringan, mengurangkan kerugian klorin, mengurangkan pencemaran alam sekitar, dan mewujudkan keadaan untuk operasi stabil gas termampat dan kekeringan yang tinggi.

Pada tahun 1963, Rusia mula menggunakan penyejuk titanium klorin dengan kawasan pertukaran haba sebanyak 140sqm. Ia juga menggunakan saluran paip titanium untuk menyampaikan klorin basah, dengan diameter 300 ~ 600mm dan panjang lebih daripada 500m. Hampir semua penyejuk klorin basah yang digunakan dalam industri chlor-alkali di Rusia terbuat dari titanium. Syarikat Kimia Sekutu di Amerika Syarikat menggunakan Titanium dan bukannya grafit untuk membuat penyejuk dalam industri klor-alkali. Tiub grafit asal dibatalkan selepas penggunaan 2 ~ 3 tahun. A 78 meter persegi Titanium Cooler boleh melengkapkan kapasiti penyejukan, manakala penyejuk grafit memerlukan 140 meter persegi.

Titanium pertama yang sejuk di negara saya dihasilkan oleh kilang Jinxi Chemical Machinery pada tahun 1965. Ia mempunyai kawasan pemindahan haba kecil hanya 16.8 meter persegi. Sejak tahun 1973, tumbuhan Chlor-Alkali di Shanghai, Tianjin, Beijing, Liaoning, Guangdong dan wilayah dan bandar-bandar lain telah menggunakan penyejuk shell dan tiub titanium dengan hasil yang baik. Kini terdapat beratus-ratus penyejuk shell-and-tiub di negara saya.

(3) pam dan injap

Dalam pengeluaran klorin oleh elektrolisis membran dan elektrolisis merkuri, pam titanium yang digunakan dalam kalium hipoklorit dan natrium hipoklorit adalah yang paling ekonomik. Syarikat Georgia-Phifek di Amerika Syarikat menggunakan pam titanium untuk mengepam penyelesaian garam 85 darjah yang mengandungi 270 ~ 320g/l NaCl, kristal NaCl dan lebih daripada 0.5g/l klorin percuma. Hayat perkhidmatan pam titanium adalah sehingga 10 tahun.

Beijing Chemical Plant No . 2 Menggunakan Titanium 6BA-12 Pam, DG100DG Stop Valves dan Titanium Impellers HTB-701L Cincin Vakum Seramik Cincin Dalam Proses Dechlorination Vakum Baru. Pam titanium dan pendesak ini mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang.