Aplikace titanu v chemickém průmyslu: chlor-alkali
Průmysl chlor-alkali je chemický průmysl, který produkuje chlor a žíravou sodu elektrolyzícími roztoky solanky. Má historii více než 100 let a je také nejčasnějším průmyslem v chemickém průmyslu, který používá titan. Titanové vybavení používané při výrobě chlorových alkalií zahrnuje hlavně: kovovou anodovou elektrolyzer, iontový membránový elektrolyzer, tubulární chladič mokrých chloru, rafinovaný předhelník, dechlorační věž, chlazení chlor-alkali a mytí věže a promývání věže a ventily a další titanové vybavení.
(1) Kovové anody
Mezi výrobní procesy chlor-alkalingu patří rtuťová elektrolýza, membránová elektrolýza a elektrolýza iontové membrány. V minulosti se grafitové anody vždy používaly v anodách chlor-alkali. V roce 1956 Holanďan Henry Beer poprvé navrhl použití kovových anod, známých také jako rozměrově stabilní anody (DSA) v elektrolytických buňkách a získaly patenty v roce 1965. Rozměry stabilní anody jsou elektrody potažené platinové skupině oxidů kovů na titanových substrátech. V roce 1968, italská společnost Denore, si nejprve uvědomila industrializaci titanových anod v chlor-alkánském průmyslu. Kolem roku 1970 se Spojené státy, Itálie, Japonsko, Německo, Francie a další země rychle přepnuly na kovové anody místo grafitových anod. V Japonsku bylo jako základní materiál kovových anod použito několik tisíc tun titanových materiálů. Produkce 10 000 tun žírny sody vyžaduje asi 5 tun titanových materiálů.
S rozvojem chlorového průmyslu mé země prošel hlavním vybavením (elektrolyzer) pro výrobu sodných kaustů tři hlavní změny. První změnou byla výměna vodorovných nádrží svislými nádržemi. Na začátku šedesátých let nahradilo použití (vertikální adsorpční membránový elektrolyzer) tradiční horizontální nádrže, které výrazně zvýšily produkci žíravé sody mé země, z 193 000 tun v roce 1957 na 693 000 tun v roce 1966, což je nárůst 3,6krát.
Druhou změnou byla nahrazení grafitových anodových elektrolytických buněk kovovými anodovými elektrolytickými buňkami. V 70. letech byly k nahrazení grafitových anod použity kovové anody (DSA). Moje země začala testovat titanové anody v chemické rostlině v Šanghaji Tianyuan a chemické rostlině Tianjinu v roce 1972 a v roce 1973 začaly testovat 20M3 kovové anodové diafragmové elektrolytické buňky. Od roku 1974 se postupně používají 30M3 kovové anodové elektrolytické buňky. V roce 1978 země provedla úkol transformace technologie kovové anody o 400 000 tunách membrány žíravé sody. Od roku 1981 bylo v zemi 17 rostlin chlorových alkaliků s použitím celkem 1 217 elektrolytických buněk kovové anody, které tvořily roční výrobní kapacitu membrány kovové anody 670 000 tun kaustické sody, což představuje 30% kaustické kapacity soda a kapacitu rtuti pomocí DSA. Od roku 1996 bylo v zemi 99 rostlin chlor-alka s celkem 8 409 elektrolytickými buňkami s kovovou anodou, s roční produkční kapacitou 4,2 milionu tun žíravé sody, což představuje 70% kapacity kaustické sódy v zemi. S výjimkou několika velkých chemických rostlin, jako je Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical atd., Které vyrábějí samotné elektrolytické buňky kovové anody, většina z nich je vyráběna a dodávána profesionálními továrnami, jako je pekingská chemická strojní zařízení a továrna na Šanghaj 4805.
Třetí změnou bylo použití elektrolyzérů iontové membrány. V polovině 80. let byla podporována energeticky úsporná a účinná iontová membránová metoda pro produkci žíravé sody. Moje země představila technologii a vybavení a vybavení Ionta Membránovou kaustikou z Japonska a dalších zemí a vytvořila řadu 10 000 až 50 000 tun vybavení. Hlavním zařízením zahrnuje elektrolyzéry iontových membrán, nádrže na cirkulaci kapaliny titanové anody, odsolované nádrže na vodu, vakuové dechlorační věže, výměníky tepla, potrubí a čerpadla atd. Titanové zařízení a systémy chlorové voda se používají hlavně v systémech dekanulovaných vodních vod, dekantovaných vodních systémů. Titanová čerpadla se používají hlavně k přepravě rafinované solanky, cirkulující kapaliny anody, odsolovanou vodu a chlorovou vodu. Sada zařízení na úrovni 10 000 tun používá asi 8 tun titanu. V červnu 1986 poprvé představila Yanguoxia Chemical Plant poprvé japonskou technologii Asahi Glass s roční produkcí 10 000 tun kaustického vybavení sody. S výjimkou trojrozměrného elektrolyzeru a anodové kapalné titanové čerpadlo dodávané Japonskem je dalších 6 titanových zařízení na domácím trhu porovnáváno a dodáváno závodem na chemické stroje Jinxi. V roce 1990 přijalo 11 rostlin chlor-alkali iontovou membránu s výrobní kapacitou 295 000 tun. V roce 1995 bylo v Číně 27 rostlin chlor-alkali a přijímajících vybavení sodovky s iontovou membránou s výrobní kapacitou 827 000 tun. V roce 2000 činila roční kapacita výroby kaustiky sody v chlor-alkánském průmyslu mé země 7,5 milionu tun, 14,71 milionu tun v roce 2005 a 23,99 milionu tun v roce 2010.
V elektrolyzeru iontové membrány je teplota katodových a anodových komor asi 90 stupňů, v anodové komoře je roztok chloru a soli a v katodové komoře je 30% ~ 35% žíranu. Obecná hustota operačního proudu iontového membránového elektrolyzer je 30 ~ 40a/dm?. Za takových drsných pracovních podmínek musí být při navrhování elektrolyzáku plně zvážena použití materiálu a antikorozní struktura elektrolyzáku. Pro anodovou část iontové membránové elektrolyzer (odkazující na anodu a část v kontaktu s anodovou kapalinou) si všechny země na světě vybraly titanový kov (nebo slitinu titanu odolné vůči korozi) s dobrou odolností proti korozi v anodové kapalině bez výjimky.
Následuje schematický diagram membrány iontové výměny pro žíravou sodu. Jak je znázorněno na obrázku, dvě elektrody jsou odděleny iontovou výměnnou membránou. Slabá voda se přidá z jedné strany a z druhé strany se přidá čistá voda. Poté, co proud prochází, je chlor produkován ze strany anody a vodík se vyrábí ze strany katody. Iontová membrána umožňuje projít pouze ionty sodíku, takže hydroxid sodný je produkován ze strany katody.
Kromě hlavního zařízení pro hlavní zařízení elektrárny iontové membrány je hlavní části, kde se používají titanové zařízení,: solný systém - měřidlo hladiny kapaliny; Anodová kapalný systém - anodová kapalná nádrž a pračka chloru; Dechlorinační věž, distributor dechlorizace solanky, chladič nástroje; Systém chlornanu sodného - chlazení, absorpční věž, distributor; Chlorový systém - chladič mokrý chlor; a systém řízení škůdců - výměník tepla a ventilátor pro řízení škůdců.
(2) Chladič mokrých chloru
Při elektrolyzování soli za účelem výroby žíravé sody se generuje velké množství horkého mokrého chloru, což lze použít pouze po ochlazení a sušení. Existují dva způsoby, jak ochladit horký mokrý chlor: přímý stříkání vody a nepřímé chlazení pomocí chladiče trubice. Přímé chlazení nejen produkuje velké množství vody obsahující chlor, která vážně znečišťuje životní prostředí, ale také způsobuje velké ztráty chloru, vysokou konzumaci kyseliny sírové a špatné pracovní podmínky workshopu. Nepřímé chladiče jsou vyrobeny z grafitových chladičů, chladičů skleněných trubek, keramických chladičů, plastových chladičů atd., Ale všechny mají mnoho problémů, jako je špatná odolnost proti korozi, snadno se zlomil a snadné stárnutí. Nerezové oceli nepřímé chladiče lze použít pouze po dobu 8 až 10 dnů, než budou muset být zastaveny pro opravu. Výsledky testů ukazují, že titan je extrémně odolný vůči korozi ve vysokoteplotním mokrém chlorovém prostředí s ročním objemem koroze 0,0025 mm. Použití chladičů titanu v průmyslové výrobě chlor-alka může zkrátit proces chlazení a sušení, snížit ztráty chloru, snížit znečištění životního prostředí a vytvářet podmínky pro stabilní provoz stlačeného plynu a vysoké suchosti.
V roce 1963 začalo Rusko používat chladiče chloru titanu s oblastí výměny tepla 140 mqm. Použil také titanové potrubí pro přenos mokrého chloru, s průměrem 300 ~ 600 mm a délkou více než 500 m. Téměř všechny chladiče mokrého chloru používané v ruském chlorovém alkalickém průmyslu jsou vyrobeny z titanu. Spojenecká chemická společnost ve Spojených státech používá titan místo grafitu k výrobě chladičů v odvětví chlor-alkali. Původní grafitové zkumavky byly vyřazeny po 2 ~ 3 letech používání. Chladič titanu o rozloze 78 m2 může dokončit chladicí kapacitu, zatímco grafitový chladič vyžaduje 140 m2.
První titanový chladič v mé zemi byl vyroben v továrně na továrnu na chemické stroje Jinxi v roce 1965. Měl malou oblast přenosu tepla pouze 16,8 m2. Od roku 1973 rostliny chlor-alkali v Šanghaji, Tianjinu, Pekingu, liaoningu, Guangdongu a dalších provinciích a městech postupně používaly chladiče titanových skořápky a trubice s dobrými výsledky. V mé zemi jsou v současné době stovky chladičů titanu a trubice.
(3) Čerpadla a ventily
Při produkci chloru membránovou elektrolýzou a rtuťovou elektrolýzou jsou titanové čerpadla používané v chlornanu draselného a chlornanu sodného nejúspornější. Společnost Georgia-Phifek ve Spojených státech používá titanová čerpadla k čerpání 85 stupňů solného roztoku obsahujícího 270 ~ 320 g/L NaCl, krystaly NaCl a více než 0,5 g/l volného chloru. Životnost služeb titanového čerpadla je až 10 let.
Pekingská chemická rostlina č. . 2 používá lité titanium 6BA-12 čerpadla, stopky DG100DG a titanové oběžné kolby HTB-701L Vodní kruhová keramická vakuová čerpadla v novém procesu dechlorace vakua. Tato titanová čerpadla a oběžná komise mají dlouhou životnost.
