Застосування титану в хімічній промисловості-хлор-луг

Застосування титану в хімічній промисловості-хлор-луг

Хлорно-лужна промисловість — це хімічна промисловість, яка одержує газоподібний хлор і їдкий натр шляхом електролізу водного розчину солі. Його історія налічує понад сто років. Хлорно-лужна промисловість також є першою галуззю в хімічній промисловості, де використовувався титан. Основним титановим обладнанням, що використовується у виробництві хлор-лугу, є: електролітична комірка з металевим анодом, електролітична комірка з іонною мембраною, трубчастий охолоджувач мокрого хлору, попередній нагрівач очищеного розсолу, дехлорування. вежа, хлорно-лужний охолоджуючий скрубер, вакуумний насос для дехлорування та клапанне титанове обладнання.

(1) Металевий анод

Хлорно-лужний процес виробництва включає ртутний електроліз, діафрагмовий електроліз та іонно-мембранний електроліз. У минулому для хлорно-лужних анодів використовували графітові аноди. У 1956 році голландець Генрі Білл (Х. Бір) вперше запропонував електролітичну У комірці використовується металевий анод, також відомий як розмірно стабільний анод DSA (Dimensionally Stable Anode), і отримав патент у 1965 році. Розмірно стабільний анод – це електрод, покритий оксидами дорогоцінних металів платинової групи на титановому субстраті. У 1968 році ДеНор, італійська компанія, перші промислові титанові аноди в хлорно-лужній промисловості. Близько 1970 року Сполучені Штати, Італія, Японія, Німеччина, Франція та інші країни швидко перейшли на металеві аноди замість графітових анодів. У Японії тисячі тонн титану були використані як основний матеріал для металевих анодів. Для виробництва 10000 тонн каустичної соди потрібно близько 5 титанових матеріалів.

З розвитком хлорно-лужної промисловості Китаю основне обладнання (електролітична комірка) для виробництва каустичної соди зазнало трьох основних змін. Перша зміна полягала в тому, що вертикальні резервуари замінили горизонтальні резервуари. На початку 1960-х років (вертикальні адсорбційні діафрагмові електролізери) використовувалися замість традиційних горизонтальних резервуарів, що значно збільшило виробництво каустичної соди в Китаї з 193000 тонн у 1957 році до 693000 тонн у 1966 році. , збільшившись у 3,6 рази.

Друга зміна полягає в тому, що електролізери з металевим анодом замінюють електролізери з графітовим анодом. У 1970-х роках замість графітового анода використовувався металевий анод (DSA). З 1972 року наша країна проводить випробування титанового анода на Шанхайському хімічному заводі Тяньюань і Тяньцзіньському хімічному заводі. У 1973 році було розпочато випробування 20-метрової електролітичної комірки з металевим анодом, а з 1974 року поступово використовувався 30-метровий електролізер з металевим анодом. У 1978 році держава виконала завдання модернізації технології металевих анодів на 400,000 тонн каустичної соди з діафрагмою. Станом на 1981 рік по всій країні було 17 хлорно-лужних заводів, які використовували загалом 1217 електролізних камер з металевим анодом, утворюючи металевий анод із діафрагмою з річною продуктивністю 670 000 тонн каустичної соди, що становить 30% потужностей країни з виробництва каустичної соди, і 95,000 тонн потужностей електролізу ртуті з використанням DSA. Станом на 1996 рік у країні було 99 хлорно-лужних заводів із загальною кількістю 8409 металевих анодних діафрагмових електролітичних елементів із річною продуктивністю 4,2 мільйона тонн каустичної соди, що становить 70% потужностей країни з виробництва каустичної соди. За винятком кількох великих хімічних заводів, таких як Tianyuan, Tianhua та Daguhua, більшість із них електролітичні комірки з металевим анодом виробляються та постачаються професійними фабриками, такими як Beijing Chemical Machinery Factory та Shanghai 4805 Factory.

Третя зміна — використання електролізерів з іонною мембраною. У середині-1980 минулого століття для виробництва каустичної соди почали використовувати енергозберігаючий і високоефективний метод іонної мембрани. Наша країна запровадила технологію та обладнання з іонної мембрани каустичної соди з Японії та інших країн, утворюючи серію від 10,000 до 50,000 тонн обладнання. Основним обладнанням є електролітична комірка з іонною мембраною, резервуар для циркуляції рідини з титановим анодом, резервуар для свіжого розсолу, башта для вакуумної дехлорації, теплообмінник, трубка та насосний клапан тощо. Титанове обладнання та титанова трубка в основному використовуються в системі циркуляції анодної рідини, свіжому розсолі. система, система дехлорування, система подачі мокрого газоподібного хлору та система циркуляції хлорної води. Титанові насоси в основному використовуються для транспортування очищеного розсолу, анодної циркулюючої рідини, прісноводного розсолу та хлорної води. Кількість титану, що використовується в 10,000- У червні 1986 року хімічний завод Yannanxia вперше запровадив японську технологію Asahi Glass із річною продуктивністю 10000 тонн заводу каустичної соди. На додаток до тривимірної електролітичної комірки та анодного рідинного титанового насоса, поставленого Японією, решта шість обладнання, виготовлене з титану, все підтримується всередині країни та постачається Jinxi Chemical Machinery Factory. До 1990 року 11 хлорно-лужних заводів прийняли каустичну іонну мембрану содових заводів потужністю 295,000 тонн. У 1995 році загалом 27 хлорно-лужних заводів по всій країні перейшли на заводи з виробництва каустичної соди з іонною мембраною з виробничою потужністю 827 000 тонн. У 2000 році річна потужність хлорно-лужної промисловості Китаю становила 7,5 мільйонів каустичної соди, у 2005 році – 14,71 млн. тонн, у 2010 році – 23,99 млн. тонн.

В електролітичній комірці з іонною мембраною температура катодної та анодної кімнат становить близько 90 градусів, анодна камера має газоподібний хлор і розчин солі, а катодна камера має 30–35% концентрацію розчину каустичної соди. Загальна робоча щільність струму електролізера з іонною мембраною становить 30 ~ 40 А/дм. У таких суворих умовах використання матеріалу та антикорозійна структура електролізера повинні бути повністю враховані при проектуванні електролізера. Анодна частина іонної плівки електролітична комірка (відноситься до анода та частини, що контактує з анодною рідиною), країни в усьому світі без винятку вибрали металевий титан (або корозійностійкий титановий сплав) з хорошою корозійною стійкістю в анодній рідині.

Схематична діаграма іонообмінної мембрани каустичної соди, як показано на малюнку, два електроди ізольовані іонообмінною мембраною. Солона вода додається з одного боку, а чиста вода – з іншого. Після проходження струму газоподібний хлор утворюється з боку анода, а газоподібний водень – з боку катода. Іонна мембрана пропускає лише іони натрію , тому гідроксид натрію виробляється з боку катода.

На додаток до електролітичної комірки основного обладнання пристрою каустичної соди з іонною мембраною, основними частинами, що використовуються в титановому обладнанні, є: система розсолу - вимірювач рівня рідини; система анодної рідини - резервуар для анодної рідини та хлорний скрубер; система свіжого розсолу-башта дехлорування, розподільник свіжого розсолу, приладовий охолоджувач; система гіпохлориту натрію-охолодження, абсорбційна вежа, розподільник; система газоподібного хлору - мокрий охолоджувач газоподібного хлору; система видалення небезпеки - теплообмінник, вентилятор видалення небезпеки.

(2) Охолоджувач мокрого хлору

У той час як при електролізі кухонної солі утворюється каустична сода, утворюється велика кількість гарячого вологого газоподібного хлору, який можна використовувати після охолодження та сушіння. Є два способи охолодження гарячого та вологого газоподібного хлору: пряме розбризкування водою та непряме охолодження за допомогою трубчастих охолоджувачів. . Пряме охолодження призведе не тільки до отримання великої кількості хлоровмісної хлорної води, яка серйозно забруднює навколишнє середовище, але також втрачається велика кількість газоподібного хлору, споживається сірчана кислота, а умови праці в цеху є поганими. Матеріалом для непрямих охолоджувачів були графітові охолоджувачі, охолоджувачі зі скляних трубок, керамічні охолоджувачі, пластикові охолоджувачі тощо, але існує багато проблем, таких як низька стійкість до корозії, легкість руйнування та старіння. Непрямі охолоджувачі з нержавіючої сталі можна використовувати лише протягом 8–10 днів і їх потрібно зупинити для ремонту. Результати випробувань показують, що титан є надзвичайно стійким до корозії в середовищі високої температури та вологого газу хлору, з річна швидкість корозії 0,0025 мм. Використання титанових охолоджувачів у виробництві хлорно-лужної промисловості може скоротити процес охолодження та сушіння, зменшити втрати газу хлору, зменшити забруднення навколишнього середовища та створити умови для стабільної роботи стиснених газів і досягти висока ступінь висихання.

У 1963 році в Росії почали використовувати титанові газоохолоджувачі хлору з площею теплообміну 140 м. Для транспортування вологого газоподібного хлору також використовувалися титанові труби діаметром 300~600 мм і довжиною понад 500 м. Майже всі охолоджувачі вологого хлорного газу, які використовуються в хлорно-лужній промисловості в Росії, виготовлені з титану. Allied Chemical Company в Сполучені Штати використовують титан замість графіту для виготовлення охолоджувачів у хлорно-лужній промисловості. Оригінальна графітова трубка використовувалася протягом 2-3 років, і 78-метровий титановий охолоджувач доповнював потужність охолодження, тоді як графітовий охолоджувач вимагав 140 м.

Перший титановий охолоджувач у Китаї був виготовлений у 1965 році Jinxi Chemical Machinery Factory. Площа теплопередачі невелика, всього 16,8м. З 1973 року хлорно-лужні заводи в Шанхаї, Тяньцзіні, Пекіні, Ляоніні, Гуандуні та інших провінціях і містах послідовно використовували титанові трубчасті охолоджувачі з хорошими результатами. У нашій країні є сотні титанових трубчастих охолоджувачів.

(3) Насоси та клапани

У виробництві газоподібного хлору за допомогою мембранного електролізу та електролізу ртуті титанові насоси, які використовуються в гіпохлориті калію та гіпохлориті натрію, є найекономічнішими. Компанія Georgia-Peefick у Сполучених Штатах використовує титановий насос для перекачування розчину солі при 85 градусах. Розчин солі містить 270~320 г/л NaCl, кристалів NaCl і понад 0,5 г/л вільного хлору. Термін служби титанового насоса до 10 років.

На другому пекінському хімічному заводі в новому процесі вакуумного дехлорування використовується литий титановий насос 6BA-12, прохідний клапан Dg100Dg і титанове робоче колесо вакуумного насоса з водяним кільцем HTB-701l. Ці титанові насоси та робочі колеса мають тривалий термін служби термін служби.