Titaanin käyttö kemianteollisuudessa - kloori-alkali

Titaanin käyttö kemianteollisuudessa - kloori-alkali

Kloori-alkaliteollisuus on kemianteollisuus, joka valmistaa kloorikaasua ja kaustista soodaa elektrolyysillä suolavesiliuoksesta. Sillä on yli sadan vuoden historia. Kloori-alkaliteollisuus on myös kemianteollisuuden aikaisin titaania käyttävä teollisuus. Tärkeimmät kloorialkalituotannossa käytetyt titaanilaitteet ovat: metallianodielektrolyyttikenno, ionikalvoelektrolyyttikenno, putkimainen märkäkloorijäähdytin, puhdistetun suolaveden esilämmitin, kloorinpoisto torni, kloori-alkalijäähdytyspesuri, tyhjiökloorinpoistopumppu ja titaaniventtiililaitteet.

(1) Metallin anodi

Kloori-alkali-tuotantoprosessissa on elohopeaelektrolyysi, kalvoelektrolyysi ja ionikalvoelektrolyysi. Aiemmin kloori-alkalianodeissa on käytetty grafiittianodeja. Vuonna 1956 hollantilainen Henry.Bill (H. Beer) ehdotti ensimmäisen kerran, että elektrolyytti kennossa käytetään metallianodia, joka tunnetaan myös dimensiostabiilina anodina DSA (Dimensionally Stable Anode), ja se sai patentin vuonna 1965. Mittastabiili anodi on elektrodi, joka on päällystetty platinaryhmän jalometallioksideilla titaanisubstraatilla. Vuonna 1968 DeNore, italialainen yritys, ensimmäinen teollinen titaanianodi kloori-alkaliteollisuudessa. Vuoden 1970 tienoilla Yhdysvallat, Italia, Japani, Saksa, Ranska ja muut maat siirtyivät nopeasti metallianodeihin grafiittianodien sijaan. Japanissa on käytetty tuhansia tonneja titaania metallianodien perusmateriaalina. 10,000 tonnin kaustista soodaa varten tarvitaan noin 5 titaanimateriaalia.

Kiinan kloori-alkaliteollisuuden kehittyessä kaustisen soodan tuotannon päälaitteisto (elektrolyyttikenno) on kokenut kolme suurta muutosta. Ensimmäinen muutos oli, että pystysäiliöt korvasivat vaakasäiliöt. 1960-luvun alussa käytettiin (pysty adsorptiokalvoelektrolyyttikennoja) perinteisten vaakasuuntaisten säiliöiden sijasta, mikä lisäsi huomattavasti Kiinan kaustisen soodan tuotantoa, 193,000 tonnista vuonna 1957 693,000 tonniin vuonna 1966. , kasvoi 3,6-kertaiseksi.

Toinen muutos on se, että metallianodielektrolyyttikennot korvaavat grafiittianodielektrolyyttikennot. 1970-luvulla käytettiin metallianodia (DSA) grafiittianodin sijaan. Vuodesta 1972 lähtien maamme on suorittanut titaanianoditestejä Shanghai Tianyuanin kemiantehtaissa ja Tianjinin kemiantehtaissa. Vuonna 1973 aloitettiin 20 metrin metallianodikalvoelektrolyyttikennotesti, ja 30 metrin metallianodielektrolyyttikennoa otettiin vähitellen käyttöön vuodesta 1974 lähtien. Vuonna 1978 valtio suoritti tehtäväkseen päivittää 400,000 tonnia kalvon kaustista soodaa.Vuoteen 1981 mennessä eri puolilla maata oli 17 kloori-alkalitehdasta, jotka käyttivät yhteensä 1 217 metallianodielektrolyysikennoa, jotka muodostivat kalvometallianodin, jonka vuotuinen tuotantokapasiteetti oli 670 000 tonnia kaustista soodaa, joka vastaa 30 % maan kaustisen soodan tuotantokapasiteetista, ja 95,000 tonnia elohopean elektrolyysikapasiteettia käyttämällä DSA:ta. Vuonna 1996 maassa oli 99 kloorialkalitehdasta, joissa yhteensä 8 409 metallianodikalvoelektrolyyttikennoa, joiden vuotuinen tuotanto on 4,2 miljoonaa tonnia natriumhydroksidia, mikä vastaa 70 % maan kaustisen soodan tuotantokapasiteetista. Muutamia suuria kemiantehtaita, kuten Tianyuania, Tianhuaa ja Daguhuaa lukuun ottamatta, suurin osa metallianodielektrolyyttikennoja valmistavat ja toimittavat ammattimaiset tehtaat, kuten Beijing Chemical Machinery Factory ja Shanghai 4805 Factory.

Kolmas muutos on ionikalvoelektrolyyttikennojen käyttö. Puolivälissä-1980 edistettiin energiaa säästävän ja tehokkaan ionikalvomenetelmän käyttöä kaustisen soodan valmistuksessa. Maamme esitteli ionikalvopohjaisen natriumhydroksiditeknologian ja -laitteet Japanista ja muista maista, mikä muodosti 10,000–50,000 tonnin laitteiden sarjan. Päälaitteet ovat ionikalvoelektrolyyttikenno, titaanianodinesteen kiertovesisäiliö, tuore suolavesisäiliö, tyhjiökloorinpoistotorni, lämmönvaihdin, putki ja pumppuventtiili jne., Titaanilaitteita ja titaaniputkia käytetään pääasiassa anodinesteen kiertojärjestelmässä, tuoreessa suolavedessä järjestelmä, kloorinpoistojärjestelmä, märkä kloorikaasun jakelujärjestelmä ja klooriveden kiertojärjestelmä. Titaanipumppuja käytetään pääasiassa puhdistetun suolaveden, anodikiertonesteen, makean veden suolaveden ja klooriveden kuljettamiseen. Titaanin määrä, jota käytetään 10,000- Tonnin laite on noin 8 tonnia. Kesäkuussa 1986 Yannanxia Chemical Plant esitteli ensimmäistä kertaa japanilaisen Asahi Glass -teknologian, jonka vuotuinen tuotanto on 10,000 tonnia kaustista soodatehdasta. Japanin toimittaman kolmiulotteisen elektrolyyttikennon ja anodinestetitaanipumpun lisäksi loput kuusi titaanista valmistettua laitetta ovat kaikki kotimaisia ​​tukia ja Jinxi Chemical Machinery Factoryn toimittamia. Vuoteen 1990 mennessä 11 kloori-alkalitehdasta oli omaksunut ionikalvon kaustisen aineen. soodatehtaita, joiden tuotantokapasiteetti on 295,000 tonnia. Vuonna 1995 kaikkiaan 27 kloori-alkalitehdasta eri puolilla maata otti käyttöön ionikalvon kaustista soodatehdasta, joiden tuotantokapasiteetti oli 827,000 tonnia. Vuonna 2000 Kiinan kloorialkaliteollisuuden vuotuinen tuotantokapasiteetti oli 7,5 miljoonaa tonnia kaustista soodaa, 14,71 miljoonaa tonnia vuonna 2005 ja 23,99 miljoonaa tonnia vuonna 2010.

Ionimembraanielektrolyyttikennossa katodi- ja anodihuoneiden lämpötila on noin 90 astetta, anodikammiossa on kloorikaasua ja suolaliuosta, ja katodikammiossa on 30–35 % natriumhydroksidiliuosta. Ionikalvoelektrolyyttikennon yleinen käyttövirrantiheys on 30-40A/dm. Tällaisissa ankarissa olosuhteissa elektrolyyttikennon materiaalin käyttö ja korroosionestorakenne on otettava täysin huomioon elektrolyysikennoa suunniteltaessa. Ionikalvon anodiosa elektrolyyttikenno (tarkoittaa anodia ja anodinesteen kanssa kosketuksissa olevaa osaa), maat ympäri maailmaa ovat poikkeuksetta valinneet titaanimetallin (tai korroosionkestävän titaaniseoksen), jolla on hyvä korroosionkestävyys anodinesteessä.

Ionikalvon kaustisen soodan ioninvaihtokalvon kaavakuva, kuten kuvassa näkyy, kaksi elektrodia on eristetty ioninvaihtokalvolla. Toiselta puolelta lisätään suolavettä ja toiselta puhdasta vettä. Virran kulkemisen jälkeen anodin puolelta syntyy kloorikaasua ja katodin puolelta vetykaasua. Ionikalvo päästää vain natriumionit kulkemaan läpi. , joten natriumhydroksidia tuotetaan katodipuolelta.

Ionikalvon kaustisen soodalaitteen päälaitteiston elektrolyyttikennon lisäksi titaanilaitteissa käytetyt pääosat ovat: suolavesijärjestelmä-nestepintamittari; anodi neste järjestelmä-anodi neste säiliö ja kloori pesuri; tuore suolavedessä järjestelmän kloorinpoisto torni, tuore suolavedessä jakelija, instrumentti jäähdytin; natriumhypokloriitti-järjestelmän jäähdytys-, imeytys-torni, jakelija; kloorikaasu järjestelmä märkä kloorikaasu jäähdytin; vaaranpoistojärjestelmä-lämmönvaihdin, vaaranpoistopuhallin.

(2) Märkä kloorijäähdytin

Kun ruokasuolan elektrolyysi tuottaa kaustista soodaa, syntyy suuri määrä kuumaa märkää kloorikaasua, jota voidaan käyttää jäähdytyksen ja kuivauksen jälkeen. Kuumaa ja kosteaa kloorikaasua voi jäähdyttää kahdella tavalla: suora vesisumutus ja epäsuora jäähdytys putkimaisilla jäähdyttimillä. .Suora jäähdytys ei ainoastaan ​​tuota suurta määrää klooripitoista kloorivettä, mikä saastuttaa vakavasti ympäristöä, vaan myös suuri määrä kloorikaasua menetetään, rikkihappoa kuluu ja työolosuhteet ovat huonot. Epäsuorien jäähdyttimien materiaalina on ollut grafiittijäähdyttimiä, lasiputkijäähdyttimiä, keraamisia jäähdyttimiä, muovijäähdyttimiä jne., mutta ongelmia on monia, kuten huono korroosionkestävyys, helppo rikkoa ja helppo ikääntyä. Ruostumattomasta teräksestä valmistettuja epäsuoria jäähdyttimiä voidaan käyttää vain 8–10 päivää, ja ne on pysäytettävä korjausta varten. Testitulokset osoittavat, että titaani on erittäin korroosionkestävä ympäristössä, jossa on korkea lämpötila ja märkä kloorikaasu. vuotuinen korroosionopeus 0,0025 mm. Titaanijäähdyttimien käyttö kloori-alkaliteollisuuden tuotannossa voi lyhentää jäähdytys- ja kuivausprosessia, vähentää kloorikaasun hävikkiä, vähentää ympäristön saastumista ja luoda olosuhteet painekaasujen vakaalle toiminnalle ja saavuttaa korkea kuivausaste.

Vuonna 1963 Venäjällä alettiin käyttää titaanikloorikaasujäähdyttimiä, joiden lämmönsiirtopinta-ala oli 140 metriä. Myös märän kloorikaasun kuljettamiseen käytettiin titaaniputkia, joiden halkaisija oli 300–600 mm ja pituus yli 500 m. Lähes kaikki Venäjän kloori-alkaliteollisuudessa käytetyt märkäkloorikaasujäähdyttimet on valmistettu titaanista. Allied Chemical Company Yhdysvallat käyttää titaania grafiitin sijasta jäähdyttimien valmistukseen kloori-alkaliteollisuudessa. Alkuperäistä grafiittiputkea käytettiin 2–3 vuotta, ja 78 metrin titaanijäähdytin täydensi jäähdytyskapasiteetin, kun taas grafiittijäähdytin tarvitsi 140 metriä.

Kiinan ensimmäisen titaanijäähdyttimen valmisti vuonna 1965 Jinxi Chemical Machinery Factory. Lämmönsiirtoalue on pieni, vain 16,8 m. Vuodesta 1973 lähtien Shanghain, Tianjinin, Pekingin, Liaoningin, Guangdongin ja muiden maakuntien ja kaupunkien kloori-alkalitehtaat ovat käyttäneet peräkkäin titaaniputkimaisia ​​jäähdyttimiä hyvin tuloksin. Maassamme on satoja titaaniputkijäähdyttimiä.

(3) Pumput ja venttiilit

Kloorikaasun tuotannossa kalvoelektrolyysillä ja elohopeaelektrolyysillä kaliumhypokloriitissa ja natriumhypokloriitissa käytettävät titaanipumput ovat edullisimpia. Georgia-Peefick-yhtiö Yhdysvalloissa käyttää titaanipumppua 85-asteisen suolaliuoksen pumppaamiseen. Suolaliuos sisältää 270~320 g/l NaCl-, NaCl-kiteitä ja yli 0,5 g/l vapaata klooria. Titaanipumpun käyttöikä on jopa 10 vuotta.

Toisessa Pekingin kemiantehtaassa käytetään valettua 6BA-12 titaanista valmistettua pumppua, Dg100Dg-palloventtiiliä ja HTB-701l vesirengaskeraamista tyhjiöpumpun titaanista siipipyörää uudessa tyhjiökloorinpoistoprosessissa. Näillä titaanipumpuilla ja juoksupyörillä on pitkä käyttöikä. käyttöikä.