Ứng dụng Titan trong ngành công nghiệp hóa học: clor-kiềm

Ngành công nghiệp clor-kiềm là một ngành công nghiệp hóa chất sản xuất soda clo và ăn da bằng các dung dịch nước muối. Nó có lịch sử hơn 100 năm và cũng là ngành công nghiệp sớm nhất trong ngành hóa chất để sử dụng titan. Các thiết bị titan được sử dụng trong sản xuất clor-kiềm chủ yếu bao gồm: chất điện phân anode kim loại, chất điện phân màng ion, làm mát clo ướt hình ống, bộ lọc nước muối tinh chế, tháp khử clo, làm mát clor-clor-kiềm và tháp rửa.

(1) cực dương kim loại

Các quy trình sản xuất clor-kiềm bao gồm điện phân thủy ngân, điện phân cơ hoành và điện phân màng ion. Trong quá khứ, các cực dương than chì luôn được sử dụng trong cực dương clor-kiềm. Năm 1956, Bia Henry người Hà Lan lần đầu tiên đề xuất sử dụng cực dương kim loại, còn được gọi là cực dương ổn định kích thước (DSA) trong các tế bào điện phân, và thu được bằng sáng chế vào năm 1965. Các cực dương ổn định kích thước là các điện cực được phủ bằng các oxit kim loại quý bạch kim trên chất nền Titanium. Năm 1968, Denore, một công ty Ý, lần đầu tiên nhận ra công nghiệp hóa các cực dương titan trong ngành công nghiệp clor-kiềm. Khoảng năm 1970, Hoa Kỳ, Ý, Nhật Bản, Đức, Pháp và các quốc gia khác đã nhanh chóng chuyển sang cực dương kim loại thay vì cực dương than chì. Ở Nhật Bản, vài nghìn tấn vật liệu titan đã được sử dụng làm vật liệu cơ bản của cực dương kim loại. Việc sản xuất 10.000 tấn soda ăn da cần khoảng 5 tấn vật liệu titan.

Với sự phát triển của ngành công nghiệp clor-kiềm của đất nước tôi, thiết bị chính (chất điện phân) để sản xuất soda ăn da đã trải qua ba thay đổi lớn. Sự thay đổi đầu tiên là sự thay thế của các xe tăng ngang bằng các bể dọc. Đầu những năm 1960, việc sử dụng (điện phân cơ hoành hấp phụ dọc) đã thay thế các bể ngang truyền thống, làm tăng đáng kể việc sản xuất soda ăn da của đất nước tôi, từ 193.000 tấn vào năm 1957 lên 693.000 tấn vào năm 1966, tăng 3,6 lần.

Sự thay đổi thứ hai là sự thay thế của các tế bào điện phân anode than chì bằng các tế bào điện phân cực dương kim loại. Vào những năm 1970, cực dương kim loại (DSA) đã được sử dụng để thay thế các cực dương than chì. Đất nước của tôi bắt đầu thử nghiệm cực dương titan trong nhà máy hóa chất và nhà máy hóa học Thiên Tân Thượng Hải vào năm 1972, và bắt đầu thử nghiệm các tế bào điện phân cơ hoành kim loại 20M3 20M3 vào năm 1973. Từ năm 1974, các tế bào điện phân cực dương kim loại 30M3 đã được sử dụng dần dần. Năm 1978, quốc gia này thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi công nghệ cực dương kim loại là 400.000 tấn soda caustic cơ hoành. Tính đến năm 1981, có 17 cây clor-kiềm trong nước sử dụng tổng cộng 1.217 tế bào điện phân cực dương kim loại, tạo thành một cơ thể kim loại anode công suất sản xuất hàng năm là 670.000 tấn soda ăn da, chiếm 30% công suất sản xuất Sản xuất. Tính đến năm 1996, có 99 cây clor-kiềm trong nước với tổng số 8.409 tế bào điện phân cơ hoành kim loại, với công suất sản xuất hàng năm là 4,2 triệu tấn soda ăn da, chiếm 70% công suất sản xuất soda của đất nước. Ngoại trừ một vài nhà máy hóa học lớn như Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical, v.v., nơi sản xuất các tế bào điện phân cực dương kim loại, hầu hết chúng được sản xuất và cung cấp bởi các nhà máy chuyên nghiệp như nhà máy máy hóa học Bắc Kinh và nhà máy Thượng Hải 4805.

Sự thay đổi thứ ba là việc sử dụng các chất điện phân màng ion. Vào giữa những năm 1980, phương pháp màng ion tiết kiệm năng lượng và hiệu quả đã được thúc đẩy để sản xuất soda ăn da. Đất nước của tôi đã giới thiệu công nghệ và thiết bị Soda Caustic Membrane từ Nhật Bản và các quốc gia khác, tạo thành một loạt 10.000 đến 50.000 tấn thiết bị. Các thiết bị chính bao gồm các chất điện phân màng ion, bể lưu thông chất lỏng cực dương Titanium, bể chứa nước khử muối, tháp khử clo không khí, trao đổi nhiệt, đường ống và máy bơm, vv Thiết bị titan và ống titan chủ yếu được sử dụng trong hệ thống lưu thông hệ thống lưu thông, hệ thống nước, các hệ thống nước, declorin. Bơm titan chủ yếu được sử dụng để vận chuyển nước muối tinh chế, chất lỏng tuần hoàn cực dương, nước khử muối và nước clo. Một bộ thiết bị cấp 10.000 tấn sử dụng khoảng 8 tấn titan. Vào tháng 6 năm 1986, lần đầu tiên nhà máy hóa chất Yanguoxia đã giới thiệu công nghệ Asahi Glass của Nhật Bản, với sản lượng hàng năm là 10.000 tấn thiết bị soda ăn da. Ngoại trừ điện phân ba chiều và máy bơm titan lỏng anode do Nhật Bản cung cấp, 6 thiết bị titan khác đều được cung cấp và cung cấp bởi nhà máy máy hóa chất Jinxi. Đến năm 1990, 11 nhà máy clor-kiềm đã áp dụng thiết bị soda da ion, với công suất sản xuất 295.000 tấn. Năm 1995, có 27 nhà máy clor-kiềm ở Trung Quốc áp dụng thiết bị Soda ăn da Ion, với công suất sản xuất 827.000 tấn. Năm 2000, công suất sản xuất SODA hàng năm của ngành công nghiệp clor-kiềm của đất nước tôi là 7,5 triệu tấn, 14,71 triệu tấn trong năm 2005 và 23,99 triệu tấn trong năm 2010.

Trong chất điện phân màng ion, nhiệt độ của buồng cực âm và cực dương là khoảng 90 độ, có dung dịch clo và muối trong buồng cực dương, và có dung dịch soda caustic 30% ~ 35% trong buồng catốt. Mật độ dòng hoạt động chung của điện phân màng ion là 30 ~ 40a/dm ?. Trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy, việc sử dụng vật liệu và cấu trúc chống ăn mòn của chất điện phân phải được xem xét đầy đủ khi thiết kế chất điện phân. Đối với phần cực dương của chất điện phân màng ion (đề cập đến cực dương và phần tiếp xúc với chất lỏng cực dương), tất cả các quốc gia trên thế giới đã chọn kim loại titan (hoặc hợp kim titan chống ăn mòn) với khả năng chống ăn mòn tốt trong chất lỏng cực dương mà không có ngoại lệ.

Sau đây là sơ đồ của màng trao đổi ion cho soda ăn da. Như thể hiện trong hình, hai điện cực được phân tách bằng màng trao đổi ion. Nước muối được thêm vào từ một bên và nước tinh khiết được thêm vào từ phía bên kia. Sau khi dòng điện đi qua, clo được sản xuất từ phía anode và hydro được sản xuất từ phía catốt. Màng ion chỉ cho phép các ion natri vượt qua, do đó natri hydroxit được sản xuất từ phía catốt.

Ngoài tế bào điện phân thiết bị chính của nhà máy Soda Caustic Màng ion, các bộ phận chính sử dụng thiết bị Titanium: Hệ thống nước muối - Máy đo mức chất lỏng; Hệ thống chất lỏng cực dương - bình lỏng anode và máy lọc clo; Tháp khử clo, nhà phân phối nước muối khử clo, bộ làm mát dụng cụ; Hệ thống natri hypochlorite - làm mát, tháp hấp thụ, nhà phân phối; Hệ thống clo - Bộ làm mát clo ướt; và Hệ thống kiểm soát dịch hại - Bộ trao đổi nhiệt và quạt kiểm soát dịch hại.

(2) Máy làm mát clo ướt

Khi muối điện giải để tạo ra soda ăn da, một lượng lớn clo ướt nóng được tạo ra, chỉ có thể được sử dụng sau khi làm mát và sấy khô. Có hai cách để làm mát clo ướt nóng: phun nước trực tiếp và làm mát gián tiếp bằng máy làm mát ống. Làm mát trực tiếp không chỉ tạo ra một lượng lớn nước clo có chứa clo, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường, mà còn gây ra tổn thất clo lớn, tiêu thụ axit sunfuric cao và điều kiện làm việc của hội thảo kém. Máy làm mát gián tiếp được làm bằng máy làm mát than chì, làm mát ống thủy tinh, làm mát bằng gốm, làm mát bằng nhựa, v.v. Máy làm mát gián tiếp bằng thép không gỉ chỉ có thể được sử dụng trong 8 đến 10 ngày trước khi chúng cần được dừng lại để sửa chữa. Kết quả thử nghiệm cho thấy titan cực kỳ chống ăn mòn trong môi trường clo ướt nhiệt độ cao, với thể tích ăn mòn hàng năm là 0,0025 mm. Việc sử dụng chất làm mát titan trong sản xuất công nghiệp clor-kiềm có thể rút ngắn quá trình làm mát và sấy khô, giảm tổn thất clo, giảm ô nhiễm môi trường và tạo điều kiện cho hoạt động ổn định của khí nén và khô.

Năm 1963, Nga bắt đầu sử dụng máy làm mát clo titan với diện tích trao đổi nhiệt là 140m2. Nó cũng sử dụng các đường ống titan để vận chuyển clo ướt, với đường kính 300 ~ 600mm và chiều dài hơn 500m. Hầu như tất cả các máy làm mát clo ướt được sử dụng trong ngành công nghiệp clor-kiềm của Nga được làm bằng titan. Công ty hóa chất đồng minh ở Hoa Kỳ sử dụng titan thay vì than chì để làm mát trong ngành công nghiệp clor-kiềm. Các ống than chì ban đầu đã bị loại bỏ sau 2 ~ 3 năm sử dụng. Máy làm mát titan 78 m2 có thể hoàn thành công suất làm mát, trong khi bộ làm mát than chì cần 140 m2.

Máy làm mát titan đầu tiên ở nước tôi được sản xuất bởi nhà máy máy hóa chất Jinxi vào năm 1965. Nó có diện tích truyền nhiệt nhỏ chỉ 16,8 m2. Từ năm 1973, các nhà máy chlor-kiềm ở Thượng Hải, Thiên Tân, Bắc Kinh, Liêu Ninh, Quảng Đông và các tỉnh và thành phố khác đã sử dụng liên tiếp các chất làm mát vỏ và ống titan với kết quả tốt. Hiện tại có hàng trăm máy làm mát vỏ và ống titan ở nước tôi.

(3) Bơm và van

Trong quá trình sản xuất clo bằng điện phân màng và điện phân thủy ngân, máy bơm titan được sử dụng trong kali hypochlorite và natri hypochlorite là kinh tế nhất. Công ty Georgia-phifek tại Hoa Kỳ sử dụng máy bơm titan để bơm dung dịch muối 85 độ chứa 270 ~ 320g/L NaCl, tinh thể NaCl và clo miễn phí hơn 0,5g/L. Tuổi thọ dịch vụ của máy bơm titan lên tới 10 năm.

Nhà máy hóa học Bắc Kinh NO . 2 sử dụng máy bơm titan 6BA-12 đúc, van dừng DG100DG và các máy bơm Titanium của máy bơm chân không gốm HTB-701L vòng trong quá trình khử clo không. Những máy bơm titan và máy thúc đẩy có tuổi thọ dài.