Anwendung von Titan in der chemischen Industrie: Chlor-Alkali
Die Chlor-Alkalikali-Industrie ist eine chemische Industrie, die durch Elektrolysierung von Salzlösungslösungen Chlor- und Ätznatronen produziert. Es hat eine Geschichte von mehr als 100 Jahren und ist auch die früheste Branche in der chemischen Industrie, um Titan zu verwenden. Die in der Chlor-Alkali-Produktion verwendeten Titan-Geräte umfassen hauptsächlich: Metallanodenelektrolyzer, Ionenmembranelektrolyseure, tubuläre Nasschlorkühler, raffinierter Sole-Vorheizen, Entchlorierungs-Turm, Chlor-Alkali-Kühlung und Waschturm, Vakuumenthlorierungspumpen und Ventile und andere Titanium-Geräte.
(1) Metallanoden
Zu den Chlor-Alkali-Produktionsprozessen gehören Quecksilberelektrolyse, Zwerchfellelektrolyse und Ionenmembranelektrolyse. In der Vergangenheit wurden Graphitanoden immer in Chlor-Alkalikali-Anoden verwendet. 1956 schlug der niederländische Henry Beer erstmals die Verwendung von Metallanoden vor, die auch als dimensional stabile Anoden (DSA) in Elektrolytzellen bekannt sind, und erhielt 1965 Patente. Dimensional stabile Anoden sind Elektroden, die mit der Platingruppe kostbarer Metalloxide auf Titaniumsubstraten beschichtet sind. 1968 realisierte Denore, ein italienisches Unternehmen, erstmals die Industrialisierung von Titananoden in der Chlor-Alkali-Branche. Um 1970 wechselten die Vereinigten Staaten, Italien, Japan, Deutschland, Frankreich und andere Länder schnell zu Metallanoden anstelle von Graphit -Anoden. In Japan wurden mehrere tausend Tonnen Titanmaterialien als Grundmaterial von Metallanoden verwendet. Die Produktion von 10.000 Tonnen Ätznatron erfordert etwa 5 Tonnen Titanmaterialien.
Mit der Entwicklung der Chlor-Alkali-Industrie meines Landes hat sich die Hauptausrüstung (Elektrolyzer) für die Produktion von Ätznatronen drei Hauptveränderungen unterzogen. Die erste Änderung war der Ersatz von horizontalen Tanks durch vertikale Panzer. In den frühen 1960er Jahren ersetzte die Verwendung von (vertikaler Adsorptionsmembran -Elektrolyzer) die traditionellen horizontalen Panzer, die die Kaustatus -Soda -Produktion meines Landes erheblich erhöhten, von 193.000 Tonnen in den Jahren 1957 auf 693.000 Tonnen im Jahr 1966 im Jahr 1966, ein Anstieg von 3,6 -mal.
Die zweite Änderung war der Ersatz von Elektrolytzellen von Graphitanoden durch elektrolytische Metallanodenzellen. In den 1970er Jahren wurden Metallanoden (DSA) verwendet, um Graphitanoden zu ersetzen. Mein Land begann 1972, Titan -Anoden in der Chemiepflanze von Shanghai Tianyuan zu testen, und testete 1973 20 m3 Metallanoden -Membran -Elektrolytzellen. 1978 führte das Land die Aufgabe der Metallanoden -Technologie -Transformation von 400.000 Tonnen Membran -Ätznatronen durch. Ab 1981 gab es 17 Chlor-Alkali-Pflanzen im Land, die insgesamt 1.217 Elektrolytzellen mit Metallanoden mit einer Membran-Metallanode-Produktionskapazität von 670.000 Tonnen Ätznatronen, die 30%% der Aaugaskapazität des Landes und 95.000 Tonnen von DSA-Kapazität von 95.000 Tonnen von Mercury-Elektrolyse bildeten. Ab 1996 gab es im Land 99 Chlor-Alkali-Pflanzen mit insgesamt 8.409 Metallanoden-Membran-Elektrolytzellen mit einer jährlichen Produktionskapazität von 4,2 Millionen Tonnen Ätznatronen, was 70% der Produktionskapazität der Aaustation des Landes ausmacht. Mit Ausnahme einiger großer Chemiepflanzen wie Tianyuan, Tianhua, Dagu -Chemikalie usw., die selbst Metallanoden -Elektrolytzellen selbst herstellen, werden die meisten von professionellen Fabriken wie chemischen Maschinenanlagen von Peking und Shanghai 4805 -Fabrik hergestellt und geliefert.
Die dritte Änderung war die Verwendung von Ionenmembranelektrolyzern. Mitte der 1980er Jahre wurde die energiesparende und effiziente Ionenmembranmethode für die Herstellung von Achsgrad Soda gefördert. Mein Land führte Ionenmembranaustatus -Soda -Technologie und -ausrüstung aus Japan und anderen Ländern ein und bildete eine Reihe von 10.000 bis 50.000 Tonnen Ausrüstung. Die Hauptausrüstung umfasst Ionmembranelektrolyse, Titananoden -Flüssigkeitszirkulationstanks, entsalzte Wassertanks, Vakuumentlorfalle, Wärmetauscher, Rohre und Pumpen usw. Titaniumausrüstung und Titan -Röhrchen werden hauptsächlich in Flüssigzirkulationssystemen, Entsalzungswassersystemen, Systemsystemen für Chlorgas und Systemen für Chlorgas verwendet. Titanpumpen werden hauptsächlich zum Transport von raffinierter Sole, Anodenzirkulationsflüssigkeit, entsalzendem Wasser und Chlorwasser verwendet. Ein Set von 10.000 Tonnen-Ausrüstungen verwendet etwa 8 Tonnen Titan. Im Juni 1986 stellte die Yanguoxia Chemical Plant erstmals die Asahi -Glass -Technologie der Japan ein und produzierte eine jährliche Produktion von 10.000 Tonnen Ätznatrongeräten. Mit Ausnahme der dreidimensionalen Elektrolyzer- und Anoden-Flüssig-Titan-Pumpe, die von Japan geliefert werden, werden die anderen 6 Titangeräte im Inland übereinstimmen und von Jinxi Chemical Machinery Plant geliefert. Bis 1990 hatten 11 Chlor-Alkali-Pflanzen Ionenmembranaustatus-Soda-Geräte mit einer Produktionskapazität von 295.000 Tonnen übernommen. Im Jahr 1995 gab es in China 27 Chlor-Alkali-Pflanzen, die Ionenmembran-Achsengustik-Soda-Geräte mit einer Produktionskapazität von 827.000 Tonnen annahmen. Im Jahr 2000 betrug die jährliche Produktionskapazität der Chlor-Alkali-Industrie meines Landes 7,5 Millionen Tonnen, 14,71 Millionen Tonnen im Jahr 2005 und 23,99 Millionen Tonnen im Jahr 2010.
In der Ionmembranelektrolyzer beträgt die Temperatur der Kathoden- und Anodenkammern etwa 90 Grad, in der Anodenkammer befindet sich eine Chlor- und Salzlösung, und in der Kathodenkammer befindet sich 30% ~ 35% ätzende Soda -Lösung. Die allgemeine Betriebsstromdichte des Ionenmembranelektrolyseers beträgt 30 ~ 40a/dm?. Unter solchen harten Arbeitsbedingungen müssen bei der Entwerfen des Elektrolyzer die Materialverbrauch und die Antikorrosionsstruktur des Elektrolyseers vollständig berücksichtigt werden. Für den Anodenteil des Ionenmembranelektrolyseers (in Bezug auf den Anode und den Teil in Kontakt mit der Anodeflüssigkeit) haben alle Länder der Welt Titanmetall (oder korrosionsresistente Titanlegierung) mit gutem Korrosionsbeständigkeit in der Anodenflüssigkeit ohne Ausnahme gewählt.
Das Folgende ist ein schematisches Diagramm einer Ionenaustauschmembran für ätzendes Soda. Wie in der Abbildung gezeigt, werden zwei Elektroden durch eine Ionenaustauschmembran getrennt. Salzwasser wird von einer Seite hinzugefügt und reines Wasser wird von der anderen Seite hinzugefügt. Nach dem Durchgang des Stroms wird Chlor von der Anodenseite und Wasserstoff von der Kathodenseite erzeugt. Die Ionenmembran ermöglicht es nur Natriumionen, so dass Natriumhydroxid von der Kathodenseite hergestellt wird.
Zusätzlich zur Hauptausrüstung der Elektrolytzelle der Ionenmembran -Ätznatronanlage sind die Hauptteile, in denen Titanausrüstung verwendet wird,: Sole -System - Flüssigkeitsspiegelmesser; Anodenflüssigkeitssystem - Anodenflüssigkeitstank und Chlorwäschel; Entchlorungsturm, Entlastungslake, Verteiler, Instrumentenkühler; Natriumhypochloritsystem - Kühlung, Absorptionsturm, Verteiler; Chlorsystem - Nasser Chlorkühler; und Schädlingskontrollsystem - Wärmetauscher und Schädlingssteuerlüfter.
(2) Nasser Chlorkühler
Beim Elektrolyzieren von Salz zur Herstellung von Ätznatronen wird eine große Menge heißes Nassechlor erzeugt, was erst nach dem Abkühlen und Trocknen verwendet werden kann. Es gibt zwei Möglichkeiten, heißes nasses Chlor zu kühlen: direktes Wassersprühen und indirekte Kühlung mit einem Rohrkühler. Die direkte Kühlung erzeugt nicht nur eine große Menge an Chlorhaltiges Chlorwasser, die die Umwelt ernsthaft verschmutzt, sondern auch große Chlorverluste, hohen Schwefelsäureverbrauch und schlechte Workshop-Arbeitsbedingungen verursachen. Indirekte Kühler bestehen aus Graphitkühler, Glasrohrkühler, Keramikkühler, Kunststoffkühler usw., aber sie haben viele Probleme wie schlechte Korrosionsbeständigkeit, leicht zu brechen und leicht zu altern. Indirekte Kühler aus rostfreiem Stahl können nur 8 bis 10 Tage lang verwendet werden, bevor sie zur Reparatur angehalten werden müssen. Die Testergebnisse zeigen, dass Titan in einer hochtemperaturen nassen Chlor-Umgebung mit einem jährlichen Korrosionsvolumen von 0,0025 mm extrem korrosionsresistent ist. Die Verwendung von Titankühler in der industriellen Produktion von Chlor-Alkali kann den Kühl- und Trocknungsprozess verkürzen, Chlorverluste reduzieren, die Umweltverschmutzung verringern und Bedingungen für den stabilen Betrieb von Druckgas und hoher Trockenheit schaffen.
1963 begann Russland, Titan -Chlorkühler mit einer Wärmeaustauschfläche von 140 m² zu verwenden. Es verwendete auch Titan -Pipelines zur Vermittlung von Nasschlor mit einem Durchmesser von 300 ~ 600 mm und einer Länge von mehr als 500 m. Fast alle in der Russlands Chlor-Alkali-Industrie verwendeten nassen Chlorkühler bestehen aus Titan. Allied Chemical Company in den USA verwendet Titan anstelle von Graphit, um Kühler in der Chlor-Alkali-Industrie herzustellen. Die ursprünglichen Graphitrohre wurden nach 2 ~ 3 Jahren Verwendung verschrottet. Ein 78 m² großer Titankühler kann die Kühlkapazität ausfüllen, während ein Graphitkühler 140 m² benötigt.
Der erste Titankühler in meinem Land wurde 1965 von Jinxi Chemical Machinery Factory hergestellt. Es hatte einen kleinen Wärmeübertragungsbereich von nur 16,8 m². Seit 1973 haben Chlor-Alkali-Pflanzen in Shanghai, Tianjin, Peking, Liaoning, Guangdong und anderen Provinzen und Städten nacheinander Titan-Schalenkühler mit guten Ergebnissen eingesetzt. Derzeit gibt es in meinem Land Hunderte von Titanschalenkühler.
(3) Pumpen und Ventile
Bei der Produktion von Chlor durch Membranelektrolyse und Quecksilberelektrolyse sind die in Kaliumhypochlorit und Natriumhypochlorit verwendeten Titanpumpen am wirtschaftlichsten. Die Georgia-Phifek Company in den USA verwendet Titanpumpen, um eine 85-Grad-Salzlösung mit 270 ~ 320 g/l NaCl, NaCl-Kristallen und mehr als 0,5 g/l freiem Chlor zu pumpen. Die Lebensdauer der Titanpumpe beträgt bis zu 10 Jahre.
Peking Chemical Plant no . 2 Verwendet Guss-Titan 6BA-12-Pumpen, DG100DG-Stoppventile und Titan-Impreise von HTB-701L-Wasserring-Keramik-Vakuumpumpen im neuen Vakuumentkohllorterationsprozess. Diese Titanpumpen und Anzieher haben eine lange Lebensdauer.
