Titāna pielietojums ķīmiskajā rūpniecībā: hlora-sārmeņi

Hlora-sārmu rūpniecība ir ķīmiska rūpniecība, kas ražo hloru un kaustisko soda, elektrolizējot sālījumu šķīdumus. Tā vēsture ir bijusi vairāk nekā 100 gadu, un tā ir arī agrākā rūpniecība ķīmiskajā rūpniecībā, lai izmantotu titānu. Titāna aprīkojums, ko izmanto hlor-sārmu ražošanā, galvenokārt ietilpst: metāla anoda elektrolizers, jonu membrānas elektrolizers, cauruļveida mitrs hlors dzesētājs, rafinēts sālījuma uzkarsējs, dechlorēšanas tornis, hlora-sārmu dzesēšanas un mazgāšanas tornis, vakuuma dechlorēšanas sūkņi un vārsti un cita titāna iekārta.

(1) Metāla anodi

Hlor-sārmu ražošanas procesi ietver dzīvsudraba elektrolīzi, diafragmas elektrolīzi un jonu membrānas elektrolīzi. Agrāk hlor-sārmu anodos vienmēr ir izmantoti grafīta anodi. 1956. gadā holandietis Henrijs Bērs vispirms ierosināja izmantot metāla anodus, kas elektrolītiskos šūnās pazīstami arī kā dimensionāli stabili anodi (DSA), un 1965. gadā iegūtie patenti. 1968. gadā Denore, Itālijas uzņēmums, vispirms realizēja titāna anodu industrializāciju hlora-sārmu nozarē. Ap 1970. gadu Amerikas Savienotās Valstis, Itālija, Japāna, Vācija, Francija un citas valstis ātri pārgāja uz metāla anodiem, nevis grafīta anodiem. Japānā kā metāla anodu pamatmateriāls ir izmantoti vairāki tūkstoši titāna materiālu. 10 000 tonnu kaustiskās sodas ražošanai ir vajadzīgas apmēram 5 tonnas titāna materiālu.

Attīstoties manas valsts hlora-sārmu rūpniecībai, galvenās iekārtas (elektrolizers) kaustiskās sodas ražošanai ir piedzīvojušas trīs galvenās izmaiņas. Pirmās izmaiņas bija horizontālo tvertņu ar vertikālām tvertnēm nomaiņa. Sešdesmito gadu sākumā (vertikālā adsorbcijas diafragmas elektrolizera) izmantošana aizstāja tradicionālās horizontālās tvertnes, kas ievērojami palielināja manas valsts kaustiskās sodas ražošanu, no 193 000 tonnām 1957. gadā līdz 693 000 tonnām 1966. gadā, kas palielinājās par 3,6 reizes.

Otrās izmaiņas bija grafīta anoda elektrolītisko šūnu aizstāšana ar metāla anoda elektrolītiskajām šūnām. Grafīta anodes aizstāšanai tika izmantoti 70. gados metāla anodi (DSA). Mana valsts sāka pārbaudīt titāna anodus Šanhajas Tianyuan ķīmiskajā augā un Tianjin ķīmiskajā augā 1972. gadā un sāka pakāpeniski izmantot 20 m3 metāla anoda diafragmas elektrolītiskās šūnas. Kopš 1974. gada. Kopš 1974. gada 30 m3 metāla anoda elektrolītiskās šūnas tika pakāpeniski izmantotas. 1978. gadā valsts veica metāla anoda tehnoloģijas pārveidošanas uzdevumu 400 000 tonnu diafragmas kaustiskās sodas. Sākot ar 1981. gadu, valstī bija 17 hlor-alkali augi, izmantojot kopumā 1 217 metāla anoda elektrolītiskās šūnas, veidojot diafragmas metāla anoda gada ražošanas jaudu 670 000 tonnu kaustiskās sodas, 30% no valsts kaustiskās sodas ražošanas jaudas, un 95 000 tonnas dzīvsudraba elektrolīzes ietilpības, izmantojot DSA. Sākot ar 1996. gadu, valstī bija 99 hlor-alkali augi ar kopumā 8 409 metāla anoda diafragmas elektrolītiskajām šūnām ar gada ražošanas jaudu 4,2 miljoni tonnu kaustiskās sodas, kas veido 70% no valsts kaustiskās sodas ražošanas jaudas. Izņemot dažus lielus ķīmiskus augus, piemēram, Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical utt., Kas paši ražo metāla anoda elektrolītiskās šūnas, lielāko daļu no tām ražo un piegādā profesionālas rūpnīcas, piemēram, Pekinas ķīmiskās mašīnas augs un Šanhajas 4805 rūpnīca.

Trešās izmaiņas bija jonu membrānas elektrolizeru izmantošana. Astoņdesmito gadu vidū tika veicināta enerģijas taupīšanas un efektīva jonu membrānas metode, lai iegūtu kaustisko sodu. Mana valsts iepazīstināja ar jonu membrānas kaustisko sodas tehnoloģiju un aprīkojumu no Japānas un citām valstīm, veidojot 10 000 līdz 50 000 tonnu aprīkojuma sēriju. Galvenajā aprīkojumā ietilpst jonu membrānas elektrolizeri, titāna anoda šķidruma cirkulācijas tvertnes, atsāļotas ūdens tvertnes, vakuuma dehlorēšanas torņi, siltummaiņa, cauruļvadi un sūkņi utt. Titāna aprīkojums un titāna caurules galvenokārt izmanto anoda šķidruma cirkulācijas sistēmās, cirkulācijas ūdens sistēmas, kas ir cirkulācijas sistēmas. Titāna sūkņi galvenokārt tiek izmantoti rafinēta sālījuma, anoda cirkulējošā šķidruma, atsāļota ūdens un hlora ūdens pārvadāšanai. 10 000 tonnu līmeņa aprīkojuma komplekts izmanto apmēram 8 titāna titāna. 1986. gada jūnijā Yanguoxia Chemical rūpnīca pirmo reizi iepazīstināja ar Japānas Asahi stikla tehnoloģiju, un tajā bija 10 000 tonnu kaustiskā sodas aprīkojuma ražošana. Izņemot trīsdimensiju elektrolizatoru un anoda šķidruma titāna sūkni, ko piegādā Japāna, pārējie 6 titāna aprīkojums ir visi iekšzemē saskaņoti un piegādāti Jinxi Chemical Machinery rūpnīca. Līdz 1990. gadam 11 hlora-sārmu augi bija pieņēmuši jonu membrānas kaustisko sodas aprīkojumu ar ražošanas jaudu 295 000 tonnu. 1995. gadā Ķīnā bija 27 hlor-sārmu augi, kas pieņēma jonu membrānas kaustisko sodas aprīkojumu ar ražošanas jaudu 827 000 tonnu. 2000. gadā manas valsts hlor-sārmu rūpniecības kaustiskās sodas ražošanas jauda bija 7,5 miljoni tonnu, 14,71 miljoni tonnu 2005. gadā un 23,99 miljoni tonnu 2010. gadā.

Jonu membrānas elektrolīterā katoda un anoda kameru temperatūra ir aptuveni 90 grādu, anoda kamerā ir hlors un sāls šķīdums, un katoda kamerā ir 30% ~ 35% kaustiskā sodas šķīduma. Jonu membrānas elektrolizatora vispārējais darbības strāvas blīvums ir 30 ~ 40A/DM?. Šādos skarbos darba apstākļos, izstrādājot elektrolizatoru, ir pilnībā jāapsver elektrolizētāja materiāla izmantošana un pretkorozijas struktūra. Jonu membrānas elektrolītra anoda daļai (atsaucoties uz anodu un daļu, kas atrodas saskarē ar anoda šķidrumu), visas pasaules valstis ir izvēlējušās titāna metālu (vai ar koroziju izturīgu titāna sakausējumu) ar labu korozijas pretestību anoda šķidrumā bez izņēmuma.

Šis ir jonu apmaiņas membrānas shematiska diagramma pret kaustisko soda. Kā parādīts attēlā, divus elektrodus atdala ar jonu apmaiņas membrānu. No vienas puses pievieno sālsūdeni un no otras puses pievieno tīru ūdeni. Pēc strāvas ejot cauri, hlors tiek ražots no anoda puses un ūdeņradis tiek ražots no katoda puses. Jonu membrāna ļauj iziet tikai nātrija jonus, tāpēc nātrija hidroksīds tiek ražots no katoda puses.

Papildus galvenajai jonu membrānas kaustiskās sodas rūpnīcas elektrolītiskajai šūnai, galvenās daļas, kur tiek izmantots titāna aprīkojums, ir: sālījumu sistēma - šķidruma līmeņa mērītājs; anoda šķidruma sistēma - anoda šķidruma tvertne un hlora skruberis; Dechlorinācijas tornis, dechlorinācijas sālījuma izplatītājs, instrumentu dzesētājs; nātrija hipohlorīta sistēma - dzesēšana, absorbcijas tornis, izplatītājs; hlora sistēma - mitra hlora dzesētājs; un kaitēkļu apkarošanas sistēma - siltummainis un kaitēkļu kontroles ventilators.

(2) Mitra hlora dzesētājs

Kad elektrolizē sāli, lai iegūtu kaustisko soda, tiek izveidots liels daudzums karsta mitra hlora, ko var izmantot tikai pēc dzesēšanas un žāvēšanas. Ir divi veidi, kā atdzesēt karstu mitru hloru: tieša ūdens izsmidzināšana un netieša dzesēšana, izmantojot caurules dzesētāju. Tieša dzesēšana rada ne tikai lielu daudzumu hloru saturoša hlora ūdens, kas nopietni piesārņo vidi, bet arī izraisa lielus hlora zudumus, lielu sērskābes patēriņu un sliktus darbnīcas darba apstākļus. Netiešie dzesētāji ir izgatavoti no grafīta dzesētājiem, stikla cauruļu dzesētājiem, keramikas dzesētājiem, plastmasas dzesētājiem utt., Bet viņiem visiem ir daudz problēmu, piemēram, slikta izturība pret koroziju, viegli salauztiem un viegli novecojami. Nerūsējošā tērauda netiešos dzesētājus var izmantot tikai 8 līdz 10 dienas, pirms tie ir jāpārtrauc remontam. Pārbaudes rezultāti rāda, ka titāns ir ārkārtīgi izturīgs pret koroziju augstas temperatūras mitrā hlora vidē ar gada korozijas tilpumu 0,0025 mm. Titāna dzesētāju izmantošana hlora-sārmu rūpnieciskajā ražošanā var saīsināt dzesēšanas un žāvēšanas procesu, samazināt hlora zudumus, samazināt vides piesārņojumu un radīt apstākļus saspiestas gāzes un augsta sausuma stabilai darbībai.

1963. gadā Krievija sāka lietot titāna hlora dzesētājus ar siltuma apmaiņas laukumu 140 kvadrātmetru platībā. Mitra hlora nodošanai tika izmantoti arī titāna cauruļvadi ar diametru 300 ~ 600 mm un garumu vairāk nekā 500 m. Gandrīz visi mitrie hlora dzesētāji, ko izmanto Krievijas hlora-sārmu rūpniecībā, ir izgatavoti no titāna. Sabiedroto ķīmisko vielu uzņēmums Amerikas Savienotajās Valstīs grafīta vietā izmanto titānu, lai iegūtu dzesētājus hlor-sārmu rūpniecībā. Sākotnējās grafīta caurules tika nodotas metāllūžņos pēc 2 ~ 3 gadu lietošanas. 78 kv.m titāna dzesētājs var pabeigt dzesēšanas jaudu, savukārt grafīta dzesētājam ir nepieciešami 140 kv.m.

Pirmo titāna dzesētāju manā valstī 1965. gadā ražoja Jinxi Chemical Machinery Factory. Tam bija neliels siltuma pārneses laukums tikai 16,8 kv. Kopš 1973. gada hlor-sārmu augi Šanhajā, Tjandzjīnā, Pekinā, Liaoningā, Guangdongā un citās provincēs un pilsētās ir secīgi izmantoti titāna čaumalas un caurules dzesētāji ar labiem rezultātiem. Pašlaik manā valstī ir simtiem titāna čaumalas un caurules dzesētāju.

(3) sūkņi un vārsti

Hlora ražošanā ar membrānas elektrolīzi un dzīvsudraba elektrolīzi titāna sūkņi, ko izmanto kālija hipohlorītā un nātrija hipohlorītā, ir visekonomiskākie. Gruzijas un Phifeka uzņēmums Amerikas Savienotajās Valstīs izmanto titāna sūkņus, lai sūknētu 85 grādu sāls šķīdumu, kas satur 270 ~ 320 g/L NaCl, NaCl kristālus un vairāk nekā 0,5 g/l bezmaksas hloru. Titāna sūkņa kalpošanas laiks ir līdz 10 gadiem.

Pekinas ķīmiskā auga Nr. . 2 Izmanto cast titanium 6ba-12 sūkņus, DG100DG apturēšanas vārstus un titāna lāpstiņriteņus no HTB-701L ūdens gredzena keramikas vakuuma sūkņiem jaunajā vakuuma dechlorēšanas procesā. Šiem titāna sūkņiem un lāpstiņriteņiem ir ilgs kalpošanas laiks.