יישום טיטניום בתעשייה הכימית: כלור-אלקלי

תעשיית הכלור-אלקלי היא תעשייה כימית המייצרת סודה כלור וקאוסטי על ידי פתרונות מלח אלקטרוליזציה. יש לו היסטוריה של יותר ממאה שנה והיא גם התעשייה המוקדמת ביותר בתעשייה הכימית להשתמש בטיטניום. ציוד הטיטניום המשמש בייצור כלור-אלקאלי כולל בעיקר: אלקטרוליזר אנודה מתכתית, אלקטרוליזר ממברנה יון, קירור כלור רטוב צינורי, מגדל מראש מלח, מגדל דה-כלור, קירור כלור-אלקאלי ומגדל כביסה, משאבות דהורציה ואקום ומשאבות שסתום אחר.

(1) אנודות מתכת

תהליכי הייצור של כלור-אלקלי כוללים אלקטרוליזה של כספית, אלקטרוליזה סרעפתית ואלקטרוליזה של קרום יון. בעבר, אנודות גרפיט שימשו מאז ומתמיד באנודות כלור-אלקלי. בשנת 1956 הציע ההולנדי הנרי באר לראשונה את השימוש באנודות מתכתיות, הידועות גם כאנודות יציבות ממדיות (DSA) בתאים אלקטרוליטיים, והשיגו פטנטים בשנת 1965. אנודות יציבות ממדיות הן אלקטרודות מצופות בקבוצת פלטינה תחמוצות מתכת יקרות על מצע טיטניום. בשנת 1968, דנור, חברה איטלקית, הבין לראשונה את התיעוש של אנודות טיטניום בתעשיית כלור-אלקלי. בסביבות 1970, ארצות הברית, איטליה, יפן, גרמניה, צרפת ומדינות אחרות עברו במהירות לאנודות מתכת במקום אנודות גרפיט. ביפן שימשו כמה אלפי טונות של חומרי טיטניום כחומר הבסיס של אנודות מתכת. ייצור של 10,000 טונות של סודה קאוסטית דורש כ -5 טונות של חומרי טיטניום.

עם פיתוח תעשיית כלור-אלקלי במדינה שלי, הציוד העיקרי (Electrolyzer) לייצור סודה קאוסטי עבר שלושה שינויים עיקריים. השינוי הראשון היה החלפת טנקים אופקיים עם טנקים אנכיים. בתחילת שנות השישים השימוש ב (סרע ספיחה אנכית, אלקטרוליזר) החליף את הטנקים האופקיים המסורתיים, שהגדילו מאוד את ייצור הסודה הקאוסטית של ארצי, מ -193,000 טון בשנת 1957 ל 693,000 טון בשנת 1966, עלייה של 3.6 פעמים.

השינוי השני היה החלפת תאים אלקטרוליטיים של אנודה גרפיט עם תאים אלקטרוליטיים של אנודה מתכתית. בשנות השבעים שימשו אנודות מתכת (DSA) להחלפת אנודות גרפיט. המדינה שלי החלה לבדוק אנודות טיטניום בצמח הכימי של שנחאי טיאניואן ובצמח הכימי של טיאנג'ין בשנת 1972, והחלה לבדוק 20M3 תאים אלקטרוליטיים של אנודה אנודה מתכתית בשנת 1973. מאז 1974 נעשה שימוש בהדרגה בתאים אלקטרוליטיים של אנודה מתכתית. בשנת 1978 ביצעה המדינה את המשימה של טרנספורמציה של טכנולוגיית אנודה מתכתית של 400,000 טונות של סודה קוסטית סרעפתית. החל משנת 1981, היו 17 מפעלי כלור-אלקלי במדינה באמצעות סך הכל 1,217 תאים אלקטרוליטיים של אנודה מתכתית, ויצרו יכולת ייצור שנתית של אנודה מתכתית של 670,000 טון של סודה קאוסטית, מהווים 30% מיכולת הייצור הסודה של המדינה, ו 95,000 טונס של תחשמל דו-קורי. החל משנת 1996 היו במדינה 99 צמחי כלור-אלקלי עם סך הכל 8,409 תאים אלקטרוליטיים של דיאפרגמה אנודה מתכתית, עם כושר ייצור שנתי של 4.2 מיליון טון סודה קאוסטית, המהווים 70% מכושר הייצור הסודה הקאוסטי במדינה. פרט לכמה צמחים כימיים גדולים כמו טיאניואן, טיאנהואה, דאגו כימיקל וכו ', המייצרים תאים אלקטרוליטיים של אנודה מתכת עצמם, רובם מיוצרים ומסופקים על ידי מפעלים מקצועיים כמו מפעל מכונות כימיות של בייג'ינג ומפעל של שנגחאי 4805.

השינוי השלישי היה השימוש באלקטרוליזרים של קרום יון. באמצע שנות השמונים הוקדמה שיטת קרום היון החוסכת באנרגיה ויעילה לייצור סודה קאוסטית. המדינה שלי הציגה טכנולוגיית סודה קוסטית של קרום יון ומדידות מיפן ומדינות אחרות, ויצרו סדרה של 10,000 עד 50,000 טון ציוד. הציוד העיקרי כולל אלקטרוליזרים ממברנה של יון, מיכלי זרימת נוזלים של אנודה טיטניום, מיכלי מים מפוקלים, מגדלי דה -כלור, מחליפי חום, צינורות ומשאבות וכו '. ציוד טיטניום וצינורות טיטניום משמשים בעיקר במערכות זרימת נוזלים, מערכות זרימת נוזל, מערכות דהורן, מערכות משלוחי כלורין. משאבות טיטניום משמשות בעיקר להובלת מלח מעודן, אנודה המסתובבת בנוזל, מים מפוזרים ומי כלור. קבוצה של ציוד ברמה של 10,000 טון משתמשת בכ- 8 טון טיטניום. ביוני 1986 הציג את מפעל הכימיקלים של ינגוקסיה לראשונה, עם ייצור שנתי של 10,000 טונות של ציוד סודה קאוסטי. פרט למשאבת האלקטרוליזר התלת מימדי ואנודה משאבת טיטניום נוזלי המסופק על ידי יפן, 6 ציוד הטיטניום האחרים מתאימים ומסופקים על ידי מפעל מכונות כימיות של ג'ינשי. עד 1990 אימצו 11 מפעלי כלור-אלקלי ציוד סודה קאוסטי קרום יון, עם כושר ייצור של 295,000 טון. בשנת 1995 היו בסין 27 מפעלי כלור-אלקלי באימוץ ציוד סודה קאוסטי קרום יון, עם כושר ייצור של 827,000 טון. בשנת 2000, יכולת הייצור השנתית של סודה סודה של תעשיית כלור-אלקלי במדינה שלי הייתה 7.5 מיליון טון, 14.71 מיליון טון בשנת 2005, ו 23.99 מיליון טון בשנת 2010.

באלקטרוליזר קרום היון, הטמפרטורה של תאי הקתודה ואנודה היא בערך 90 מעלות, יש תמיסת כלור ומלח בתא האנודה, ויש 30% ~ 35% תמיסת סודה קאוסטית בתא הקתודה. צפיפות זרם ההפעלה הכללית של האלקטרוליזר ממברנה היון היא 30 ~ 40a/dm?. בתנאי עבודה קשים כאלה, יש לקחת בחשבון את השימוש בחומרים ומבנה אנטי-קורוזיה של האלקטרוליזר בעת תכנון האלקטרוליזר. עבור החלק האנודה של האלקטרוליזר ממברנה היון (בהתייחס לאנודה ולחלק במגע עם נוזל האנודה), כל המדינות בעולם בחרו במתכת טיטניום (או סגסוגת טיטניום עמידה בפני קורוזיה) עם עמידות בפני קורוזיה טובה בנוזל האנודה ללא יוצא מן הכלל.

להלן תרשים סכמטי של קרום חילופי יונים לסודה קאוסטית. כפי שמוצג באיור, שתי אלקטרודות מופרדות על ידי קרום חילופי יונים. מי מלח מתווספים מצד אחד ומתווספים מים טהורים מהצד השני. לאחר שהזרם עובר, כלור מיוצר מצד האנודה ומימן מיוצר מצד הקתודה. קרום היון מאפשר לעבור רק יוני נתרן, ולכן נתרן הידרוקסיד מיוצר מצד הקתודה.

בנוסף לציוד הראשי התא האלקטרוליטי של מפעל סודה קאוסטי קרום יון, החלקים העיקריים שבהם משתמשים בציוד טיטניום הם: מערכת מלח - מד מפלס נוזלי; מערכת נוזל אנודה - מיכל נוזל אנודה ושקרון כלור; מגדל Dechlorination, מפיץ מלח מלח, צידני מכשירים; מערכת נתרן היפוכלוריט - קירור, מגדל ספיגה, מפיץ; מערכת כלור - מקרר כלור רטוב; ומערכת הדברה - מחליף חום ומאוורר הדברה.

(2) מקרר כלור רטוב

כאשר מלח אלקטרוליזה לייצור סודה קאוסטית, נוצרת כמות גדולה של כלור רטוב חם, שניתן להשתמש בה רק לאחר קירור וייבוש. ישנן שתי דרכים לקרר כלור רטוב חם: ריסוס מים ישירים וקירור עקיף באמצעות מקרר צינור. קירור ישיר לא רק מייצר כמות גדולה של מי כלור המכילים כלור, המזהמים ברצינות את הסביבה, אלא גם גורמים לאובדן כלור גדול, צריכת חומצה גופרתית גבוהה ותנאי עבודה ירודים בסדנה. מקררים עקיפים עשויים מקרר גרפיט, מקררי צינורות זכוכית, מקררי קרמיקה, מקררי פלסטיק וכו ', אך לכולם יש בעיות רבות כמו עמידות בפני קורוזיה לקויה, קל לשבירה וקל לגיל. ניתן להשתמש במקררים עקיפים נירוסטה רק 8 עד 10 ימים לפני שהם צריכים להפסיק לתיקון. תוצאות הבדיקה מראות כי טיטניום עמיד בפני קורוזיה במיוחד בסביבת כלור רטובה בטמפרטורה גבוהה, עם נפח קורוזיה שנתי של 0.0025 מ"מ. השימוש במקררי טיטניום בייצור תעשייתי של כלור-אלקלי יכול לקצר את תהליך הקירור והייבוש, להפחית את הפסדי הכלור, להפחית את הזיהום הסביבתי וליצור תנאים להפעלה יציבה של גז דחוס ויובש גבוה.

בשנת 1963 החלה רוסיה להשתמש במקררי כלור טיטניום עם שטח חילופי חום של 140 מ"ר. הוא השתמש גם בצינורות טיטניום להעברת כלור רטוב, בקוטר של 300 ~ 600 מ"מ ואורך של יותר מ- 500 מ '. כמעט כל מקררי הכלור הרטובים המשמשים בתעשיית הכלור-אלקלי ברוסיה עשויים טיטניום. חברת Allied Chemical Company בארצות הברית משתמשת בטיטניום במקום בגרפיט כדי להפוך מקררים בתעשיית הכלור-אלקלי. צינורות הגרפיט המקוריים נחרטו לאחר 2 ~ 3 שנות שימוש. מצנן טיטניום של 78 מ"ר יכול להשלים את יכולת הקירור, ואילו מצנן גרפיט דורש 140 מ"ר.

מקרר הטיטניום הראשון בארצי יוצר על ידי מפעל המכונות הכימיקלים של ג'ינשי בשנת 1965. היה לו שטח העברת חום קטן של 16.8 מ"ר בלבד. מאז 1973, צמחי כלור-אלקלי בשנגחאי, טיאנג'ין, בייג'ינג, ליאונינג, גואנגדונג ובפרובינציות וערים אחרות השתמשו ברציפות של מקררות פגז וצינור טיטניום עם תוצאות טובות. כיום ישנם מאות מקררי פגז וצינור טיטניום.

(3) משאבות ושסתומים

בייצור כלור על ידי אלקטרוליזה ממברנה ואלקטרוליזה של כספית, משאבות הטיטניום המשמשות באשלגן היפוכלוריט ובנתרן היפוכלוריט הן החסכוניות ביותר. חברת ג'ורג'יה-פייפק בארצות הברית משתמשת במשאבות טיטניום כדי לשאוב תמיסת מלח של 85 מעלות המכילה 270 ~ 320 גרם/ליטר NaCl, גבישי NaCl ויותר מ- 0.5 גרם/ליטר כלור חינם. חיי השירות של משאבת הטיטניום הם עד 10 שנים.

צמח כימי של בייג'ינג לא . 2 משתמש במשאבות טיטניום 6BA-12 יצוק, שסתומי עצירה DG100DG ומכפפות טיטניום של משאבות ואקום קרמיקה של טבעת מים HTB-701L בתהליך הדחיקה החדש של הוואקום. משאבות ומדביקים אלה של טיטניום יש חיי שירות ארוכים.