Uporaba titana v kemični industriji - kloralkalije

Kovinska anoda
Proizvodni procesi kloralkalije vključujejo elektrolizo živega srebra, membransko elektrolizo in ionsko membransko elektrolizo. V preteklosti so se grafitne anode vedno uporabljale kot kloralkalne anode. Leta 1956 je Nizozemec H. Beer prvi predlagal uporabo kovinskih anod, znanih tudi kot dimenzijsko stabilne anode (DSA), v elektrolitskih celicah. Leta 1965 je pridobil patent, velikostno stabilna anoda pa je elektroda, prevlečena z oksidi plemenitih kovin platinske skupine na titanovem substratu. Leta 1968 je podjetje DeNore v Italiji prvič doseglo industrializacijo titanovih anod v kloralkalni industriji. Okoli leta 1970 so države, kot so ZDA, Italija, Japonska, Nemčija in Francija, hitro prešle na uporabo kovinskih anod namesto grafitnih anod. Na Japonskem je že na tisoče ton titanovih materialov, ki se uporabljajo kot podlaga za kovinske anode, proizvodnja 10.000 ton kavstične sode pa zahteva približno 5 ton titanovih materialov.
Razvoj kitajske kloralkalne industrije je doživel tri velike spremembe v glavni opremi (elektrolitski celici) za proizvodnjo kavstične sode. Prva preobrazba je bila zamenjava vodoravnih rezervoarjev z navpičnimi rezervoarji. V zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja so tradicionalne horizontalne rezervoarje zamenjali z rezervoarji za elektrolizo z vertikalno adsorpcijsko membrano, kar je močno povečalo proizvodnjo kavstične sode na Kitajskem s 193000 ton leta 1957 na 693000 ton leta 1966, kar je 3,6-kratno povečanje.
Druga preobrazba je bila zamenjava grafitnih anodnih elektroliznih celic s kovinskimi anodnimi elektroliznimi celicami. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so za zamenjavo grafitnih anod uporabljali kovinske anode (DSA). Kitajska je leta 1972 začela izvajati poskuse s titanovo anodo v šanghajski kemični tovarni Tianyuan in kemični tovarni Tianjin, leta 1973 pa je začela testirati 20m? Preskus elektrolitske celice z diafragmo kovinske anode, postopoma s 30 m od leta 1974? Elektrolitska celica s kovinsko anodo. Leta 1978 je država izvedla nalogo preoblikovanja tehnologije kovinske anode za 400.000 ton diafragme kavstične sode. Od leta 1981 je bilo na Kitajskem 17 kloralkalijskih obratov, ki so uporabljali skupno 1217 elektroliznih celic s kovinsko anodo, ki tvorijo zmogljivost 670000 ton kavstične sode letno, proizvedene z diafragmno metodo kovinske anode, kar predstavlja 30 % nacionalne proizvodnje kavstične sode. zmogljivost. Poleg tega je bila z DSA dosežena skupno 95000 ton zmogljivosti elektrolize živega srebra. Od leta 1996 je bilo na Kitajskem skupaj 99 kloralkalijskih obratov s skupno 8409 elektrolitskimi celicami s kovinsko anodo in diafragmo, z letno proizvodno zmogljivostjo 4,2 milijona ton kavstične sode, kar predstavlja 70 % nacionalne proizvodne zmogljivosti kavstične sode. . Razen nekaj velikih kemičnih tovarn, kot so Tianyuan, Tianhua in Daguhua, večino rezervoarjev za elektrolizo s kovinsko anodo proizvajajo in dobavljajo profesionalne tovarne, kot sta Beijing Chemical Machinery Factory in Shanghai 4805 Factory.
Tretja transformacija je bila uporaba elektrolizatorjev z ionsko izmenjevalno membrano. Sredi-1980 prejšnjega stoletja so za proizvodnjo kavstične sode promovirali energetsko varčne in učinkovite metode ionske izmenjevalne membrane. Kitajska je uvedla tehnologijo in opremo za ionsko izmenjevalno membrano kavstične sode iz Japonske in drugih držav, ki tvorijo serijo enot od 10.000 do 50.000 ton. Glavna oprema vključuje elektrolizerje z ionsko izmenjevalno membrano, rezervoarje za kroženje tekočine iz titanove anode, rezervoarje za razredčeno slano vodo, stolpe za vakuumsko dekloriranje, toplotne izmenjevalnike, cevi in ​​ventile črpalke. Oprema in cevi iz titana se večinoma uporabljajo v sistemih kroženja anodne tekočine, sistemih za razredčeno slanico, sistemi za dekloriranje, sistemi za transport mokrega klorovega plina in sistemi za kroženje klorove vode. Črpalke iz titana se večinoma uporabljajo za transport rafinirane slanice, tekočine za kroženje anode, razredčene slanice in klorirane vode. Komplet 10.000 ton težke opreme zahteva približno 8 ton titana. Junija 1986 je kemična tovarna Yanguoxia prvič predstavila japonsko tehnologijo Asahi in proizvedla letno proizvodnjo 10.000 ton opreme za kavstično sodo. Razen tridimenzionalne posode za elektrolizo in črpalke za anodno tekočino iz titana, ki ju je dobavila Japonska, je bilo ostalih šest titanovih naprav doma usklajenih in jih je dobavila tovarna Jinxi Chemical Machinery Factory. Do leta 1990 je 11 kloralkalijskih obratov uporabilo enote za kavstično sodo z ionsko membrano s proizvodno zmogljivostjo 295000 ton. Leta 1995 je skupno 27 kloralkalijskih obratov na Kitajskem sprejelo enote za kavstično sodo z ionsko membrano s proizvodno zmogljivostjo 827000 ton. Letna proizvodna zmogljivost kavstične sode v kitajski kloralkalni industriji je bila leta 2000 7,5 milijona ton, leta 2005 14,71 milijona ton in leta 2010 23,99 milijona ton.
V elektrolizni celici z ionsko izmenjevalno membrano je temperatura katodnih in anodnih komor okoli 90 stopinj. Anodna komora vsebuje plinasti klor in raztopino soli, medtem ko katodna komora vsebuje raztopino kavstične sode s koncentracijo 30%~35%. Celica za elektrolizo z ionsko izmenjevalno membrano na splošno deluje z gostoto toka 30-40A/dm?. V tako težkih delovnih pogojih je treba pri načrtovanju v celoti upoštevati uporabo materiala in protikorozijsko strukturo elektrolitske celice. Anodni del (nanaša se na anodo in del, ki je v stiku z anodno raztopino) elektrolizatorjev z ionsko izmenjevalno membrano so brez izjeme izbrale države po vsem svetu kot kovinski titan (ali proti koroziji odporno titanovo zlitino) z dobro odpornostjo proti koroziji v anodna raztopina.
Shematski diagram ionsko izmenjevalne membrane za kavstično sodo je prikazan na sliki 2-4. Dve elektrodi sta izolirani z uporabo ionsko izmenjevalnih membran, z dodano slano vodo na eni strani in čisto vodo na drugi strani. Po prehodu toka se na strani anode ustvari plin klor, na strani katode pa plin vodik. Ionske membrane prepuščajo samo prehod natrijevih ionov, zato na katodni strani nastaja natrijev hidroksid.
Poleg glavne opreme naprave za kavstično sodo z ionsko izmenjevalno membrano se oprema iz titana uporablja predvsem na naslednjih področjih: sistem slanice - merilnik nivoja tekočine; Sistem anodne tekočine - rezervoar za anodno tekočino in stolp za pranje klora; Sistem sveže vode - stolp za dekloriranje, razdelilnik sveže vode, hladilnik instrumentov; Sistem natrijevega hipoklorita - hladilni, absorpcijski stolp, razdelilnik; Sistem klora - hladilnik mokrega klora; Sistem za odstranjevanje škodljivcev - izmenjevalnik toplote, ventilator za odstranjevanje škodljivcev.