Aplicação de titânio na indústria química-cloro-álcalis

Aplicação de titânio na indústria química-cloro-álcalis

A indústria de cloro e álcalis é uma indústria química que prepara cloro gasoso e soda cáustica por eletrólise de uma solução salina aquosa. Tem uma história de mais de cem anos. A indústria de cloro e álcalis também é a primeira indústria na indústria química a usar titânio. Os principais equipamentos de titânio usados ​​​​na produção de cloro e álcalis são: célula eletrolítica de ânodo metálico, célula eletrolítica de membrana iônica, resfriador tubular de cloro úmido, pré-aquecedor de salmoura refinada, decloração torre, purificador de resfriamento de cloro e álcalis, bomba de decloração a vácuo e equipamento de válvula de titânio.

(1) ânodo metálico

O processo de produção de cloro-álcalis tem eletrólise de mercúrio, eletrólise de diafragma e eletrólise de membrana iônica. No passado, ânodos de grafite foram usados ​​para ânodos de cloro-álcalis. A célula usa um ânodo de metal, também conhecido como ânodo dimensionalmente estável DSA (Ânodo Dimensionalmente Estável), e obteve uma patente em 1965. O ânodo dimensionalmente estável é um eletrodo revestido com óxidos de metais preciosos do grupo da platina em um substrato de titânio. uma empresa italiana, os primeiros ânodos de titânio industrializados na indústria de cloro e álcalis. Por volta de 1970, os Estados Unidos, Itália, Japão, Alemanha, França e outros países mudaram rapidamente para ânodos metálicos em vez de ânodos de grafite. No Japão, milhares de toneladas de titânio foram usadas como material de base para ânodos metálicos. Para produzir 10,{8}} toneladas de soda cáustica, são necessários cerca de 5 materiais de titânio.

Com o desenvolvimento da indústria de cloro e álcalis da China, o principal equipamento (célula eletrolítica) para a produção de soda cáustica passou por três grandes mudanças. A primeira mudança foi que os tanques verticais substituíram os tanques horizontais. No início da década de 1960, (células eletrolíticas de diafragma de adsorção vertical) foram usadas em vez dos tanques horizontais tradicionais, o que aumentou muito a produção de soda cáustica da China, de 193,{3}} toneladas em 1957 para 693,000 toneladas em 1966 , um aumento de 3,6 vezes.

A segunda mudança é que as células eletrolíticas de ânodo de metal substituem as células eletrolíticas de ânodo de grafite. Na década de 1970, o ânodo metálico (DSA) foi usado em vez do ânodo de grafite. Desde 1972, nosso país realiza testes de ânodos de titânio na Shanghai Tianyuan Chemical Plant e na Tianjin Chemical Plant. Em 1973, um teste de célula eletrolítica de diafragma de ânodo metálico de 20m foi iniciado, e uma célula eletrolítica de ânodo metálico de 30m foi gradualmente usada desde 1974.Em 1978, o estado realizou a tarefa de atualizar a tecnologia de ânodo metálico de 400,000 toneladas de soda cáustica de diafragma. Em 1981, havia 17 fábricas de cloro e álcalis em todo o país que usavam um total de 1.217 células de eletrólise de ânodo metálico, formando um ânodo metálico de diafragma com capacidade de produção anual de 670,000 toneladas de soda cáustica, representando 30% da capacidade de produção de soda cáustica do país, e 95,000 toneladas de capacidade de eletrólise de mercúrio usando DSA. Em 1996, havia 99 fábricas de cloro e álcalis no país com um total de 8.409 células eletrolíticas de diafragma de ânodo metálico, com uma produção anual de 4,2 milhões de toneladas de soda cáustica, representando 70% da capacidade de produção de soda cáustica do país. Exceto algumas grandes fábricas de produtos químicos, como Tianyuan, Tianhua e Daguhua, a maior parte do as células eletrolíticas de ânodo de metal são fabricadas e fornecidas por fábricas profissionais, como Beijing Chemical Machinery Factory e Shanghai 4805 Factory.

A terceira mudança é o uso de células eletrolíticas de membrana iônica. Em meados dos anos -1980, o uso do método de membrana iônica de alta eficiência e economia de energia foi promovido para produzir soda cáustica. Nosso país introduziu tecnologia e equipamentos de soda cáustica de membrana iônica do Japão e de outros países, formando uma série de 10,000 a 50,000 toneladas de equipamentos. O equipamento principal é célula eletrolítica de membrana iônica, tanque de circulação de líquido de ânodo de titânio, tanque de salmoura fresca, torre de decloração a vácuo, trocador de calor, tubo e válvula de bomba, etc., equipamentos de titânio e tubo de titânio são usados ​​​​principalmente em sistema de circulação de líquido anódico, salmoura fresca sistema, sistema de decloração, sistema de fornecimento de gás de cloro úmido e sistema de circulação de água com cloro. As bombas de titânio são usadas principalmente para transportar salmoura refinada, líquido de circulação anódica, salmoura de água doce e água com cloro. O dispositivo de tonelada é de cerca de 8t.Em junho de 1986, a Yannanxia Chemical Plant introduziu a tecnologia japonesa Asahi Glass pela primeira vez, com uma produção anual de 10,{12}} toneladas de planta de soda cáustica. Além da célula eletrolítica tridimensional e da bomba de titânio líquido anódico fornecidas pelo Japão, os seis equipamentos restantes fabricados em titânio são todos de suporte doméstico e fornecidos pela Jinxi Chemical Machinery Factory. Em 1990, 11 fábricas de cloro e álcalis adotaram cáustica de membrana iônica fábricas de refrigerantes com capacidade de produção de 295,000 toneladas. Em 1995, um total de 27 fábricas de cloro e álcalis em todo o país adotaram fábricas de soda cáustica com membrana iônica com capacidade de produção de 827,000 toneladas. Em 2000, a capacidade de produção anual da indústria de cloro e álcalis da China era de 7,5 milhões. toneladas de soda cáustica, 14,71 milhões de toneladas em 2005 e 23,99 milhões de toneladas em 2010.

Na célula eletrolítica de membrana iônica, a temperatura das salas do cátodo e do ânodo é de cerca de 90 graus, a câmara do ânodo tem gás cloro e solução salina, e a câmara do cátodo tem concentração de 30% ~ 35% de solução de soda cáustica. A densidade geral de corrente operacional da célula eletrolítica de membrana iônica é de 30 ~ 40A / dm. Sob condições tão adversas, o uso do material e a estrutura anticorrosiva da célula eletrolítica devem ser totalmente considerados ao projetar a célula eletrolítica. célula eletrolítica (refere-se ao ânodo e à parte em contato com o líquido anódico), países ao redor do mundo, sem exceção, escolheram o metal titânio (ou liga de titânio resistente à corrosão) com boa resistência à corrosão no líquido anódico.

O diagrama esquemático da membrana de troca iônica de soda cáustica da membrana iônica, conforme mostrado na figura, os dois eletrodos são isolados com uma membrana de troca iônica. Água salgada é adicionada de um lado e água pura é adicionada do outro. Depois de passar pela corrente, o gás cloro é gerado no lado do ânodo e o gás hidrogênio é gerado no lado do cátodo. , então o hidróxido de sódio é produzido no lado do cátodo.

Além da célula eletrolítica do equipamento principal do dispositivo de soda cáustica com membrana iônica, as principais peças utilizadas no equipamento de titânio são: medidor de nível de líquido do sistema de salmoura; sistema de líquido anódico - tanque de líquido anódico e purificador de cloro; torre de decloração do sistema de salmoura fresca, distribuidor de salmoura fresca, refrigerador de instrumentos; sistema de resfriamento de hipoclorito de sódio, torre de absorção, distribuidor; sistema de gás cloro - resfriador de gás cloro úmido; sistema de remoção de perigos - trocador de calor, ventilador de remoção de perigos.

(2) Resfriador de cloro úmido

Embora a eletrólise do sal de cozinha produza soda cáustica, uma grande quantidade de gás cloro quente e úmido é gerada, que pode ser usada após resfriamento e secagem. Existem duas maneiras de resfriar o gás cloro quente e úmido: pulverização direta de água e resfriamento indireto por resfriadores tubulares O resfriamento direto não só produzirá uma grande quantidade de água com cloro contendo cloro, que poluirá seriamente o meio ambiente, mas também perderá uma grande quantidade de gás cloro, consumirá ácido sulfúrico e as condições de trabalho na oficina serão ruins. O material dos resfriadores indiretos tem sido resfriadores de grafite, resfriadores de tubo de vidro, resfriadores de cerâmica, resfriadores de plástico, etc., mas há muitos problemas, como baixa resistência à corrosão, fácil de quebrar e fácil de envelhecer. Os resfriadores indiretos de aço inoxidável só podem ser usados ​​por 8 a 10 dias e precisam ser parados para reparos. Os resultados dos testes mostram que o titânio é extremamente resistente à corrosão em um ambiente de alta temperatura e gás cloro úmido, com uma taxa de corrosão anual de 0,0025 mm. O uso de resfriadores de titânio na produção da indústria de cloro e álcalis pode encurtar o processo de resfriamento e secagem, reduzir a perda de gás cloro, reduzir a poluição ambiental e criar condições para a operação estável de gases comprimidos e alcançar um alto grau de secagem.

Em 1963, a Rússia começou a usar refrigeradores de gás cloro de titânio, com área de transferência de calor de 140 m. Também foram utilizados tubos de titânio para transporte de gás cloro úmido, com diâmetro de 300 ~ 600 mm e comprimento superior a 500 m. Quase todos os resfriadores de gás cloro úmido usados ​​​​na indústria de cloro e álcalis na Rússia são feitos de titânio. Os Estados Unidos usam titânio em vez de grafite para fabricar refrigeradores na indústria de cloro e álcalis. O tubo de grafite original foi usado por 2 a 3 anos, e um cooler de titânio de 78m completou a capacidade de resfriamento, enquanto o cooler de grafite exigiu 140m.

O primeiro resfriador de titânio da China foi fabricado em 1965 pela Jinxi Chemical Machinery Factory. A área de transferência de calor é pequena, apenas 16,8m. Desde 1973, as fábricas de cloro e álcalis em Xangai, Tianjin, Pequim, Liaoning, Guangdong e outras províncias e cidades têm usado sucessivamente resfriadores tubulares de titânio com bons resultados.

(3) Bombas e válvulas

Na produção de gás cloro por eletrólise de membrana e eletrólise de mercúrio, as bombas de titânio usadas em hipoclorito de potássio e hipoclorito de sódio são as mais econômicas. A empresa Georgia-Peefick, nos Estados Unidos, usa uma bomba de titânio para bombear uma solução salina a 85 graus. A solução salina contém 270~320g/L de NaCl, cristais de NaCl e mais de 0,5g/L de cloro livre. A vida útil da bomba de titânio é de até 10 anos.

A segunda planta química de Pequim usa uma bomba de titânio fundido 6BA-12, uma válvula globo Dg100Dg e um impulsor de titânio de bomba de vácuo de cerâmica de anel de água HTB-701l no novo processo de decloração a vácuo.Essas bombas e impulsores de titânio têm um longo vida de serviço.