Приложението на титанов анод в хлор-алкалната промишленост
May 12, 2023
Хлор-алкалната промишленост е химическа промишленост, която произвежда хлорен газ и сода каустик чрез електролиза на солен разтвор. Има повече от 100-годишна история. Хлор-алкалната промишленост е и най-ранното приложение на титан в химическата промишленост.
Хлорно-алкалните производствени процеси включват живачна електролиза, диафрагмена електролиза и йонна мембранна електролиза. Хлор-алкалните аноди са използвали графитни аноди в миналото. През 1956 г. холандецът Хенри Биър (H. Beer) за първи път предложи използването на метални аноди в електролитни клетки, известни също като аноди със стабилни размери (DSA), и получи патента през 1965 г. Анодите със стабилни размери са покрити с платина върху титаниеви субстрати . Електроди от оксиди на благородни метали. През 1968 г. DeNore в Италия за първи път реализира индустриализацията на титаниеви аноди в хлор-алкалната индустрия. Около 1970 г. Съединените щати, Италия, Япония, Германия, Франция и други страни бързо преминаха към метални аноди вместо графитни аноди. В Япония хиляди тонове титанови материали са използвани като основен материал за метални аноди и около 5 титанови материала са необходими за производството на 10 000 тона сода каустик.
С развитието на хлор-алкалната промишленост в моята страна, основното оборудване (електролизатор) за производство на сода каустик претърпя три големи промени. Първата промяна беше вертикалният резервоар вместо хоризонталния резервоар. В началото на 1960 г. (вертикален адсорбционен диафрагмен електролизатор) беше използван за замяна на традиционния хоризонтален резервоар, което значително увеличи производството на сода каустик в моята страна от 193,000 през 1957 г. Тона се увеличи до 693,{{ 6}} тона през 1966 г., увеличение от 3,6 пъти.
Втората промяна е, че електролизаторът с метален анод заменя електролизатора с графитен анод. През 70-те години на миналия век се използва метален анод (DSA) вместо графитен анод. моята страна е извършила титаниеви аноди в Шанхайския химически завод Tianyuan и химическия завод Tianjin от 1972 г. насам. През 1973 г. е започнато изпитването на 20-метровата електролитна клетка с метална анодна диафрагма и 30-метровата електролитна клетка с метален анод постепенно се използва през 1974 г. През 1978 г. страната изпълни задачата за техническа трансформация на метален анод на 400,000 тона диафрагмена сода каустик. Към 1981 г. 17 хлор-алкални завода в цялата страна са използвали общо 1217 електролитни клетки с метални аноди, формиращи годишен производствен капацитет от 670 000 тона сода каустик с диафрагмени метални аноди, което представлява 30 процента от национален капацитет за производство на сода каустик и 95 000 тона капацитет за електролиза на базата на живак. DSA. Към 1996 г. в страната имаше 99 хлор-алкални фабрики с общо 8409 електролизера с метална анодна диафрагма, с годишен производствен капацитет от 4,2 милиона тона сода каустик, което представлява 70 процента от националния производствен капацитет на сода каустик. С изключение на няколко големи химически фабрики като Tianyuan, Tianhua, Daguhua и други фабрични електролизери с метални аноди, повечето от тях се произвеждат и доставят от професионални фабрики като Beijing Chemical Machinery Factory и Shanghai 4805 Factory.
Третата промяна е използването на йонни мембранни електролизатори. В средата-1980 на миналия век енергоспестяващият и ефективен метод на йонната мембрана беше рекламиран за производството на сода каустик. моята страна въведе технология и устройства за сода каустик с йонна мембрана от Япония и други страни, образувайки производствен капацитет от 10,000 до 50,000 тона серийни устройства, основното оборудване включва електролизатор с йонна мембрана, титан резервоар за циркулация на анолит, резервоар за лек солев разтвор, кула за вакуумно дехлориране, топлообменник, тръби и помпени клапани и др. Титаново оборудване и титаниеви тръби се използват главно в системата за циркулация на анолит, система за лек солен разтвор, система за дехлориране, система за подаване на мокър хлорен газ и хлор система за циркулация на водата. Титаниевите помпи се използват главно за транспортиране на рафиниран солен разтвор, циркулиращ флуид за аноди, лек солен разтвор и хлорна вода и др. Комплект от 10000-тона оборудване използва около 8 тона титан. През юни 1986 г. химическият завод Yanguoxia представи технологията на Asahi Glass от Япония за първи път с годишно производство от 10 000 тона оборудване за сода каустик. С изключение на триизмерния електролизатор и анолитната титанова помпа, доставени от Япония, останалите шест титаниеви съоръжения бяха предоставени от местни производители. Jinxi Chemical Machinery Factory поема доставката. До 1990 г. 11 хлор-алкални завода са използвали заводи за йонообменна мембрана за сода каустик с производствен капацитет от 295 000 тона. През 1995 г. 27 хлор-алкални завода са приели заводи за йонообменна мембрана за сода каустик с производствен капацитет от 827 000 тона. През 2000 г. годишният капацитет за производство на сода каустик на хлор-алкалната промишленост в моята страна беше 7,5 милиона тона, през 2005 г. беше 14,71 милиона тона, а през 2010 г. беше 23,99 милиона тона.
В електролизера с йонна мембрана температурата на катодната и анодната камери е около 90 градуса, анодната камера има хлорен газ и разтвор на сол, а катодната камера има 30% ~35% концентрация на разтвор на сода каустик. Общата работна плътност на тока на йонно-мембранния електролизер е 30~40A/dm. При такива тежки условия, използването на материала и антикорозионната структура на електролитната клетка трябва да бъдат напълно взети предвид при проектирането на електролитната клетка. За анодната част на електролизера с йонообменна мембрана (отнасяйки се до анода и частта в контакт с анолита), всички страни по света са избрали титанов метал (или устойчива на корозия титанова сплав) с добра устойчивост на корозия в анолита без изключение.
Схематичната диаграма на йонообменната мембрана на сода каустик, както е показано на фигурата, двата електрода са разделени от йонообменната мембрана и солената вода се добавя от едната страна, а чистата вода се добавя от другата страна. След преминаване на електрически ток, хлорният газ се генерира от страната на анода, а водородът се генерира от страната на катода. Йонната мембрана позволява преминаването само на натриеви йони, така че натриевият хидроксид се произвежда от страната на катода.
В допълнение към електролизера на основното оборудване на завода за йонообменна мембрана за сода каустик, частите за приложение на титаново оборудване включват главно: система за солен разтвор - нивомер на течността; анолитна система - резервоар за анолит и скрубер за газ хлор; система за лека солена вода - кула за дехлориране, разпределител за лека солена вода, охладител за инструменти; система за натриев хипохлорит - охладителна, абсорбционна кула, разпределител; система за газ хлор - мокър охладител за газ хлор; система за отстраняване на вредители - топлообменник, вентилатор за отстраняване на вредители.
