Aplicação de Titanium na indústria química: Chlor-Alkali
A indústria de Chlor-Algali é uma indústria química que produz refrigerantes cloro e cáustica por soluções de salmoura eletrolisada. Tem um histórico de mais de 100 anos e também é a indústria mais antiga da indústria química a usar o titânio. O equipamento de titânio usado na produção de clor-alqualês inclui principalmente: eletrolisador de ânodo de metal, eletrolisador de membrana iônica, refrigerador de cloro úmido tubular, pré-aquecedor de salmoura refinado, torre de descloração, resfriamento de clor-alquali e torre de lavagem, bombas de descloração de vácuo e válvulas e outros equipamentos de titânio.
(1) ânodos de metal
Os processos de produção de clor-alcali incluem eletrólise de mercúrio, eletrólise de diafragma e eletrólise da membrana iônica. No passado, os ânodos de grafite sempre eram usados em ânodos de clor-alcali. Em 1956, a henry henry henry propôs primeiro o uso de ânodos metálicos, também conhecidos como ânodos dimensionalmente estáveis (DSA) em células eletrolíticas e obtidas patentes em 1965. Os ânodos estáveis dimensionalmente são eletrodos revestidos com o grupo de platina precioso óxidos de titânio. Em 1968, Denore, uma empresa italiana, percebeu pela primeira vez a industrialização dos ânodos de titânio na indústria de Chlor-Alcali. Por volta de 1970, Estados Unidos, Itália, Japão, Alemanha, França e outros países rapidamente mudaram para ânodos metálicos em vez de ânodos de grafite. No Japão, vários milhares de toneladas de materiais de titânio foram usados como material base dos ânodos metálicos. A produção de 10.000 toneladas de refrigerante cáustica requer cerca de 5 toneladas de materiais de titânio.
Com o desenvolvimento da indústria de Chlor-Alcali do meu país, o principal equipamento (eletrolisador) para a produção de refrigerantes cáusticos passou por três grandes mudanças. A primeira mudança foi a substituição de tanques horizontais por tanques verticais. No início dos anos 1960, o uso de (eletrolisador de diafragma de adsorção vertical) substituiu os tanques horizontais tradicionais, que aumentaram bastante a produção de refrigerantes cáusticos do meu país, de 193.000 toneladas em 1957 para 693.000 toneladas em 1966, um aumento de 3,6 vezes.
A segunda mudança foi a substituição de células eletrolíticas de ânodo de grafite por células eletrolíticas de ânodo metálico. Na década de 1970, os ânodos de metal (DSA) foram usados para substituir ânodos de grafite. Meu país começou a testar ânodos de titânio na planta química de Xangai Tianyuan e na planta química de Tianjin em 1972, e começou a testar células eletrolíticas do diafragma de ânodo de ânodo de 20m3 em 1973. Desde 1974, as células eletrolíticas de ânodo metálico de 30m3 foram usadas gradualmente. Em 1978, o país realizou a tarefa de transformação da tecnologia de ânodo metálico de 400.000 toneladas de refrigerante cáustico diafragma. Em 1981, havia 17 plantas de clor-alcalino no país usando um total de 1.217 células eletrolíticas de ânodo metálico, formando uma capacidade anual de produção anual de ânodo de diafragma de 670.000 toneladas de refrigerante cáustico, contabilizando 30% da capacidade de produção de Soda cáustica do país e 95.000 tons de eletrólise de fúieis. Em 1996, havia 99 plantas de clor-alcalino no país com um total de 8.409 células eletrolíticas do diafragma de ânodo metálico, com uma capacidade de produção anual de 4,2 milhões de toneladas de refrigerante cáustico, representando 70% da capacidade de produção de refrigerantes cáusticos do país. Exceto por algumas grandes plantas químicas, como Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical etc., que fabricam células eletrolíticas de ânodo metálico, a maioria delas é fabricada e fornecida por fábricas profissionais como a fábrica de máquinas químicas de Pequim e a fábrica de Shanghai 4805.
A terceira mudança foi o uso de eletrolisadores de membrana iônica. Em meados da década de 1980, o método da membrana de íons eficiente e economia de energia foi promovido para produzir refrigerante cáustico. Meu país introduziu a tecnologia e equipamentos de refrigerante cáustica da membrana iônica do Japão e de outros países, formando uma série de 10.000 a 50.000 toneladas de equipamentos. O equipamento principal inclui eletrolisadores de membrana de íons, tanques de circulação líquida de ânodo de titânio, tanques de água dessalinizados, torres de descloração a vácuo, trocadores de calor, tubos e bombas, etc. Equipamentos de titânio e tubos de titânio são usados principalmente em sistemas de clorina de água e sistemas de água de água. As bombas de titânio são usadas principalmente para transportar salmoura refinada, líquido circulante do ânodo, água dessalinizada e água do cloro. Um conjunto de equipamentos de 10.000 toneladas usa cerca de 8 toneladas de titânio. Em junho de 1986, a Yanguoxia Chemical Plant introduziu a tecnologia de vidro Asahi do Japão pela primeira vez, com uma produção anual de 10.000 toneladas de equipamentos de refrigerante cáustica. Exceto pelo eletrolisador tridimensional e pela bomba de titânio líquido de ânodo fornecido pelo Japão, os outros 6 equipamentos de titânio são todos combinados no mercado interno e fornecidos pela planta de maquinaria química Jinxi. Em 1990, 11 plantas de clor-alcalino adotaram equipamentos de refrigerante cáustica da membrana iônica, com uma capacidade de produção de 295.000 toneladas. Em 1995, havia 27 plantas de clor-alcalino na China adotando equipamentos de refrigerante cáustica da membrana iônica, com capacidade de produção de 827.000 toneladas. Em 2000, a capacidade anual de produção de refrigerante cáustica da indústria de clor-alcalinos do meu país foi de 7,5 milhões de toneladas, 14,71 milhões de toneladas em 2005 e 23,99 milhões de toneladas em 2010.
No eletrolisador da membrana de íons, a temperatura das câmaras de cátodo e ânodo é de cerca de 90 graus, há solução de cloro e sal na câmara do ânodo e há uma solução de refrigerante cáustica de 30% a 35% na câmara do cátodo. A densidade geral de corrente operacional do eletrolisador de membrana de íons é de 30 ~ 40a/dm?. Sob tão duras condições de trabalho, o uso do material e a estrutura anticorrosão do eletrolisador devem ser totalmente considerados ao projetar o eletrolisador. Para a parte do ânodo do eletrolisador da membrana de íons (referindo-se ao ânodo e à parte em contato com o líquido do ânodo), todos os países do mundo escolheram metal de titânio (ou liga de titânio resistente à corrosão) com boa resistência à corrosão no líquido do ânodo sem exceção.
A seguir, é apresentado um diagrama esquemático de uma membrana de troca iônica para refrigerante cáustico. Como mostrado na figura, dois eletrodos são separados por uma membrana de troca iônica. A água salgada é adicionada de um lado e a água pura é adicionada do outro lado. Depois que a corrente passa, o cloro é produzido a partir do lado do ânodo e o hidrogênio é produzido a partir do lado do cátodo. A membrana de íons apenas permite que os íons de sódio passem, de modo que o hidróxido de sódio é produzido a partir do lado do cátodo.
Além da célula eletrolítica do equipamento principal da planta de refrigerante cáustica da membrana iônica, as principais peças onde o equipamento de titânio é usado são: sistema de salmoura - medidor de nível líquido; sistema líquido de ânodo - tanque líquido ânodo e lavador de cloro; Torre de Dechloração, distribuidor de salmoura de descloração, refrigerador de instrumentos; Sistema de hipoclorito de sódio - resfriamento, torre de absorção, distribuidor; Sistema de cloro - refrigerador de cloro úmido; e sistema de controle de pragas - trocador de calor e ventilador de controle de pragas.
(2) Cooler de cloro úmido
Ao eletrolisando sal para produzir refrigerante cáustico, é gerada uma grande quantidade de cloro úmido quente, que só pode ser usado após o resfriamento e a secagem. Existem duas maneiras de esfriar o cloro molhado quente: pulverização de água direta e resfriamento indireto usando um refrigerador de tubo. O resfriamento direto não apenas produz uma grande quantidade de água de cloro contendo cloro, que polui seriamente o meio ambiente, mas também causa grandes perdas de cloro, alto consumo de ácido sulfúrico e más condições de trabalho da oficina. Os refrigeradores indiretos são feitos de refrigeradores de grafite, refrigeradores de tubo de vidro, refrigeradores de cerâmica, refrigeradores de plástico etc., mas todos têm muitos problemas, como baixa resistência à corrosão, fácil de quebrar e fácil de envelhecer. Os refrigeradores indiretos de aço inoxidável só podem ser usados por 8 a 10 dias antes de precisarem ser interrompidos para reparo. Os resultados dos testes mostram que o titânio é extremamente resistente à corrosão em um ambiente de cloro úmido de alta temperatura, com um volume anual de corrosão de 0,0025 mm. O uso de refrigeradores de titânio na produção industrial de Chlor-Alcali pode diminuir o processo de resfriamento e secagem, reduzir as perdas de cloro, reduzir a poluição ambiental e criar condições para a operação estável de gás comprimido e alta secura.
Em 1963, a Rússia começou a usar refrigeradores de cloro de titânio com uma área de troca de calor de 140 m². Ele também usou pipelines de titânio para transmitir cloro úmido, com um diâmetro de 300 ~ 600 mm e um comprimento superior a 500m. Quase todos os refrigeradores de cloro úmidos usados na indústria de clor-alcalinos da Rússia são feitos de titânio. A Allied Chemical Company nos Estados Unidos usa o titânio em vez de grafite para criar refrigeradores na indústria de Chlor-Algali. Os tubos de grafite originais foram descartados após 2 ~ 3 anos de uso. Um refrigerador de titânio de 78 m² pode concluir a capacidade de resfriamento, enquanto um refrigerador de grafite requer 140 m².
O primeiro cooler de titânio no meu país foi fabricado pela Jinxi Chemical Machinery Factory em 1965. Ele tinha uma pequena área de transferência de calor de apenas 16,8 m². Desde 1973, as plantas de Chlor-Algali em Xangai, Tianjin, Pequim, Liaoning, Guangdong e outras províncias e cidades usaram sucessivamente os refrigeradores de concha e tubo de titânio com bons resultados. Atualmente, existem centenas de refrigeradores de concha e tubo de titânio no meu país.
(3) bombas e válvulas
Na produção de cloro por eletrólise da membrana e eletrólise de mercúrio, as bombas de titânio usadas no hipoclorito de potássio e hipoclorito de sódio são as mais econômicas. A Georgia-Phifek Company nos Estados Unidos usa bombas de titânio para bombear a solução salina de 85 graus contendo 270 ~ 320g/L NaCl, cristais de NaCl e mais de 0,5g/L cloro livre. A vida útil da bomba de titânio é de até 10 anos.
Planta química de Pequim no . 2 usa bombas de titânio 6BA-12 fundidas, válvulas de parada DG100DG e impelidores de titânio de bombas de vácuo de anel de água HTB-701L no novo processo de descloração de vácuo. Essas bombas e impulsores de titânio têm uma longa vida útil.
