Applicazione del titanio nell'industria chimica-cloro-alcali

Applicazione del titanio nell'industria chimica-cloro-alcali

L'industria dei cloro-alcali è un'industria chimica che prepara cloro gassoso e soda caustica mediante elettrolisi di una soluzione salina acquosa. Ha una storia di più di cento anni. L'industria dei cloro-alcali è anche la prima industria nell'industria chimica a utilizzare il titanio. Le principali apparecchiature in titanio utilizzate nella produzione di cloro-alcali sono: cella elettrolitica con anodo metallico, cella elettrolitica a membrana ionica, raffreddatore tubolare di cloro umido, preriscaldatore di salamoia raffinata, declorazione torre, scrubber di raffreddamento cloro-alcali, pompa di declorazione sotto vuoto e attrezzatura con valvola in titanio.

(1) Anodo metallico

Il processo di produzione dei cloro-alcali prevede l'elettrolisi del mercurio, l'elettrolisi del diaframma e l'elettrolisi della membrana ionica. In passato, gli anodi di grafite sono stati utilizzati per gli anodi dei cloro-alcali. Nel 1956, l'olandese Henry. Bill (H. Beer) propose per primo che l'anodo elettrolitico cell utilizza un anodo metallico, noto anche come anodo dimensionalmente stabile DSA (Dimensionally Stable Anode), e ha ottenuto un brevetto nel 1965. L'anodo dimensionalmente stabile è un elettrodo rivestito con ossidi di metalli preziosi del gruppo del platino su un substrato di titanio. Nel 1968, DeNore, azienda italiana, prima a industrializzare anodi di titanio nel settore dei cloro-alcali. Intorno al 1970, Stati Uniti, Italia, Giappone, Germania, Francia e altri paesi passarono rapidamente agli anodi metallici invece che agli anodi di grafite. In Giappone, migliaia di tonnellate di titanio sono state utilizzate come materiale di base per gli anodi metallici. Per produrre 10,000 tonnellate di soda caustica, sono necessari circa 5 materiali di titanio.

Con lo sviluppo dell'industria cinese dei cloro-alcali, l'attrezzatura principale (cella elettrolitica) per la produzione di soda caustica ha subito tre importanti cambiamenti. Il primo cambiamento è stato che i serbatoi verticali hanno sostituito i serbatoi orizzontali. All'inizio degli anni '60 furono utilizzate celle elettrolitiche a diaframma ad adsorbimento verticale al posto dei tradizionali serbatoi orizzontali, il che aumentò notevolmente la produzione cinese di soda caustica, da 193,000 tonnellate nel 1957 a 693,000 tonnellate nel 1966 , con un incremento di 3,6 volte.

Il secondo cambiamento è che le celle elettrolitiche con anodo metallico sostituiscono le celle elettrolitiche con anodo di grafite. Negli anni '70, al posto dell'anodo di grafite veniva utilizzato l'anodo metallico (DSA). Dal 1972, il nostro Paese ha condotto test sugli anodi di titanio presso lo stabilimento chimico di Shanghai Tianyuan e lo stabilimento chimico di Tianjin. Nel 1973, è stato avviato un test per una cella elettrolitica con diaframma con anodo metallico da 20 m e una cella elettrolitica con anodo metallico da 30 m è stata gradualmente utilizzata dal 1974. Nel 1978, lo stato ha svolto il compito di aggiornare la tecnologia degli anodi metallici di 400,000 tonnellate di soda caustica a diaframma. Nel 1981, c'erano 17 impianti di cloro-alcali in tutto il paese che utilizzavano un totale di 1.217 celle di elettrolisi con anodo metallico, formando un anodo metallico a diaframma con una capacità di produzione annua di 670,000 tonnellate di soda caustica, che rappresenta il 30% della capacità di produzione di soda caustica del paese, e 95,000 tonnellate di capacità di elettrolisi del mercurio utilizzando DSA. Nel 1996, c'erano 99 impianti di cloro-alcali nel paese per un totale di 8.409 celle elettrolitiche a diaframma con anodo metallico, con una produzione annua di 4,2 milioni di tonnellate di soda caustica, che rappresentano il 70% della capacità di produzione di soda caustica del paese. Ad eccezione di alcuni grandi impianti chimici come Tianyuan, Tianhua e Daguhua, la maggior parte dei Le celle elettrolitiche con anodo metallico sono prodotte e fornite da fabbriche professionali come la fabbrica di macchinari chimici di Pechino e la fabbrica di Shanghai 4805.

Il terzo cambiamento è l'uso di celle elettrolitiche a membrana ionica. A metà degli-1980 anni, fu promosso l'uso del metodo a membrana ionica a risparmio energetico e ad alta efficienza per produrre soda caustica. Il nostro paese ha introdotto la tecnologia e le apparecchiature per la soda caustica a membrana ionica dal Giappone e da altri paesi, formando una serie da 10,000 a 50,000 tonnellate di apparecchiature. L'attrezzatura principale è la cella elettrolitica a membrana ionica, il serbatoio di circolazione del liquido dell'anodo di titanio, il serbatoio della salamoia fresca, la torre di declorazione sotto vuoto, lo scambiatore di calore, la valvola del tubo e della pompa, ecc., L'attrezzatura in titanio e il tubo in titanio sono utilizzati principalmente nel sistema di circolazione del liquido dell'anodo, salamoia fresca sistema, sistema di declorazione, sistema di erogazione del gas di cloro umido e sistema di circolazione dell'acqua clorata. Le pompe in titanio vengono utilizzate principalmente per trasportare salamoia raffinata, liquido circolante nell'anodo, salamoia d'acqua dolce e acqua clorata. La quantità di titanio utilizzata in un 10,000- tonnellata è di circa 8 t. Nel giugno 1986, lo stabilimento chimico di Yannanxia ha introdotto per la prima volta la tecnologia giapponese Asahi Glass, con una produzione annua di 10,000 tonnellate di soda caustica. Oltre alla cella elettrolitica tridimensionale e alla pompa anodica per titanio liquido fornite dal Giappone, le restanti sei apparecchiature prodotte in titanio sono tutte supportate a livello nazionale e fornite dalla Jinxi Chemical Machinery Factory. Nel 1990, 11 impianti di cloro-alcali avevano adottato la membrana ionica caustica impianti di soda con una capacità produttiva di 295,000 tonnellate. Nel 1995, un totale di 27 impianti di cloro-alcali in tutto il paese hanno adottato impianti di soda caustica a membrana ionica con una capacità di produzione di 827,000 tonnellate. Nel 2000, la capacità di produzione annua dell'industria cinese dei cloro-alcali era di 7,5 milioni tonnellate di soda caustica, 14,71 milioni di tonnellate nel 2005 e 23,99 milioni di tonnellate nel 2010.

Nella cella elettrolitica a membrana ionica, la temperatura delle stanze del catodo e dell'anodo è di circa 90 gradi, la camera dell'anodo contiene gas di cloro e soluzione salina e la camera del catodo ha una concentrazione del 30%~35% di soluzione di soda caustica. La densità di corrente operativa generale della cella elettrolitica a membrana ionica è 30~40 A/dm. In condizioni così difficili, l'uso del materiale e la struttura anticorrosiva della cella elettrolitica devono essere pienamente considerati durante la progettazione della cella elettrolitica. La parte anodica della pellicola ionica cella elettrolitica (si riferisce all'anodo e alla parte a contatto con il liquido anodico), i paesi di tutto il mondo, senza eccezioni, hanno scelto il titanio metallico (o lega di titanio resistente alla corrosione) con una buona resistenza alla corrosione nel liquido anodico.

Il diagramma schematico della membrana a scambio ionico con soda caustica, come mostrato in figura, i due elettrodi sono isolati con una membrana a scambio ionico. L'acqua salata viene aggiunta da un lato e l'acqua pura dall'altro. Dopo aver attraversato la corrente, viene generato cloro gassoso dal lato dell'anodo e idrogeno gassoso dal lato del catodo. La membrana ionica consente solo il passaggio degli ioni sodio , quindi l'idrossido di sodio viene prodotto dal lato del catodo.

Oltre alla cella elettrolitica dell'apparecchiatura principale del dispositivo a soda caustica a membrana ionica, le parti principali utilizzate nell'apparecchiatura in titanio sono: misuratore di livello del liquido del sistema salamoia; sistema liquido anodico-serbatoio liquido anodico e depuratore di cloro; sistema di salamoia fresca: torre di declorazione, distributore di salamoia fresca, refrigeratore per strumenti; sistema di raffreddamento dell'ipoclorito di sodio, torre di assorbimento, distributore; sistema di cloro gassoso: refrigeratore di cloro gassoso; Scambiatore di calore del sistema di rimozione dei pericoli, ventola per la rimozione dei pericoli.

(2) Raffreddatore di cloro umido

Mentre l'elettrolisi del sale da cucina produce soda caustica, viene generata una grande quantità di gas di cloro caldo e umido, che può essere utilizzato dopo il raffreddamento e l'essiccazione. Esistono due modi per raffreddare il gas di cloro caldo e umido: spruzzatura diretta di acqua e raffreddamento indiretto tramite raffreddatori tubolari Il raffreddamento diretto non solo produrrà una grande quantità di acqua clorata contenente cloro, che inquinerà gravemente l'ambiente, ma andrà anche persa una grande quantità di gas di cloro, si consumerà acido solforico e le condizioni di lavoro in officina sono inadeguate. Il materiale dei raffreddatori indiretti è costituito da raffreddatori in grafite, raffreddatori a tubo di vetro, raffreddatori in ceramica, raffreddatori in plastica, ecc., ma ci sono molti problemi come scarsa resistenza alla corrosione, facile da rompere e facile da invecchiare. I raffreddatori indiretti in acciaio inossidabile possono essere utilizzati solo per 8-10 giorni e devono essere fermati per riparazioni. I risultati dei test mostrano che il titanio è estremamente resistente alla corrosione in un ambiente ad alta temperatura e gas di cloro umido, con un tasso di corrosione annuo di 0,0025 mm. L'uso di refrigeratori al titanio nella produzione dell'industria dei cloro-alcali può abbreviare il processo di raffreddamento e essiccazione, ridurre la perdita di gas di cloro, ridurre l'inquinamento ambientale e creare condizioni per il funzionamento stabile dei gas compressi e ottenere un elevato grado di essiccazione.

Nel 1963, la Russia iniziò a utilizzare raffreddatori di cloro gassoso al titanio, con un’area di trasferimento del calore di 140 m2. Sono stati utilizzati anche tubi in titanio per il trasporto di cloro gassoso umido, con un diametro di 300~600 mm e una lunghezza superiore a 500 m. Quasi tutti i raffreddatori di cloro gassoso utilizzati nell'industria dei cloro-alcali in Russia sono realizzati in titanio. Gli Stati Uniti utilizzano il titanio invece della grafite per produrre raffreddatori nell’industria dei cloro-alcali. Il tubo originale in grafite è stato utilizzato per 2 o 3 anni e un dispositivo di raffreddamento in titanio da 78 m ha completato la capacità di raffreddamento, mentre il dispositivo di raffreddamento in grafite ha richiesto 140 m.

Il primo dispositivo di raffreddamento in titanio della Cina è stato prodotto nel 1965 dalla Jinxi Chemical Machinery Factory. L'area di trasferimento del calore è piccola, solo 16,8 m. Dal 1973, gli stabilimenti di cloro-alcali a Shanghai, Tianjin, Pechino, Liaoning, Guangdong e altre province e città hanno utilizzato successivamente raffreddatori tubolari in titanio con buoni risultati. Ci sono centinaia di raffreddatori tubolari in titanio nel nostro paese.

(3) Pompe e valvole

Nella produzione di cloro gassoso mediante elettrolisi a membrana ed elettrolisi del mercurio, le pompe al titanio utilizzate nell'ipoclorito di potassio e nell'ipoclorito di sodio sono le più economiche. L'azienda Georgia-Peefick negli Stati Uniti utilizza una pompa al titanio per pompare una soluzione salina a 85 gradi. La soluzione salina contiene 270~320 g/L di NaCl, cristalli di NaCl e più di 0,5 g/L di cloro libero. La durata della pompa in titanio è fino a 10 anni.

Il secondo stabilimento chimico di Pechino utilizza una pompa 6BA-12 in titanio fuso, una valvola a globo Dg100Dg e una girante in titanio per pompa per vuoto ceramica ad anello d'acqua HTB-701l nel nuovo processo di declorazione sotto vuoto. Queste pompe e giranti in titanio hanno una lunga vita utile.