Η εφαρμογή της ανόδου τιτανίου στη βιομηχανία χλωροαλκαλίων

Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων είναι μια χημική βιομηχανία που παράγει αέριο χλώριο και καυστική σόδα με ηλεκτρόλυση αλατούχου διαλύματος. Έχει ιστορία πάνω από 100 χρόνια. Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων είναι επίσης η πρώτη εφαρμογή του τιτανίου στη χημική βιομηχανία.
 

Οι διαδικασίες παραγωγής χλωρίου-αλκαλίου περιλαμβάνουν ηλεκτρόλυση υδραργύρου, ηλεκτρόλυση διαφράγματος και ηλεκτρόλυση ιοντικής μεμβράνης. Οι άνοδοι χλωρίου-αλκαλίου χρησιμοποιούν άνοδοι γραφίτη στο παρελθόν. Το 1956, ο Ολλανδός Henry Beer (H. Beer) πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση μεταλλικών ανοδίων σε ηλεκτρολυτικά κύτταρα, γνωστά και ως Dimensionally Stable Anodes (DSA), και έλαβε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1965. Οι σταθερές διαστάσεις άνοδοι επικαλύπτονται με πλατίνα σε υποστρώματα τιτανίου . Ηλεκτρόδια από οξείδια ευγενών μετάλλων. Το 1968, η DeNore στην Ιταλία πραγματοποίησε για πρώτη φορά τη βιομηχανοποίηση των ανοδίων τιτανίου στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίου. Γύρω στο 1970, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιταλία, η Ιαπωνία, η Γερμανία, η Γαλλία και άλλες χώρες γρήγορα μεταπήδησαν σε μεταλλικές ανόδους αντί για ανόδους γραφίτη. Στην Ιαπωνία, χιλιάδες τόνοι υλικών τιτανίου έχουν χρησιμοποιηθεί ως υλικό βάσης για μεταλλικές ανόδους και χρειάζονται περίπου 5 υλικά τιτανίου για την παραγωγή 10,000 τόνων καυστικής σόδας.

Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας χλωρίου-αλκαλίων της χώρας μου, ο κύριος εξοπλισμός (ηλεκτρολυτής) για την παραγωγή καυστικής σόδας έχει υποστεί τρεις μεγάλες αλλαγές. Η πρώτη αλλαγή ήταν η κάθετη δεξαμενή αντί για την οριζόντια δεξαμενή. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, (ηλεκτρόλυση διαφράγματος κάθετης προσρόφησης) χρησιμοποιήθηκε για να αντικαταστήσει την παραδοσιακή οριζόντια δεξαμενή, η οποία αύξησε σημαντικά την παραγωγή καυστικής σόδας στη χώρα μου, από το 193,000 το 1957. Ο τόνος αυξήθηκε σε 693,{{ 6}} τόνους το 1966, αύξηση 3,6 φορές.

Η δεύτερη αλλαγή είναι ότι ο ηλεκτρολύτης ανόδου μετάλλου αντικαθιστά τον ηλεκτρολύτη ανόδου γραφίτη. Στη δεκαετία του 1970, χρησιμοποιήθηκε η μεταλλική άνοδος (DSA) αντί της ανόδου γραφίτη. η χώρα μου έχει πραγματοποιήσει ανόδους τιτανίου στο Χημικό εργοστάσιο Tianyuan της Σαγκάης και στο Χημικό εργοστάσιο Τιαντζίν από το 1972. Το 1973, ξεκίνησε η δοκιμή ηλεκτρολυτικής κυψέλης με διάφραγμα μετάλλου ανόδου 20 μέτρων και η ηλεκτρολυτική κυψέλη ανόδου 30 μέτρων χρησιμοποιήθηκε σταδιακά το 1978, το 1979. χώρα πραγματοποίησε το έργο του τεχνικού μετασχηματισμού μεταλλικής ανόδου 400,{8}} τόνων καυστικής σόδας διαφράγματος. Από το 1981, 17 εργοστάσια χλωροαλκαλίων σε όλη τη χώρα χρησιμοποιούσαν συνολικά 1.217 ηλεκτρολυτικά στοιχεία μεταλλικής ανόδου, αποτελώντας ετήσια παραγωγική ικανότητα 670,000 τόνων καυστικής σόδας με μεταλλικές ανόδους διαφράγματος, που αντιπροσωπεύουν το 30 τοις εκατό του εθνική ικανότητα παραγωγής καυστικής σόδας και 95,000 τόνοι ικανότητας ηλεκτρόλυσης με βάση τον υδράργυρο. DSA. Από το 1996, υπήρχαν 99 εργοστάσια χλωριούχων αλκαλίων στη χώρα με συνολικά 8.409 ηλεκτρολύτες με διάφραγμα μετάλλου ανόδου, με ετήσια παραγωγική ικανότητα 4,2 εκατομμυρίων τόνων καυστικής σόδας, που αντιπροσωπεύουν το 70% της εθνικής ικανότητας παραγωγής καυστικής σόδας. Εκτός από μερικά μεγάλα χημικά εργοστάσια όπως οι Tianyuan, Tianhua, Daguhua και άλλοι εργοστασιακά κατασκευασμένοι ηλεκτρολύτες ανόδου μετάλλων, οι περισσότεροι από αυτούς κατασκευάζονται και προμηθεύονται από επαγγελματικά εργοστάσια όπως το Beijing Chemical Machinery Factory και το Shanghai 4805 Factory.

Η τρίτη αλλαγή είναι η χρήση ηλεκτρολυτών ιοντικής μεμβράνης. Στα μέσα-1980, προωθήθηκε η εξοικονόμηση ενέργειας και η αποδοτική μέθοδος ιοντικής μεμβράνης για την παραγωγή καυστικής σόδας. η χώρα μου εισήγαγε τεχνολογία και συσκευές ιοντικής μεμβράνης καυστικής σόδας από την Ιαπωνία και άλλες χώρες, με παραγωγική ικανότητα από 10,000 έως 50,000 τόνους σειριακών συσκευών, ο κύριος εξοπλισμός περιλαμβάνει ηλεκτρόλυση μεμβράνης ιόντων, τιτάνιο δεξαμενή κυκλοφορίας ανολύτη, δεξαμενή ελαφριάς άλμης, πύργος αποχλωρίωσης κενού, εναλλάκτης θερμότητας, σωλήνες και βαλβίδες αντλίας κ.λπ. Ο εξοπλισμός τιτανίου και οι σωλήνες τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως στο σύστημα κυκλοφορίας ανολύτη, σύστημα ελαφριάς άλμης, σύστημα αποχλωρίωσης, σύστημα παροχής αερίου υγρού χλωρίου και χλώριο σύστημα κυκλοφορίας νερού. Οι αντλίες τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μεταφορά εξευγενισμένης άλμης, υγρού κυκλοφορίας ανόδου, ελαφριάς άλμης και νερού με χλώριο κ.λπ. Ένα σετ εξοπλισμού 10,{7}}τόνων χρησιμοποιεί περίπου 8 τόνους τιτανίου. Τον Ιούνιο του 1986, το χημικό εργοστάσιο Yanguoxia εισήγαγε για πρώτη φορά την τεχνολογία Asahi Glass από την Ιαπωνία, με ετήσια παραγωγή 10,{11}} τόνων εξοπλισμού καυστικής σόδας. Εκτός από τον τρισδιάστατο ηλεκτρολύτη και την αντλία ανολύτη τιτανίου που προμήθευσε η Ιαπωνία, οι υπόλοιποι έξι εξοπλισμός τιτανίου παρασχέθηκαν από εγχώριους κατασκευαστές. Η Jinxi Chemical Machinery Factory αναλαμβάνει την προμήθεια. Μέχρι το 1990, 11 εργοστάσια χλωρο-αλκαλίων είχαν υιοθετήσει μονάδες ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης καυστικής σόδας, με παραγωγική ικανότητα 295,000 τόνων. Το 1995, 27 χλωρο-αλκαλικά εργοστάσια είχαν υιοθετήσει μονάδες ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης καυστικής σόδας, με παραγωγική ικανότητα 827,000 τόνων. Το 2000, η ​​ετήσια ικανότητα παραγωγής καυστικής σόδας της βιομηχανίας χλωρίου-αλκαλίου της χώρας μου ήταν 7,5 εκατομμύρια τόνοι, το 2005 ήταν 14,71 εκατομμύρια τόνοι και το 2010 ήταν 23,99 εκατομμύρια τόνοι.

Στον ηλεκτρολύτη ιοντικής μεμβράνης, η θερμοκρασία των θαλάμων καθόδου και ανόδου είναι περίπου 90 μοίρες, ο θάλαμος ανόδου έχει αέριο χλωρίου και διάλυμα άλατος και ο θάλαμος καθόδου έχει συγκέντρωση 30 τοις εκατό ~ 35 τοις εκατό διαλύματος καυστικής σόδας. Η γενική πυκνότητα ρεύματος λειτουργίας του ηλεκτρολύτη μεμβράνης ιόντων είναι 30~40A/dm. Κάτω από τέτοιες σκληρές συνθήκες, η χρήση υλικού και η αντιδιαβρωτική δομή του ηλεκτρολυτικού στοιχείου πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη κατά το σχεδιασμό του ηλεκτρολυτικού στοιχείου. Για το τμήμα ανόδου του ηλεκτρολύτη ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης (αναφερόμενος στην άνοδο και το τμήμα που έρχεται σε επαφή με τον ανολύτη), όλες οι χώρες στον κόσμο έχουν επιλέξει μέταλλο τιτανίου (ή κράμα τιτανίου ανθεκτικό στη διάβρωση) με καλή αντοχή στη διάβρωση στον ανολύτη ΧΩΡΙΣ ΕΞΑΙΡΕΣΗ.

Στο σχηματικό διάγραμμα της ιοντοανταλλακτικής μεμβράνης της καυστικής σόδας, όπως φαίνεται στο σχήμα, τα δύο ηλεκτρόδια διαχωρίζονται από τη μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων και το αλμυρό νερό προστίθεται από τη μία πλευρά και το καθαρό νερό από την άλλη πλευρά. Μετά τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος, παράγεται αέριο χλώριο από την πλευρά της ανόδου και αέριο υδρογόνο από την πλευρά της καθόδου. Η ιοντική μεμβράνη επιτρέπει μόνο τη διέλευση ιόντων νατρίου, έτσι το υδροξείδιο του νατρίου παράγεται από την πλευρά της καθόδου.

Εκτός από τον ηλεκτρολύτη του κύριου εξοπλισμού της μονάδας καυστικής σόδας με μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων, τα μέρη εφαρμογής του εξοπλισμού τιτανίου περιλαμβάνουν κυρίως: σύστημα άλμης - μετρητή στάθμης υγρού. σύστημα ανολύτη - δεξαμενή ανολύτη και καθαριστής αερίου χλωρίου. Σύστημα ελαφριάς άλμης - πύργος αποχλωρίωσης, Διανομέας ελαφρού αλμυρού νερού, ψύκτη οργάνων. σύστημα υποχλωριώδους νατρίου - ψύξη, πύργος απορρόφησης, διανομέας. σύστημα αερίου χλωρίου - ψυγείο υγραερίου χλωρίου. σύστημα απομάκρυνσης παρασίτων - εναλλάκτης θερμότητας, ανεμιστήρας αφαίρεσης παρασίτων.