Применение титанового анода в хлорно-щелочной промышленности

Хлорно-щелочная промышленность — это химическая промышленность, которая производит газообразный хлор и едкий натр путем электролиза солевого раствора. Он имеет более чем 100-летнюю историю. Хлорно-щелочная промышленность также является самым ранним применением титана в химической промышленности.
 

Процессы производства хлора и щелочи включают электролиз ртути, электролиз с диафрагмой и электролиз с ионной мембраной. В прошлом в хлорно-щелочных анодах использовались графитовые аноды. В 1956 г. голландец Генри Бир (H. Beer) впервые предложил использование металлических анодов в электролитических ячейках, также известных как размерно-стабильные аноды (DSA), и получил патент в 1965 г. Размерно-стабильные аноды покрыты платиной на титановых подложках. . Электроды из оксидов благородных металлов. В 1968 году ДеНор в Италии впервые осуществил индустриализацию титановых анодов в хлорно-щелочной промышленности. Примерно в 1970 году США, Италия, Япония, Германия, Франция и другие страны быстро перешли на металлические аноды вместо графитовых. В Японии тысячи тонн титановых материалов использовались в качестве основного материала для металлических анодов, и для производства 10,000 тонн каустической соды необходимо около 5 титановых материалов.

С развитием хлорно-щелочной промышленности в моей стране основное оборудование (электролизер) для производства каустической соды претерпело три основных изменения. Первым изменением стал вертикальный бак вместо горизонтального. В начале 1960-х (вертикальный электролизер с адсорбционной диафрагмой) был использован для замены традиционного горизонтального резервуара, что значительно увеличило производство каустической соды в моей стране со 193,000 в 1957 году. Тонна увеличилась до 693,{{ 6}} тонн в 1966 г., увеличившись в 3,6 раза.

Второе изменение заключается в том, что электролизер с металлическим анодом заменяет электролизер с графитовым анодом. В 1970-х годах вместо графитового анода использовался металлический анод (DSA). моя страна производила титановые аноды на Шанхайском химическом заводе в Тяньюане и химическом заводе в Тяньцзине с 1972 года. В 1973 году были начаты испытания электролизера с 20-метровой диафрагмой с металлическим анодом, а в 1974 году постепенно использовался электролизер с 30-метровым металлическим анодом. стране выполнено задание по металлургическому анодному техническому преобразованию 400,000 тонн диафрагменного едкого натра. По состоянию на 1981 г. 17 хлорно-щелочных заводов по всей стране использовали в общей сложности 1217 электролизеров с металлическими анодами, образуя годовую производственную мощность 670,000 тонн каустической соды с диафрагменными металлическими анодами, что составляет 30 % электролизеров с металлическими анодами. национальные мощности по производству каустической соды и 95,000 тонн ртутных электролизных мощностей. ДСА. По состоянию на 1996 г. в стране насчитывалось 99 хлорно-щелочных заводов с общим количеством 8 409 электролизеров с металлическими анодами и диафрагмой с годовой производственной мощностью 4,2 млн тонн каустической соды, что составляло 70 процентов национальных мощностей по производству каустической соды. За исключением нескольких крупных химических заводов, таких как Tianyuan, Tianhua, Daguhua и других заводских электролизеров с металлическими анодами, большинство из них производятся и поставляются профессиональными заводами, такими как Пекинский завод химического машиностроения и Шанхайский завод 4805.

Третье изменение – использование электролизеров с ионными мембранами. В середине -1980 годов был продвинут энергосберегающий и эффективный метод ионной мембраны для производства каустической соды. моя страна представила технологию и устройства с ионно-мембранным каустической содой из Японии и других стран, формируя производственную мощность от 10,000 до 50,000 тонн сериализованных устройств, основное оборудование включает электролизер с ионной мембраной, титан резервуар для циркуляции анолита, резервуар для легкого рассола, колонна вакуумного дехлорирования, теплообменник, трубы и насосные клапаны и т. д. Титановое оборудование и титановые трубы в основном используются в системе циркуляции анолита, системе легкого рассола, системе дехлорирования, системе доставки газообразного влажного хлора и хлора. система циркуляции воды. Титановые насосы в основном используются для перекачки очищенного рассола, анодной циркуляционной жидкости, легкого рассола и хлорной воды и т. д. В комплекте оборудования весом 10 000-тонн используется около 8 тонн титана. В июне 1986 года химический завод Yanguoxia впервые внедрил технологию Asahi Glass из Японии с годовой производительностью 10,000 тонн оборудования для производства каустической соды. За исключением трехмерного электролизера и титанового насоса для анолита, поставленных Японией, остальные шесть титановых установок были предоставлены отечественными производителями. Jinxi Chemical Machinery Factory берет на себя поставку. К 1990 г. на 11 хлорщелочных заводах были внедрены ионообменно-мембранные установки едкого натра производственной мощностью 295,000 тонн. В 1995 г. на 27 хлорщелочных заводах были внедрены установки по производству каустической соды с ионообменной мембраной производственной мощностью 827,000 тонн. В 2000 году годовой объем производства каустической соды хлорно-щелочной промышленности моей страны составлял 7,5 млн тонн, в 2005 году — 14,71 млн тонн, а в 2010 году — 23,99 млн тонн.

В электролизере с ионной мембраной температура катодной и анодной камер составляет около 90 градусов, в анодной камере находится газообразный хлор и раствор соли, а в катодной камере концентрация раствора каустической соды составляет 30-35%. Общая рабочая плотность тока ионно-мембранного электролизера составляет 30~40А/дм. В таких суровых условиях при проектировании электролизера необходимо полностью учитывать использование материалов и антикоррозионную структуру электролизера. Для анодной части электролизера с ионообменной мембраной (имеется в виду анод и часть, контактирующая с анолитом) все страны мира выбрали металлический титан (или коррозионностойкий сплав титана) с хорошей коррозионной стойкостью в анолите. без исключений.

Принципиальная схема ионообменной мембраны из едкого натра, как показано на рисунке, два электрода разделены ионообменной мембраной, с одной стороны добавляется соленая вода, а с другой стороны добавляется чистая вода. После прохождения электрического тока со стороны анода выделяется газообразный хлор, а со стороны катода - газообразный водород. Ионная мембрана пропускает только ионы натрия, поэтому со стороны катода образуется гидроксид натрия.

Помимо электролизера основного оборудования завода по производству каустической соды с ионообменной мембраной, к прикладным частям титанового оборудования в основном относятся: солевая система - датчик уровня жидкости; система анолита - бак анолита и газоочиститель хлора; система светлых солей - башня дехлорирования, распределитель слабосоленой воды, приборный охладитель; система гипохлорита натрия - градирня, абсорбционная башня, распределитель; система газообразного хлора - охладитель мокрого газообразного хлора; система удаления вредителей - теплообменник, вентилятор удаления вредителей.