Zastosowanie tytanu w przemyśle chemicznym - chlor alkaliczny

Anoda metalowa
Procesy produkcyjne chloro-alkalicznych obejmują elektrolizę rtęciową, elektrolizę membranową i elektrolizę membranową jonową. W przeszłości anody grafitowe były zawsze stosowane jako anody chloro-alkaliczne. W 1956 roku Holender H. Beer po raz pierwszy zaproponował zastosowanie w ogniwach elektrolitycznych anod metalowych, znanych również jako anody stabilne wymiarowo (DSA). Patent uzyskał w 1965 roku, a anodą o stabilnej wielkości jest elektroda pokryta tlenkami metali szlachetnych z grupy platynowców na podłożu tytanowym. W 1968 roku firma DeNore we Włoszech po raz pierwszy dokonała industrializacji anod tytanowych w przemyśle chloro-alkalicznym. Około 1970 roku kraje takie jak Stany Zjednoczone, Włochy, Japonia, Niemcy i Francja szybko przestawiły się na stosowanie anod metalowych zamiast anod grafitowych. W Japonii wykorzystuje się już tysiące ton materiałów tytanowych jako materiał podłoża do anod metalowych, a do wyprodukowania 10 000 ton sody kaustycznej potrzeba około 5 ton materiałów tytanowych.
Rozwój chińskiego przemysłu chloro-alkalicznego przeszedł trzy główne zmiany w głównym sprzęcie (ogniwie elektrolitycznym) do produkcji sody kaustycznej. Pierwszą transformacją była wymiana zbiorników poziomych na pionowe. Na początku lat sześćdziesiątych tradycyjne zbiorniki poziome zastąpiono zbiornikami do elektrolizy z pionową membraną adsorpcyjną, co znacznie zwiększyło produkcję sody kaustycznej w Chinach z 193 000 ton w 1957 r. do 693 000 ton w 1966 r., co stanowi wzrost 3,6-krotny.
Drugą transformacją było zastąpienie elektrolizerów z anodą grafitową ogniwami elektrolizy z anodą metalową. W latach 70. XX wieku zamiast anod grafitowych zastosowano anody metalowe (DSA). Chiny rozpoczęły eksperymenty z anodą tytanową w zakładach chemicznych Tianyuan w Szanghaju i zakładach chemicznych w Tianjin w 1972 r., a testowanie 20 m w 1973 r.? Test ogniwa elektrolitycznego z metalową anodą i membraną, stopniowo przy użyciu 30 m od 1974 r.? Ogniwo elektrolityczne z metalową anodą. W 1978 roku w kraju przeprowadzono zadanie transformacji technologii anod metalowych dla 400 000 ton sody kaustycznej przeponowej. W 1981 r. w Chinach istniało 17 zakładów chloro-alkalicznych wykorzystujących łącznie 1217 elektrolizerów z anodą metalową, co dawało zdolność produkcyjną 670 000 ton sody kaustycznej produkowanej rocznie metodą membranową z anodą metalową, co stanowiło 30% krajowej produkcji sody kaustycznej pojemność. Dodatkowo uzyskano łącznie 95 000 ton wydajności elektrolizy rtęci przy użyciu DSA. W 1996 r. w Chinach istniało ogółem 99 zakładów chloro-alkalicznych z łącznie 8409 ogniwami elektrolitycznymi z metalową anodą i membraną o rocznej zdolności produkcyjnej wynoszącej 4,2 miliona ton sody kaustycznej, co stanowi 70% krajowej zdolności produkcyjnej sody kaustycznej . Z wyjątkiem kilku dużych fabryk chemicznych, takich jak Tianyuan, Tianhua i Daguhua, większość zbiorników do elektrolizy z metalową anodą jest produkowana i dostarczana przez profesjonalne fabryki, takie jak Pekińska Fabryka Maszyn Chemicznych i Szanghajska Fabryka 4805.
Trzecią transformacją było zastosowanie elektrolizerów membranowych jonowymiennych. W połowie{0} XX wieku promowano energooszczędne i wydajne metody membran jonowymiennych do produkcji sody kaustycznej. Chiny wprowadziły technologię i sprzęt do sody kaustycznej z membraną jonowymienną z Japonii i innych krajów, tworząc serię jednostek o masie od 10 000 do 50 000 ton. Główne wyposażenie obejmuje elektrolizery membranowe jonowymienne, zbiorniki z cyrkulacją cieczy z anodą tytanową, zbiorniki rozcieńczonej słonej wody, wieże do odchlorowania próżniowego, wymienniki ciepła, rury i zawory pomp. Sprzęt i rury tytanowe są stosowane głównie w układach cyrkulacji cieczy anodowej, układach rozcieńczonej solanki, systemy odchlorowania, systemy transportu mokrego chloru gazowego i systemy cyrkulacji wody chlorowanej. Pompy tytanowe stosowane są głównie do transportu rafinowanej solanki, cieczy obiegowej anodowej, rozcieńczonej solanki i wody chlorowanej. Zestaw sprzętu o masie 10 000 ton wymaga około 8 ton tytanu. W czerwcu 1986 roku Zakłady Chemiczne Yanguoxia po raz pierwszy wprowadziły japońską technologię Asahi i wyprodukowały roczną produkcję 10000 ton sprzętu do sody kaustycznej. Z wyjątkiem trójwymiarowego zbiornika do elektrolizy i anodowej pompy z ciekłym tytanem dostarczonych przez Japonię, wszystkie pozostałe sześć sprzętu tytanowego zostało dopasowanych na rynku krajowym i dostarczonych przez Jinxi Chemical Machinery Factory. Do 1990 r. 11 zakładów chloro-alkalicznych wprowadziło jednostki sody kaustycznej z membraną jonową o zdolności produkcyjnej 295 000 ton. W 1995 r. łącznie 27 zakładów chloro-alkalicznych w Chinach wprowadziło jednostki sody kaustycznej z membraną jonową o zdolności produkcyjnej 827 000 ton. Roczna zdolność produkcyjna sody kaustycznej w chińskim przemyśle chloro-alkalicznym wyniosła 7,5 miliona ton w 2000 r., 14,71 mln ton w 2005 r. i 23,99 mln ton w 2010 r.
W ogniwie elektrolizy z membraną jonowymienną temperatura komór katodowych i anodowych wynosi około 90 stopni. Komora anodowa zawiera chlor gazowy i roztwór soli, natomiast komora katodowa zawiera roztwór sody kaustycznej o stężeniu 30% ~ 35%. Ogniwo do elektrolizy z membraną jonowymienną zazwyczaj działa przy gęstości prądu 30-40A/dm². W tak trudnych warunkach pracy podczas projektowania należy w pełni uwzględnić wykorzystanie materiału i strukturę antykorozyjną ogniwa elektrolitycznego. Część anodowa (odnosząca się do anody i części stykającej się z roztworem anodowym) elektrolizerów membranowych jonowymiennych została wybrana bez wyjątku przez kraje na całym świecie, jako tytan metaliczny (lub odporny na korozję stop tytanu) o dobrej odporności na korozję w roztwór anodowy.
Schemat ideowy membrany jonowymiennej dla sody kaustycznej pokazano na rysunku 2-4. Obie elektrody są izolowane za pomocą membran jonowymiennych, z jednej strony dodawana jest słona woda, a z drugiej czysta woda. Po przejściu prądu od strony anody wytwarza się gazowy chlor, a od strony katody - wodór. Membrany jonowe przepuszczają jedynie jony sodu, zatem od strony katody powstaje wodorotlenek sodu.
Oprócz głównego wyposażenia urządzenia do sody kaustycznej z membraną jonowymienną, urządzenia tytanowe są stosowane głównie w następujących obszarach: instalacja solanki - wskaźnik poziomu cieczy; Układ cieczy anodowej - zbiornik cieczy anodowej i wieża płucząca chlor; Instalacja świeżej wody – wieża odchlorowująca, dystrybutor świeżej wody, chłodnica instrumentów; Instalacja podchlorynu sodu - chłodnia, wieża absorpcyjna, dystrybutor; Instalacja chlorowa - chłodnica mokrego chloru; System usuwania szkodników - wymiennik ciepła, wentylator do usuwania szkodników.