Aplicación de titanio en la industria química: clor-alcali
La industria clor-alcalina es una industria química que produce refrescos de cloro y cáustico mediante electrolizando soluciones de salmuera. Tiene una historia de más de 100 años y también es la industria más temprana de la industria química en usar titanio. El equipo de titanio utilizado en la producción de cloro-alcali incluye principalmente: electrolizado de ánodo de metal, electrolizado de membrana iónica, enfriador de cloro húmedo tubular, precalentador de salmuera refinada, torre de descroración, enfriamiento con cloro-alcali y torre de lavado, bombas de vacío de vacío y válvulas y otros equipos de titanio.
(1) Anodes de metal
Los procesos de producción de cloro-alcali incluyen electrólisis de mercurio, electrólisis del diafragma y electrólisis de membrana iónica. En el pasado, los ánodos de grafito siempre se han utilizado en anodes clorales. En 1956, el holandés Henry Beer propuso por primera vez el uso de ánodos metálicos, también conocidos como ánodos dimensionalmente estables (DSA) en células electrolíticas, y obtuvieron patentes en 1965. En 1968, Denore, una compañía italiana, se dio cuenta por primera vez de la industrialización de los anodes de titanio en la industria de cloro en el cloro. Alrededor de 1970, Estados Unidos, Italia, Japón, Alemania, Francia y otros países cambiaron rápidamente a ánodos metálicos en lugar de ánodos de grafito. En Japón, se han utilizado varios miles de toneladas de materiales de titanio como material base de ánodos metálicos. La producción de 10,000 toneladas de refrescos cáusticos requiere aproximadamente 5 toneladas de materiales de titanio.
Con el desarrollo de la industria clor-alcalina de mi país, el equipo principal (Electrolyzer) para la producción cáustica de soda ha sufrido tres cambios principales. El primer cambio fue el reemplazo de tanques horizontales con tanques verticales. A principios de la década de 1960, el uso de (electrolizador de diafragma de adsorción vertical) reemplazó los tanques horizontales tradicionales, que aumentó en gran medida la producción cáustica de refrescos de mi país, de 193,000 toneladas en 1957 a 693,000 toneladas en 1966, un aumento de 3.6 veces.
El segundo cambio fue el reemplazo de las células electrolíticas del ánodo de grafito con células electrolíticas del ánodo metálico. En la década de 1970, se usaron ánodos metálicos (DSA) para reemplazar los ánodos de grafito. Mi país comenzó a probar anodes de titanio en la planta química de Shanghai Tianyuan y la planta química de Tianjin en 1972, y comenzó a probar las células electrolíticas del diafragma del ánodo metálico 20M3 en 1973. Desde 1974, se han utilizado gradualmente las células electrolíticas de ánodo metálico de 30M3. En 1978, el país llevó a cabo la tarea de transformación de la tecnología de ánodo metálico de 400,000 toneladas de refrescos cáusticos de diafragma. A partir de 1981, había 17 plantas de cloro en el país que usaban un total de 1,217 células electrolíticas del ánodo metálico, formando una capacidad de producción anual del ánodo metálico del diafragma de 670,000 toneladas de soda cáustica, que representan el 30% de la capacidad de producción de soda cáustica del país y 95,000 toneladas de capacidad de electrólisis de mercurio utilizando DSA. A partir de 1996, había 99 plantas de cloro en el país con un total de 8.409 células electrolíticas de diafragma de ánodo metálico, con una capacidad de producción anual de 4,2 millones de toneladas de soda cáustica, lo que representa el 70% de la capacidad de producción de soda cáustica del país. Excepto por algunas plantas químicas grandes como Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical, etc., que fabrican células electrolíticas de ánodo metálico, la mayoría de ellas son fabricadas y suministradas por fábricas profesionales como la planta de maquinaria química de Beijing y la fábrica de Shanghai 4805.
El tercer cambio fue el uso de electrolizeros de membrana iónica. A mediados de la década de 1980, se promovió el método de membrana iónica de ahorro de energía y eficiente para producir refrescos cáusticos. Mi país introdujo la tecnología y el equipo de refrescos cáusticos de membrana iónica de Japón y otros países, formando una serie de 10,000 a 50,000 toneladas de equipo. El equipo principal incluye electrolizeros de membrana iónica, tanques de circulación líquida de ánodo de titanio, tanques de agua desalinados, torres de desacorriente de vacío, intercambiadores de calor, tuberías y bombas, etc. El equipo de titanio y los tubos de titanio se utilizan principalmente en sistemas de circulación de líquidos anodos, sistemas de agua desalinada, sistemas de dechlorination, sistemas de entrega de gases de cloro húmedo y sistemas de circulación de agua chlorina. Las bombas de titanio se usan principalmente para transportar salmuera refinada, líquido circulante de ánodo, agua desalinizada y agua de cloro. Un conjunto de equipos de 10,000 toneladas usa aproximadamente 8 toneladas de titanio. En junio de 1986, la planta química de Yanguoxia introdujo la tecnología Asahi Glass de Japón por primera vez, con una producción anual de 10,000 toneladas de equipos de refrescos cáusticos. Excepto por la bomba tridimensional de titanio electrolizado y líquido anódico suministrada por Japón, los otros 6 equipos de titanio están emparejados en el país y suministrados por la planta de maquinaria química Jinxi. Para 1990, 11 plantas de cloro en clor-alcali habían adoptado equipos de soda cáustica de membrana iónica, con una capacidad de producción de 295,000 toneladas. En 1995, había 27 plantas de cloro en China en China adoptando equipos de refresco cáustico de membrana iónica, con una capacidad de producción de 827,000 toneladas. En 2000, la capacidad anual de producción de refrescos cáusticos de la industria clor-alcalina de mi país fue de 7,5 millones de toneladas, 14,71 millones de toneladas en 2005 y 23,99 millones de toneladas en 2010.
En el electrolizador de membrana iónica, la temperatura de las cámaras de cátodo y ánodo es de aproximadamente 90 grados, hay una solución de cloro y salina en la cámara del ánodo, y hay 30% ~ 35% de solución de soda cáustica en la cámara del cátodos. La densidad de corriente de funcionamiento general del electrolizador de membrana iónica es 30 ~ 40a/dm?. En condiciones de trabajo tan duras, el uso del material y la estructura anticorrosión del electrolizador deben considerarse completamente al diseñar el electrolizado. Para la parte del ánodo del electrolizador de membrana iónica (refiriéndose al ánodo y la parte en contacto con el líquido del ánodo), todos los países del mundo han elegido metal de titanio (o aleación de titanio resistente a la corrosión) con buena resistencia a la corrosión en el líquido anódico sin excepción.
El siguiente es un diagrama esquemático de una membrana de intercambio iónico para refrescos cáusticos. Como se muestra en la figura, dos electrodos están separados por una membrana de intercambio de iones. Se agrega agua salada desde un lado y se agrega agua pura desde el otro lado. Después de que la corriente pasa, el cloro se produce desde el lado del ánodo y el hidrógeno se produce desde el lado del cátodo. La membrana iónica solo permite que pasen los iones de sodio, por lo que el hidróxido de sodio se produce desde el lado del cátodo.
Además de la célula electrolítica del equipo principal de la planta de soda cáustica de la membrana iónica, las partes principales donde se usa el equipo de titanio son: sistema de salmuera - medidor de nivel de líquido; Sistema de líquido anódico: tando líquido y depurador de cloro; Torre de decloración, distribuidor de salmuera de decloración, enfriador de instrumentos; Sistema de hipoclorito de sodio: enfriamiento, torre de absorción, distribuidor; Sistema de cloro: enfriador de cloro húmedo; y sistema de control de plagas: intercambiador de calor y ventilador de control de plagas.
(2) Enfriador de cloro húmedo
Al electrolizar la sal para producir refrescos cáusticos, se genera una gran cantidad de cloro caliente húmedo, que solo se puede usar después de enfriar y secar. Hay dos formas de enfriar el cloro caliente húmedo: pulverización directa de agua y enfriamiento indirecto con un enfriador de tubo. El enfriamiento directo no solo produce una gran cantidad de agua de cloro que contiene cloro, lo que contamina seriamente el medio ambiente, sino que también causa grandes pérdidas de cloro, consumo de ácido sulfúrico alto y malas condiciones de trabajo de talleres. Los enfriadores indirectos están hechos de enfriadores de grafito, enfriadores de tubo de vidrio, enfriadores de cerámica, enfriadores de plástico, etc., pero todos tienen muchos problemas, como resistencia de corrosión deficiente, fáciles de romper y fácil de envejecer. Los enfriadores indirectos de acero inoxidable solo se pueden usar durante 8 a 10 días antes de que necesiten ser detenidos para su reparación. Los resultados de las pruebas muestran que el titanio es extremadamente resistente a la corrosión en un entorno de cloro húmedo de alta temperatura, con un volumen de corrosión anual de 0.0025 mm. El uso de enfriadores de titanio en la producción industrial de cloro-alcali puede acortar el proceso de enfriamiento y secado, reducir las pérdidas de cloro, reducir la contaminación ambiental y crear condiciones para la operación estable de gas comprimido y alta sequedad.
En 1963, Rusia comenzó a usar enfriadores de cloro de titanio con un área de intercambio de calor de 140 metros cuadrados. También usó tuberías de titanio para transmitir cloro húmedo, con un diámetro de 300 ~ 600 mm y una longitud de más de 500 m. Casi todos los enfriadores de cloro húmedo utilizados en la industria de cloro en rusia están hechos de titanio. Allied Chemical Company en los Estados Unidos utiliza titanio en lugar de grafito para hacer refrigeradores en la industria de clor-alcali. Los tubos de grafito originales fueron desechados después de 2 ~ 3 años de uso. Un enfriador de titanio de 78 metros cuadrados puede completar la capacidad de enfriamiento, mientras que un enfriador de grafito requiere 140 metros cuadrados.
El primer enfriador de titanio en mi país fue fabricado por Jinxi Chemical Machinery Factory en 1965. Tenía un pequeño área de transferencia de calor de solo 16.8 metros cuadrados. Desde 1973, las plantas de cloro-alcali en Shanghai, Tianjin, Beijing, Liaoning, Guangdong y otras provincias y ciudades han utilizado sucesivamente refrigeradores de titanio con shell y tubo con buenos resultados. Actualmente hay cientos de refrigeradores de titanio en mi país.
(3) bombas y válvulas
En la producción de cloro por electrólisis de membrana y electrólisis de mercurio, las bombas de titanio utilizadas en hipoclorito de potasio e hipoclorito de sodio son las más económicas. Georgia-Phifek Company en los Estados Unidos utiliza bombas de titanio para bombear una solución salina de 85 grados que contiene 270 ~ 320 g/l de NaCl, cristales de NaCl y más de 0.5 g/L de cloro libre. La vida útil de la bomba de titanio es de hasta 10 años.
La planta química de Beijing no . 2 utiliza bombas de titanio 6BA-12 fundidas, válvulas de parada DG100DG e impulsores de titanio de las bombas de vacío de cerámica HTB-701L de agua en el nuevo proceso de dechoración de vacío. Estas bombas e impulsores de titanio tienen una larga vida útil.
