Application du titane dans l'industrie chimique: chlor-alcali
L'industrie du chlor-alcali est une industrie chimique qui produit du chlore et du soda caustique en électrolysant les solutions de saumure. Il a une histoire de plus de 100 ans et est également la première industrie de l'industrie chimique à utiliser le titane. L'équipement en titane utilisé dans la production de chlor-alcali comprend principalement: électrolyzer à l'anode métallique, électrolyzer à membrane ionique, refroidisseur de chlore humide tubulaire, préchauffeur de saumure raffiné, tour de déchloration, échantillonnage de chlor-alcalie, pompes de déchloration à vide et garnitures et autres équipements de titanium.
(1) Anodes métalliques
Les processus de production de chlor-alcali comprennent l'électrolyse de mercure, l'électrolyse du diaphragme et l'électrolyse de la membrane ionique. Dans le passé, les anodes de graphite ont toujours été utilisées dans les anodes chlor-alcali. En 1956, la bière néerlandaise Henry a proposé pour la première fois l'utilisation d'anodes métalliques, également connues sous le nom d'anodes dimensionnellement stables (DSA) dans les cellules électrolytiques, et a obtenu des brevets en 1965. Des anodes dimensionnellement stables sont des électrodes recouvertes de groupe platine des oxydes métalliques précieux sur des substrats de titane. En 1968, Denore, une entreprise italienne, a d'abord réalisé l'industrialisation des anodes en titane dans l'industrie du chlor-alcali. Vers 1970, les États-Unis, l'Italie, le Japon, l'Allemagne, la France et d'autres pays sont rapidement passés aux anodes métalliques au lieu d'anodes de graphite. Au Japon, plusieurs milliers de tonnes de matériaux de titane ont été utilisées comme matériau de base des anodes métalliques. La production de 10 000 tonnes de soude caustique nécessite environ 5 tonnes de matériaux en titane.
Avec le développement de l'industrie chlor-alcali de mon pays, l'équipement principal (électrolyzer) pour la production de soda caustique a subi trois changements majeurs. Le premier changement a été le remplacement des réservoirs horizontaux par des réservoirs verticaux. Au début des années 1960, l'utilisation de (électrolyzer à diaphragme d'adsorption verticale) a remplacé les réservoirs horizontaux traditionnels, qui ont considérablement augmenté la production de soda caustique de mon pays, de 193 000 tonnes en 1957 à 693 000 tonnes en 1966, soit une augmentation de 3,6 fois.
Le deuxième changement a été le remplacement des cellules électrolytiques de l'anode graphite avec des cellules électrolytiques d'anode métallique. Dans les années 1970, des anodes métalliques (DSA) ont été utilisées pour remplacer les anodes du graphite. Mon pays a commencé à tester des anodes de titane dans la plante chimique de Shanghai Tianyuan et la plante chimique Tianjin en 1972 et a commencé à tester les cellules électrolytiques de diaphragme d'anode métallique 20M3 en 1973. Depuis 1974, les cellules électrolytiques de l'anode métallique 30m3 ont été progressivement utilisées. En 1978, le pays a effectué la tâche de la transformation de la technologie des anodes métalliques de 400 000 tonnes de diaphragme de soude caustique. En 1981, il y avait 17 usines de chlor-alcali dans le pays en utilisant un total de 1 217 cellules électrolytiques à l'anode métallique, formant une capacité de production annuelle d'anode métallique de diaphragme de 670 000 tonnes de soda caustique, représentant 30% de la capacité de production de Soda caustique du pays et 95 000 tonnes d'électrolyse de mercure en utilisant DSA du pays. En 1996, il y avait 99 usines de chlor-alcali dans le pays avec un total de 8 409 cellules électrolytiques de diaphragme d'anode métallique, avec une capacité de production annuelle de 4,2 millions de tonnes de soda caustique, représentant 70% de la capacité de production de soda caustique du pays. À l'exception de quelques grandes usines chimiques telles que Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical, etc., qui fabriquent elles-mêmes des cellules électrolytiques d'anode métallique, la plupart d'entre elles sont fabriquées et fournies par des usines professionnelles telles que l'usine de machines chimiques de Beijing et l'usine Shanghai 4805.
Le troisième changement a été l'utilisation d'électrolyseurs à membrane ionique. Au milieu des années 80, la méthode de la membrane ionique éconore et efficace a été favorisée pour produire de la soude caustique. Mon pays a introduit la technologie et l'équipement des sodas caustiques à membrane ionique du Japon et d'autres pays, formant une série de 10 000 à 50 000 tonnes d'équipement. L'équipement principal comprend des électrolyseurs à membrane ionique, des réservoirs de circulation liquide à l'anode en titane, des réservoirs d'eau dessinés, des tours de déchloration à vide, des échangeurs de chaleur, des tuyaux et des pompes, etc. L'équipement en titane et les tubes en titane sont principalement utilisés dans les systèmes de circulation de la circulation du chlore et les systèmes de circulation aquareau de la chloration et le chlore. Les pompes en titane sont principalement utilisées pour transporter la saumure raffinée, l'anode circulant liquide, l'eau dessinée et l'eau du chlore. Un ensemble d'équipements de 10 000 tonnes utilise environ 8 tonnes de titane. En juin 1986, Yanguoxia Chemical Plant a présenté pour la première fois la technologie du verre Asahi du Japon, avec une production annuelle de 10 000 tonnes d'équipement de soda caustique. À l'exception de l'électrolyzer tridimensionnel et de la pompe à titane liquide à l'anode fournie par le Japon, les 6 autres équipements en titane sont tous assortis et fournis par Jinxi Chemical Machinery. En 1990, 11 usines de chlor-alcalin avaient adopté un équipement de soude caustique à membrane ionique, avec une capacité de production de 295 000 tonnes. En 1995, il y avait 27 usines de chlor-alcali en Chine adoptant un équipement de soude caustique à membrane ionique, avec une capacité de production de 827 000 tonnes. En 2000, la capacité annuelle de production de soda caustique de l'industrie chlor-alcali de mon pays était de 7,5 millions de tonnes, 14,71 millions de tonnes en 2005 et 23,99 millions de tonnes en 2010.
Dans l'électrolyzer à membrane ionique, la température de la cathode et des chambres d'anode est d'environ 90 degrés, il y a du chlore et une solution saline dans la chambre d'anode, et il y a 30% ~ 35% de solution de soude caustique dans la chambre de la cathode. La densité de courant de fonctionnement générale de l'électrolyzer à membrane ionique est de 30 ~ 40A / dm?. Dans de telles conditions de travail difficiles, l'utilisation du matériau et la structure anti-corrosion de l'électrolyzer doivent être entièrement prises en compte lors de la conception de l'électrolyzer. Pour la partie anode de l'électrolyzer à membrane ionique (se référant à l'anode et à la partie en contact avec le liquide d'anode), tous les pays du monde ont choisi le titane métal (ou alliage de titane résistant à la corrosion) avec une bonne résistance à la corrosion dans le liquide d'anode sans exception.
Ce qui suit est un diagramme schématique d'une membrane d'échange d'ions contre du soda caustique. Comme le montre la figure, deux électrodes sont séparées par une membrane d'échange d'ions. De l'eau salée est ajoutée d'un côté et de l'eau pure est ajoutée de l'autre côté. Après le passage du courant, le chlore est produit à partir du côté anode et l'hydrogène est produit à partir du côté cathode. La membrane ionique permet uniquement aux ions sodium de passer, de sorte que l'hydroxyde de sodium est produit à partir du côté cathode.
En plus de l'équipement principal, la cellule électrolytique de l'usine de soda caustique de la membrane ionique, les principales parties où l'équipement en titane est utilisé est: Système de saumure - Gauge de niveau liquide; Système liquide d'anode - réservoir de liquide d'anode et épurateur de chlore; Tour de déchloration, Dishloration Distributeur de saumure, refroidisseur d'instruments; Système d'hypochlorite de sodium - refroidissement, tour d'absorption, distributeur; Système de chlore - refroidisseur de chlore humide; et Système de lutte antiparasitaire - Échangeur de chaleur et ventilateur de lutte antiparasitaire.
(2) refroidisseur de chlore humide
Lors de l'électrolyzer du sel pour produire du soda caustique, une grande quantité de chlore humide chaud est générée, qui ne peut être utilisée qu'après refroidissement et séchage. Il existe deux façons de refroidir le chlore humide chaud: pulvérisation directe de l'eau et refroidissement indirect à l'aide d'un refroidisseur de tube. Le refroidissement direct produit non seulement une grande quantité d'eau de chlore contenant du chlore, qui pollue gravement l'environnement, mais provoque également de grandes pertes de chlore, une consommation élevée d'acide sulfurique et de mauvaises conditions de travail des ateliers. Les refroidisseurs indirects sont faits de refroidisseurs de graphite, de refroidisseurs de tubes en verre, de refroidisseurs en céramique, de refroidisseurs en plastique, etc., mais ils ont tous de nombreux problèmes tels qu'une mauvaise résistance à la corrosion, faciles à briser et faciles à vieillir. Les refroidisseurs indirects en acier inoxydable ne peuvent être utilisés que pendant 8 à 10 jours avant de devoir être arrêtés pour réparation. Les résultats des tests montrent que le titane est extrêmement résistant à la corrosion dans un environnement de chlore humide à haute température, avec un volume de corrosion annuel de 0,0025 mm. L'utilisation de refroidisseurs en titane dans la production industrielle de chlor-alcali peut raccourcir le processus de refroidissement et de séchage, réduire les pertes de chlore, réduire la pollution de l'environnement et créer des conditions pour un fonctionnement stable du gaz comprimé et une sécheresse élevée.
En 1963, la Russie a commencé à utiliser des refroidisseurs de chlore en titane avec une zone d'échange de chaleur de 140 m². Il a également utilisé des pipelines de titane pour transmettre du chlore humide, avec un diamètre de 300 à 600 mm et une longueur de plus de 500 m. Presque tous les refroidisseurs de chlore humides utilisés dans l'industrie du chlor-alcali de la Russie sont en titane. Allied Chemical Company aux États-Unis utilise du titane au lieu du graphite pour faire des glacières dans l'industrie du chlor-alcali. Les tubes en graphite d'origine ont été supprimés après 2 ~ 3 ans d'utilisation. Un refroidisseur de titane de 78 m² peut compléter la capacité de refroidissement, tandis qu'un refroidisseur de graphite nécessite 140 m².
La première glacière en titane de mon pays a été fabriquée par Jinxi Chemical Machinery Factory en 1965. Il avait une petite zone de transfert de chaleur de seulement 16,8 m². Depuis 1973, les plantes de chlor-alcali à Shanghai, Tianjin, Pékin, Liaoning, Guangdong et d'autres provinces et villes ont succédé des glacières de coquille et de tube en titane avec de bons résultats. Il y a actuellement des centaines de refroidisseurs de coquille et de tube en titane dans mon pays.
(3) pompes et vannes
Dans la production de chlore par électrolyse membranaire et l'électrolyse du mercure, les pompes en titane utilisées dans l'hypochlorite de potassium et l'hypochlorite de sodium sont les plus économiques. Aux États-Unis, la société Georgia-Phifek utilise des pompes en titane pour pomper une solution saline de 85 degrés contenant 270 ~ 320 g / L de NaCl, des cristaux NaCl et plus de 0,5 g / L de chlore libre. La durée de vie de la pompe en titane est jusqu'à 10 ans.
L'usine chimique de Beijing No . 2 utilise des pompes en titane 6BA-12, des vannes d'arrêt DG100DG et des traits de titane des pompes à vide en céramique HTB-701L. Ces pompes et séduits en titane ont une longue durée de vie.
