Penerapan titanium dalam industri kimia - klor alkali

Anoda logam
Proses produksi klor alkali meliputi elektrolisis merkuri, elektrolisis membran, dan elektrolisis membran ion. Di masa lalu, anoda grafit selalu digunakan sebagai anoda klor alkali. Pada tahun 1956, orang Belanda H. Beer pertama kali mengusulkan penggunaan anoda logam, juga dikenal sebagai Dimensionally Stable Anodes (DSA), dalam sel elektrolitik. Dia memperoleh paten pada tahun 1965, dan ukuran anoda stabil adalah elektroda yang dilapisi dengan oksida logam mulia golongan platinum pada substrat titanium. Pada tahun 1968, Perusahaan DeNore di Italia pertama kali mencapai industrialisasi anoda titanium di industri klor alkali. Sekitar tahun 1970, negara-negara seperti Amerika Serikat, Italia, Jepang, Jerman, dan Perancis dengan cepat beralih menggunakan anoda logam dibandingkan anoda grafit. Di Jepang, sudah terdapat ribuan ton bahan titanium yang digunakan sebagai bahan substrat anoda logam, dan produksi 10.000 ton soda kaustik membutuhkan sekitar 5 ton bahan titanium.
Perkembangan industri klor alkali China telah mengalami tiga perubahan besar pada peralatan utama (sel elektrolit) untuk produksi soda kaustik. Transformasi pertama adalah mengganti tangki horizontal dengan tangki vertikal. Pada awal 1960-an, tangki horizontal tradisional diganti dengan tangki elektrolisis membran adsorpsi vertikal, yang meningkatkan produksi soda kaustik Tiongkok dari 193.000 ton pada tahun 1957 menjadi 693.000 ton pada tahun 1966, meningkat 3,6 kali lipat.
Transformasi kedua adalah penggantian sel elektrolisis anoda grafit dengan sel elektrolisis anoda logam. Pada tahun 1970an, anoda logam (DSA) digunakan untuk menggantikan anoda grafit. Tiongkok mulai melakukan eksperimen anoda titanium di Pabrik Kimia Shanghai Tianyuan dan Pabrik Kimia Tianjin pada tahun 1972, dan mulai menguji 20m pada tahun 1973? Uji sel elektrolitik diafragma anoda logam, secara bertahap menggunakan 30m sejak 1974? Sel elektrolitik anoda logam. Pada tahun 1978, negara tersebut melaksanakan tugas transformasi teknologi anoda logam untuk 400.000 ton soda kaustik diafragma. Pada tahun 1981, terdapat 17 pabrik klor alkali di Tiongkok yang menggunakan total 1.217 sel elektrolisis anoda logam, menghasilkan kapasitas 670.000 ton soda kaustik per tahun yang diproduksi dengan metode diafragma anoda logam, yang menyumbang 30% dari produksi soda kaustik nasional. kapasitas. Selain itu, total kapasitas elektrolisis merkuri sebesar 95.000 ton dicapai dengan menggunakan DSA. Pada tahun 1996, terdapat total 99 pabrik klor alkali di Cina dengan total 8.409 sel elektrolitik diafragma anoda logam, dengan kapasitas produksi tahunan sebesar 4,2 juta ton soda kaustik, yang merupakan 70% dari kapasitas produksi soda kaustik nasional. . Kecuali beberapa pabrik kimia besar seperti Tianyuan, Tianhua, dan Daguhua, sebagian besar tangki elektrolisis anoda logam diproduksi dan dipasok oleh pabrik profesional seperti Pabrik Mesin Kimia Beijing dan Pabrik Shanghai 4805.
Transformasi ketiga adalah penggunaan elektroliser membran penukar ion. Pada pertengahan-1980an, metode membran penukar ion yang hemat energi dan efisien dipromosikan untuk produksi soda kaustik. Tiongkok memperkenalkan teknologi dan peralatan soda kaustik membran penukar ion dari Jepang dan negara lain, membentuk rangkaian unit 10.000 hingga 50.000 ton. Peralatan utama meliputi elektroliser membran penukar ion, tangki sirkulasi cairan anoda titanium, tangki air garam encer, menara deklorinasi vakum, penukar panas, pipa, dan katup pompa, Peralatan dan tabung Titanium terutama digunakan dalam sistem sirkulasi cairan anoda, sistem air garam encer, sistem deklorinasi, sistem transportasi gas klorin basah, dan sistem sirkulasi air klorin. Pompa titanium terutama digunakan untuk mengangkut air garam olahan, cairan sirkulasi anoda, air garam encer, dan air klorin. Satu set peralatan seberat 10.000 ton membutuhkan sekitar 8 ton titanium. Pada bulan Juni 1986, Pabrik Kimia Yanguoxia pertama kali memperkenalkan teknologi Asahi Jepang dan menghasilkan produksi tahunan sebesar 10.000 ton peralatan soda kaustik. Kecuali tangki elektrolisis tiga dimensi dan pompa titanium cair anoda yang dipasok oleh Jepang, enam peralatan titanium lainnya semuanya cocok di dalam negeri dan dipasok oleh Pabrik Mesin Kimia Jinxi. Pada tahun 1990, 11 pabrik klor alkali telah mengadopsi unit soda kaustik membran ion dengan kapasitas produksi 295.000 ton. Pada tahun 1995, total 27 pabrik klor alkali di Cina telah mengadopsi unit soda kaustik membran ion dengan kapasitas produksi 827.000 ton. Kapasitas produksi tahunan soda kaustik di industri klor alkali Tiongkok adalah 7,5 juta ton pada tahun 2000, 14,71 juta ton pada tahun 2005, dan 23,99 juta ton pada tahun 2010.
Dalam sel elektrolisis membran penukar ion, suhu ruang katoda dan anoda sekitar 90 derajat. Ruang anoda berisi gas klor dan larutan garam, sedangkan ruang katoda berisi larutan soda kaustik dengan konsentrasi 30%~35%. Sel elektrolisis membran penukar ion umumnya beroperasi dengan rapat arus 30-40A/dm?. Dalam kondisi pengoperasian yang keras seperti itu, penggunaan material dan struktur anti-korosi sel elektrolitik perlu dipertimbangkan sepenuhnya saat merancangnya. Bagian anoda (mengacu pada anoda dan bagian yang bersentuhan dengan larutan anoda) dari elektroliser membran penukar ion telah dipilih oleh negara-negara di seluruh dunia tanpa kecuali, sebagai logam titanium (atau paduan titanium tahan korosi) dengan ketahanan korosi yang baik di solusi anoda.
Diagram skema membran penukar ion untuk soda kaustik ditunjukkan pada Gambar 2-4. Kedua elektroda diisolasi menggunakan membran penukar ion, dengan penambahan air garam di satu sisi dan air murni ditambahkan dari sisi lainnya. Setelah melewati arus, dihasilkan gas klor dari sisi anoda dan gas hidrogen dihasilkan dari sisi katoda. Membran ionik hanya memungkinkan ion natrium melewatinya, sehingga natrium hidroksida dihasilkan dari sisi katoda.
Selain peralatan utama perangkat soda kaustik membran penukar ion, peralatan titanium terutama digunakan di bidang berikut: sistem air garam - pengukur level cairan; Sistem cairan anoda - tangki cairan anoda dan menara pencuci klorin; Sistem air tawar - menara deklorinasi, distributor air tawar, pendingin instrumen; Sistem natrium hipoklorit - pendingin, menara penyerapan, distributor; Sistem klorin - pendingin klorin basah; Sistem pembasmi hama - penukar panas, kipas pembasmi hama.