L'application du titane dans l'industrie chimique - chlore alcalin

Anode métallique
Les processus de production de chlore alcalin comprennent l’électrolyse du mercure, l’électrolyse sur membrane et l’électrolyse sur membrane ionique. Dans le passé, les anodes en graphite étaient toujours utilisées comme anodes chlore-alcali. En 1956, le Néerlandais H. Beer 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. Il a obtenu un brevet en 1965 et l'anode de taille stable est une électrode recouverte d'oxydes de métaux précieux du groupe du platine sur un substrat en titane. En 1968, la société DeNore en Italie a réalisé pour la première fois l'industrialisation des anodes en titane dans l'industrie du chlore-alcali. Vers 1970, des pays comme les États-Unis, l’Italie, le Japon, l’Allemagne et la France ont rapidement opté pour l’utilisation d’anodes métalliques au lieu d’anodes en graphite. Au Japon, des milliers de tonnes de matériaux en titane sont déjà utilisés comme matériau de substrat pour les anodes métalliques, et la production de 10 000 tonnes de soude caustique nécessite environ 5 tonnes de matériaux en titane.
Le développement de l'industrie chinoise du chlore alcalin a subi trois changements majeurs dans les principaux équipements (cellule électrolytique) pour la production de soude caustique. La première transformation consistait à remplacer les réservoirs horizontaux par des réservoirs verticaux. Au début des années 1960, les réservoirs horizontaux traditionnels ont été remplacés par des réservoirs d'électrolyse à membrane d'adsorption verticale, ce qui a considérablement augmenté la production chinoise de soude caustique de 193 000 tonnes en 1957 à 693 000 tonnes en 1966, soit une augmentation de 3,6 fois.
La deuxième transformation a été le remplacement des cellules d’électrolyse à anode en graphite par des cellules d’électrolyse à anode métallique. Dans les années 1970, les anodes métalliques (DSA) ont été utilisées pour remplacer les anodes en graphite. La Chine a commencé à mener des expériences sur les anodes en titane aux usines chimiques de Shanghai Tianyuan et de Tianjin en 1972, et a commencé à tester 20 m en 1973 ? Test de cellule électrolytique à diaphragme d'anode métallique, utilisant progressivement 30 m depuis 1974 ? Cellule électrolytique à anode métallique. En 1978, le pays a réalisé une tâche de transformation de la technologie des anodes métalliques pour 400 000 tonnes de soude caustique à diaphragme. En 1981, il y avait 17 usines de chlore alcalin en Chine utilisant un total de 1 217 cellules d'électrolyse à anode métallique, formant une capacité de 670 000 tonnes de soude caustique produites chaque année par la méthode du diaphragme à anode métallique, ce qui représente 30 % de la production nationale de soude caustique. capacité. De plus, une capacité totale d’électrolyse du mercure de 95 000 tonnes a été obtenue grâce au DSA. En 1996, il y avait un total de 99 usines de chlore alcalin en Chine avec un total de 8 409 cellules électrolytiques à diaphragme à anode métallique, avec une capacité de production annuelle de 4,2 millions de tonnes de soude caustique, ce qui représente 70 % de la capacité nationale de production de soude caustique. . À l'exception de quelques grandes usines chimiques telles que Tianyuan, Tianhua et Daguhua, la plupart des réservoirs d'électrolyse à anodes métalliques sont fabriqués et fournis par des usines professionnelles telles que l'usine de machines chimiques de Pékin et l'usine 4805 de Shanghai.
La troisième transformation a été l’utilisation d’électrolyseurs à membrane échangeuse d’ions. Au milieu des années -1980, des méthodes de membrane échangeuse d'ions efficaces et économes en énergie ont été encouragées pour la production de soude caustique. La Chine a introduit la technologie et les équipements de soude caustique à membrane échangeuse d'ions en provenance du Japon et d'autres pays, formant une série d'unités de 10 000 à 50 000 tonnes. L'équipement principal comprend des électrolyseurs à membrane échangeuse d'ions, des réservoirs de circulation de liquide anodique en titane, des réservoirs d'eau salée diluée, des tours de déchloration sous vide, des échangeurs de chaleur, des tuyaux et des vannes de pompe. Les équipements et tubes en titane sont principalement utilisés dans les systèmes de circulation de liquide anodique, les systèmes de saumure diluée, systèmes de déchloration, systèmes de transport de chlore gazeux humide et systèmes de circulation d'eau chlorée. Les pompes en titane sont principalement utilisées pour transporter de la saumure raffinée, du liquide en circulation d'anode, de la saumure diluée et de l'eau chlorée. Un ensemble d'équipements de 10 000 tonnes nécessite environ 8 tonnes de titane. En juin 1986, l'usine chimique de Yanguoxia a introduit pour la première fois la technologie japonaise Asahi et a produit une production annuelle de 10 000 tonnes d'équipement de soude caustique. À l'exception du réservoir d'électrolyse tridimensionnelle et de la pompe à anode en titane liquide fournis par le Japon, les six autres équipements en titane ont tous été adaptés au niveau national et fournis par Jinxi Chemical Machinery Factory. En 1990, 11 usines de chlore-alcali avaient adopté des unités de soude caustique à membrane ionique d'une capacité de production de 295 000 tonnes. En 1995, un total de 27 usines de chlore alcalin en Chine avaient adopté des unités de soude caustique à membrane ionique d'une capacité de production de 827 000 tonnes. La capacité de production annuelle de soude caustique dans l'industrie chinoise du chlore-alcali était de 7,5 millions de tonnes en 2000, de 14,71 millions de tonnes en 2005 et de 23,99 millions de tonnes en 2010.
Dans une cellule d'électrolyse à membrane échangeuse d'ions, la température des chambres cathodiques et anodiques est d'environ 90 degrés. La chambre anodique contient du chlore gazeux et une solution saline, tandis que la chambre cathodique contient une solution de soude caustique avec une concentration de 30 % à 35 %. La cellule d'électrolyse à membrane échangeuse d'ions fonctionne généralement avec une densité de courant de 30-40A/dm?. Dans des conditions de fonctionnement aussi difficiles, il est nécessaire de prendre pleinement en compte l’utilisation des matériaux et la structure anticorrosion de la cellule électrolytique lors de sa conception. La partie anodique (faisant référence à l'anode et à la partie en contact avec la solution anodique) des électrolyseurs à membrane échangeuse d'ions a été sélectionnée par les pays du monde entier sans exception, comme métal de titane (ou alliage de titane résistant à la corrosion) avec une bonne résistance à la corrosion dans la solution anodique.
Le diagramme schématique de la membrane échangeuse d'ions pour la soude caustique est présenté à la figure 2-4. Les deux électrodes sont isolées à l’aide de membranes échangeuses d’ions, avec de l’eau salée ajoutée d’un côté et de l’eau pure de l’autre côté. Après avoir fait passer le courant, du chlore gazeux est généré du côté anode et de l'hydrogène gazeux est généré du côté cathode. Les membranes ioniques ne laissent passer que les ions sodium, de sorte que l'hydroxyde de sodium est généré du côté cathodique.
En plus de l'équipement principal du dispositif de soude caustique à membrane échangeuse d'ions, l'équipement en titane est principalement utilisé dans les domaines suivants : système de saumure - jauge de niveau de liquide ; Système de liquide anodique - réservoir de liquide anodique et tour de lavage au chlore ; Système d'eau douce - tour de déchloration, distributeur d'eau douce, refroidisseur d'instruments ; Système d'hypochlorite de sodium - tour de refroidissement, d'absorption, distributeur ; Système de chlore - refroidisseur de chlore humide ; Système d'élimination des parasites - échangeur de chaleur, ventilateur d'élimination des parasites.