रासायनिक उद्योग-क्लोर-क्षार में टाइटेनियम का अनुप्रयोग

रासायनिक उद्योग-क्लोर-क्षार में टाइटेनियम का अनुप्रयोग

क्लोर-क्षार उद्योग एक रासायनिक उद्योग है जो जलीय नमक घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा क्लोरीन गैस और कास्टिक सोडा तैयार करता है। इसका इतिहास सौ साल से भी अधिक पुराना है। क्लोर-क्षार उद्योग रासायनिक उद्योग में टाइटेनियम का उपयोग करने वाला सबसे पहला उद्योग भी है। क्लोर-क्षार उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले मुख्य टाइटेनियम उपकरण हैं: धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, ट्यूबलर गीला क्लोरीन कूलर, परिष्कृत ब्राइन प्रीहीटर, डीक्लोरिनेशन टॉवर, क्लोर-क्षार कूलिंग स्क्रबर, वैक्यूम डीक्लोरिनेशन पंप और वाल्व टाइटेनियम उपकरण।

(1) धातु एनोड

क्लोर-क्षार उत्पादन प्रक्रिया में पारा इलेक्ट्रोलिसिस, डायाफ्राम इलेक्ट्रोलिसिस और आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस होता है। अतीत में, ग्रेफाइट एनोड का उपयोग क्लोर-क्षार एनोड के लिए किया गया है। 1956 में, डचमैन हेनरी.बिल (एच. बीयर) ने सबसे पहले प्रस्तावित किया था कि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल एक धातु एनोड का उपयोग करता है, जिसे आयामी स्थिर एनोड डीएसए (आयामी स्थिर एनोड) के रूप में भी जाना जाता है, और 1965 में एक पेटेंट प्राप्त किया। आयामी स्थिर एनोड एक टाइटेनियम सब्सट्रेट पर प्लैटिनम समूह कीमती धातु ऑक्साइड के साथ लेपित एक इलेक्ट्रोड है। 1968 में, डीनोर, एक इतालवी कंपनी ने क्लोर-क्षार उद्योग में पहली बार टाइटेनियम एनोड का औद्योगीकरण किया। 1970 के आसपास, संयुक्त राज्य अमेरिका, इटली, जापान, जर्मनी, फ्रांस और अन्य देशों ने तेजी से ग्रेफाइट एनोड के बजाय धातु एनोड पर स्विच किया। जापान में, धातु एनोड के लिए आधार सामग्री के रूप में हजारों टन टाइटेनियम का उपयोग किया गया है। 10,{8}} टन कास्टिक सोडा का उत्पादन करने के लिए लगभग 5 टाइटेनियम सामग्री की आवश्यकता होती है।

चीन के क्लोर-क्षार उद्योग के विकास के साथ, कास्टिक सोडा उत्पादन के लिए मुख्य उपकरण (इलेक्ट्रोलाइटिक सेल) में तीन बड़े बदलाव हुए हैं। पहला बदलाव यह था कि ऊर्ध्वाधर टैंकों ने क्षैतिज टैंकों की जगह ले ली। 1960 के दशक की शुरुआत में, पारंपरिक क्षैतिज टैंकों के स्थान पर (ऊर्ध्वाधर सोखना डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं) का उपयोग किया गया था, जिससे चीन के कास्टिक सोडा उत्पादन में काफी वृद्धि हुई, जो 1957 में 193,3 टन से बढ़कर 1966 में 693,66 टन हो गया। , 3.6 गुना की वृद्धि।

दूसरा परिवर्तन यह है कि धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाएं ग्रेफाइट एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का स्थान ले लेती हैं। 1970 के दशक में ग्रेफाइट एनोड के स्थान पर मेटल एनोड (डीएसए) का उपयोग किया जाता था। 1972 से, हमारे देश ने शंघाई तियानयुआन केमिकल प्लांट और टियांजिन केमिकल प्लांट में टाइटेनियम एनोड परीक्षण आयोजित किए हैं। 1973 में, 20 मीटर मेटल एनोड डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक सेल परीक्षण शुरू किया गया था, और 1974 से धीरे-धीरे 30 मीटर मेटल एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का उपयोग किया जाने लगा। 1978 में, राज्य ने 400,{8}} की मेटल एनोड तकनीक को अपग्रेड करने का कार्य किया। डायाफ्राम कास्टिक सोडा के टन। 1981 तक, देश भर में 17 क्लोर-क्षार संयंत्र थे जो कुल 1,217 धातु एनोड इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाओं का उपयोग करते थे, जिससे 670,{15}} टन की वार्षिक उत्पादन क्षमता के साथ एक डायाफ्राम धातु एनोड बनता था। कास्टिक सोडा का, जो देश की कास्टिक सोडा उत्पादन क्षमता का 30% है, और डीएसए का उपयोग करके 95,000 टन पारा इलेक्ट्रोलिसिस क्षमता है। 1996 तक, देश में कुल मिलाकर 99 क्लोर-क्षार संयंत्र थे। 8,409 धातु एनोड डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, 4.2 मिलियन टन कास्टिक सोडा के वार्षिक उत्पादन के साथ, जो देश की कास्टिक सोडा उत्पादन क्षमता का 70% है। तियानयुआन, तियानहुआ और दगुहुआ जैसे कुछ बड़े रासायनिक संयंत्रों को छोड़कर, अधिकांश मेटल एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक सेल बीजिंग केमिकल मशीनरी फैक्ट्री और शंघाई 4805 फैक्ट्री जैसे पेशेवर कारखानों द्वारा निर्मित और आपूर्ति किए जाते हैं।

तीसरा परिवर्तन आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का उपयोग है। मध्य दशक में, कास्टिक सोडा के उत्पादन के लिए ऊर्जा-बचत और उच्च दक्षता वाली आयन झिल्ली विधि के उपयोग को बढ़ावा दिया गया था। हमारे देश ने जापान और अन्य देशों से आयन मेम्ब्रेन कास्टिक सोडा प्रौद्योगिकी और उपकरण पेश किए, जिससे 10,{4}} से 50,{6}} टन उपकरणों की एक श्रृंखला बन गई। मुख्य उपकरण आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, टाइटेनियम एनोड तरल परिसंचरण टैंक, ताजा ब्राइन टैंक, वैक्यूम डिक्लोरिनेशन टावर, हीट एक्सचेंजर, ट्यूब और पंप वाल्व इत्यादि हैं, टाइटेनियम उपकरण और टाइटेनियम ट्यूब मुख्य रूप से एनोड तरल परिसंचरण प्रणाली, ताजा ब्राइन में उपयोग किए जाते हैं प्रणाली, डीक्लोरिनेशन प्रणाली, गीली क्लोरीन गैस वितरण प्रणाली और क्लोरीन जल परिसंचरण प्रणाली। टाइटेनियम पंपों का उपयोग मुख्य रूप से परिष्कृत नमकीन, एनोड परिसंचारी तरल, मीठे पानी की नमकीन और क्लोरीन पानी के परिवहन के लिए किया जाता है। टाइटेनियम की मात्रा 10, 000- में उपयोग की जाती है। टन डिवाइस लगभग 8 टन का है। जून 1986 में, यानानक्सिया केमिकल प्लांट ने पहली बार जापानी असाही ग्लास तकनीक पेश की, जिसका वार्षिक उत्पादन 10,{12}} टन कास्टिक सोडा प्लांट था। जापान द्वारा आपूर्ति किए गए त्रि-आयामी इलेक्ट्रोलाइटिक सेल और एनोड तरल टाइटेनियम पंप के अलावा, शेष छह टाइटेनियम निर्मित उपकरण सभी घरेलू सहायक हैं और जिंक्सी केमिकल मशीनरी फैक्ट्री द्वारा आपूर्ति की जाती है। 1990 तक, 11 क्लोर-क्षार संयंत्रों ने आयन झिल्ली कास्टिक को अपनाया था 295,000 टन की उत्पादन क्षमता वाले सोडा संयंत्र। 1995 में, देश भर में कुल 27 क्लोर-क्षार संयंत्रों ने 827,{24}} टन की उत्पादन क्षमता वाले आयन झिल्ली कास्टिक सोडा संयंत्रों को अपनाया। 2000 में, चीन के क्लोर-क्षार उद्योग की वार्षिक उत्पादन क्षमता 7.5 मिलियन थी टन कास्टिक सोडा, 2005 में 14.71 मिलियन टन और 2010 में 23.99 मिलियन टन।

आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में, कैथोड और एनोड कक्ष का तापमान लगभग 90 डिग्री होता है, एनोड कक्ष में क्लोरीन गैस और नमक का घोल होता है, और कैथोड कक्ष में कास्टिक सोडा घोल की सांद्रता 30% ~ 35% होती है। आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक सेल का सामान्य ऑपरेटिंग वर्तमान घनत्व 30 ~ 40A/dm है। ऐसी कठोर परिस्थितियों में, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को डिजाइन करते समय इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की सामग्री के उपयोग और एंटीकोर्सिव संरचना पर पूरी तरह से विचार किया जाना चाहिए। आयन फिल्म का एनोड भाग इलेक्ट्रोलाइटिक सेल (एनोड और एनोड तरल के संपर्क में आने वाले हिस्से को संदर्भित करता है), बिना किसी अपवाद के दुनिया भर के देशों ने एनोड तरल में अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के साथ टाइटेनियम धातु (या संक्षारण प्रतिरोधी टाइटेनियम मिश्र धातु) को चुना है।

आयन झिल्ली कास्टिक सोडा आयन एक्सचेंज झिल्ली का योजनाबद्ध आरेख, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, दो इलेक्ट्रोड एक आयन एक्सचेंज झिल्ली से अलग होते हैं। एक तरफ से खारा पानी डाला जाता है और दूसरी तरफ से शुद्ध पानी डाला जाता है। करंट से गुजरने के बाद, एनोड की तरफ से क्लोरीन गैस उत्पन्न होती है और कैथोड की तरफ से हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है। आयनिक झिल्ली केवल सोडियम आयनों को गुजरने की अनुमति देती है। , इसलिए कैथोड की ओर से सोडियम हाइड्रॉक्साइड का उत्पादन होता है।

आयन झिल्ली कास्टिक सोडा उपकरण के मुख्य उपकरण के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के अलावा, टाइटेनियम उपकरण में उपयोग किए जाने वाले मुख्य भाग हैं: ब्राइन सिस्टम-तरल स्तर मीटर; एनोड तरल प्रणाली-एनोड तरल टैंक और क्लोरीन स्क्रबर; ताजा नमकीन प्रणाली-डीक्लोरिनेशन टॉवर, ताजा नमकीन वितरक, उपकरण कूलर; सोडियम हाइपोक्लोराइट प्रणाली-शीतलन, अवशोषण टावर, वितरक; क्लोरीन गैस प्रणाली-गीला क्लोरीन गैस कूलर; खतरा निवारण प्रणाली-हीट एक्सचेंजर, खतरा निवारण पंखा।

(2) गीला क्लोरीन कूलर

जबकि टेबल नमक के इलेक्ट्रोलिसिस से कास्टिक सोडा बनता है, बड़ी मात्रा में गर्म गीली क्लोरीन गैस उत्पन्न होती है, जिसे ठंडा और सुखाने के बाद इस्तेमाल किया जा सकता है। गर्म और आर्द्र क्लोरीन गैस को ठंडा करने के दो तरीके हैं: प्रत्यक्ष पानी का छिड़काव और ट्यूबलर कूलर द्वारा अप्रत्यक्ष शीतलन .प्रत्यक्ष शीतलन से न केवल बड़ी मात्रा में क्लोरीन युक्त क्लोरीन पानी का उत्पादन होगा, जो पर्यावरण को गंभीर रूप से प्रदूषित करेगा, बल्कि बड़ी मात्रा में क्लोरीन गैस भी नष्ट हो जाएगी, सल्फ्यूरिक एसिड की खपत होगी, और कार्यशाला में काम करने की स्थिति खराब होगी। अप्रत्यक्ष कूलर की सामग्री ग्रेफाइट कूलर, ग्लास ट्यूब कूलर, सिरेमिक कूलर, प्लास्टिक कूलर आदि रही है, लेकिन खराब संक्षारण प्रतिरोध, तोड़ने में आसान और पुराना होने में आसान जैसी कई समस्याएं हैं। स्टेनलेस स्टील अप्रत्यक्ष कूलर का उपयोग केवल 8 से 1{4}} दिनों के लिए किया जा सकता है और मरम्मत के लिए इसे बंद करने की आवश्यकता होती है। परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि टाइटेनियम उच्च तापमान और गीली क्लोरीन गैस के वातावरण में बेहद संक्षारण प्रतिरोधी है। 0.0025 मिमी की वार्षिक संक्षारण दर। क्लोर-क्षार उद्योग के उत्पादन में टाइटेनियम कूलर का उपयोग शीतलन और सुखाने की प्रक्रिया को छोटा कर सकता है, क्लोरीन गैस के नुकसान को कम कर सकता है, पर्यावरण प्रदूषण को कम कर सकता है, और संपीड़ित गैसों के स्थिर संचालन के लिए स्थितियां बना सकता है और एक लक्ष्य प्राप्त कर सकता है। सुखाने की उच्च डिग्री।

1963 में, रूस ने 140 मीटर के ताप हस्तांतरण क्षेत्र के साथ टाइटेनियम क्लोरीन गैस कूलर का उपयोग करना शुरू किया। गीली क्लोरीन गैस पहुंचाने के लिए टाइटेनियम पाइप का भी उपयोग किया जाता था, जिसका व्यास 300 ~ 600 मिमी और लंबाई 500 मीटर से अधिक होती थी। रूस में क्लोर-क्षार उद्योग में उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी गीले क्लोरीन गैस कूलर टाइटेनियम से बने होते हैं। एलाइड केमिकल कंपनी में संयुक्त राज्य अमेरिका क्लोर-क्षार उद्योग में कूलर बनाने के लिए ग्रेफाइट के बजाय टाइटेनियम का उपयोग करता है। मूल ग्रेफाइट ट्यूब का उपयोग 2 से 3 वर्षों तक किया गया था, और 78 मीटर टाइटेनियम कूलर ने शीतलन क्षमता पूरी की, जबकि ग्रेफाइट कूलर को 140 मीटर की आवश्यकता थी।

चीन का पहला टाइटेनियम कूलर 1965 में जिंक्सी केमिकल मशीनरी फैक्ट्री द्वारा निर्मित किया गया था। ऊष्मा स्थानांतरण क्षेत्र छोटा है, केवल 16.8 मीटर। 1973 के बाद से, शंघाई, तियानजिन, बीजिंग, लियाओनिंग, गुआंग्डोंग और अन्य प्रांतों और शहरों में क्लोर-क्षार संयंत्रों ने अच्छे परिणामों के साथ टाइटेनियम ट्यूबलर कूलर का क्रमिक रूप से उपयोग किया है। हमारे देश में सैकड़ों टाइटेनियम ट्यूबलर कूलर हैं।

(3) पंप और वाल्व

झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस और पारा इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा क्लोरीन गैस के उत्पादन में, पोटेशियम हाइपोक्लोराइट और सोडियम हाइपोक्लोराइट में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम पंप सबसे किफायती हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में जॉर्जिया-पीफिक कंपनी 85 डिग्री पर नमक के घोल को पंप करने के लिए टाइटेनियम पंप का उपयोग करती है। नमक के घोल में 270~320g/L NaCl, NaCl क्रिस्टल और 0.5g/L से अधिक मुक्त क्लोरीन होता है। टाइटेनियम पंप का सेवा जीवन 10 वर्ष तक है।

दूसरा बीजिंग केमिकल प्लांट नई वैक्यूम डीक्लोरिनेशन प्रक्रिया में कास्ट टाइटेनियम 6BA{1}} पंप, Dg100Dg ग्लोब वाल्व और HTB{3}}l वॉटर रिंग सिरेमिक वैक्यूम पंप टाइटेनियम इम्पेलर का उपयोग करता है। इन टाइटेनियम पंपों और इम्पेलर्स में एक लंबा समय होता है सेवा जीवन।