रासायनिक उद्योग में टाइटेनियम का अनुप्रयोग: क्लोर-क्षार

क्लोर-अल्लाली उद्योग एक रासायनिक उद्योग है जो इलेक्ट्रोलाइजिंग ब्राइन समाधानों द्वारा क्लोरीन और कास्टिक सोडा का उत्पादन करता है। इसका 100 से अधिक वर्षों का इतिहास है और टाइटेनियम का उपयोग करने के लिए रासायनिक उद्योग में सबसे पहला उद्योग भी है। क्लोर-क्षार उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम उपकरण में मुख्य रूप से शामिल हैं: मेटल एनोड इलेक्ट्रोलाइज़र, आयन मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइज़र, ट्यूबलर वेट क्लोरीन कूलर, रिफाइंड ब्राइन प्रीहेटर, डिक्लोरिनेशन टॉवर, क्लोर-अल्काली कूलिंग और वाशिंग टॉवर, वेक्यूम डिक्लोरिनेशन पंप और वाल्व और अन्य टाइटेनियम उपकरण।

(१) धातु एनोड्स

क्लोर-अल्काली उत्पादन प्रक्रियाओं में पारा इलेक्ट्रोलिसिस, डायाफ्राम इलेक्ट्रोलिसिस और आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस शामिल हैं। अतीत में, ग्रेफाइट एनोड्स का उपयोग हमेशा क्लोर-क्षार एनोड में किया जाता है। 1956 में, डचमैन हेनरी बीयर ने पहली बार धातु एनोड्स के उपयोग का प्रस्ताव रखा, जिसे इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में आयामी रूप से स्थिर एनोड्स (डीएसए) के रूप में भी जाना जाता है, और 1965 में पेटेंट प्राप्त किया गया था। टाइटेनियम सब्सट्रेट पर प्लैटिनम समूह कीमती धातु ऑक्साइड के साथ लेपित इलेक्ट्रोड्स इलेक्ट्रोड हैं। 1968 में, एक इतालवी कंपनी, डेनोर ने पहली बार क्लोर-अल्लाली उद्योग में टाइटेनियम एनोड्स के औद्योगीकरण का एहसास किया। 1970 के आसपास, संयुक्त राज्य अमेरिका, इटली, जापान, जर्मनी, फ्रांस और अन्य देशों ने ग्रेफाइट एनोड्स के बजाय धातु एनोड्स पर जल्दी से स्विच किया। जापान में, कई हजार टन टाइटेनियम सामग्री का उपयोग धातु एनोड की आधार सामग्री के रूप में किया गया है। 10,000 टन कास्टिक सोडा के उत्पादन में लगभग 5 टन टाइटेनियम सामग्री की आवश्यकता होती है।

मेरे देश के क्लोर-अल्लाली उद्योग के विकास के साथ, कास्टिक सोडा उत्पादन के लिए मुख्य उपकरण (इलेक्ट्रोलाइज़र) में तीन बड़े बदलाव हुए हैं। पहला परिवर्तन ऊर्ध्वाधर टैंकों के साथ क्षैतिज टैंकों का प्रतिस्थापन था। 1960 के दशक की शुरुआत में, (ऊर्ध्वाधर सोखना डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइज़र) के उपयोग ने पारंपरिक क्षैतिज टैंकों को बदल दिया, जिसने 1957 में 193,000 टन से 1966 में मेरे देश के कास्टिक सोडा उत्पादन में वृद्धि की, जो कि 1966 में 693,000 टन तक, 3.6 गुना बढ़ गई।

दूसरा परिवर्तन धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के साथ ग्रेफाइट एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का प्रतिस्थापन था। 1970 के दशक में, मेटल एनोड्स (डीएसए) का उपयोग ग्रेफाइट एनोड को बदलने के लिए किया गया था। मेरे देश ने 1972 में शंघाई तियानयुआन केमिकल प्लांट और तियानजिन केमिकल प्लांट में टाइटेनियम एनोड्स का परीक्षण करना शुरू कर दिया, और 1973 में 20m3 धातु एनोड डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का परीक्षण करना शुरू किया। 1974 के बाद से, 30m3 धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का धीरे -धीरे उपयोग किया गया है। 1978 में, देश ने 400,000 टन डायाफ्राम कास्टिक सोडा के धातु एनोड प्रौद्योगिकी परिवर्तन के कार्य को अंजाम दिया। 1981 तक, देश में कुल 1,217 धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का उपयोग करके देश में 17 क्लोर-क्षार पौधे थे, जो 670,000 टन कास्टिक सोडा की डायाफ्राम धातु एनोड वार्षिक उत्पादन क्षमता का गठन करते थे, जो देश की कास्टिक सोडा उत्पादन क्षमता के 30% और 95,000 टन का उपयोग कर रहे थे। 1996 तक, देश में कुल 8,409 धातु एनोड डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के साथ देश में 99 क्लोर-क्षारी पौधे थे, जिसमें 4.2 मिलियन टन कास्टिक सोडा की वार्षिक उत्पादन क्षमता थी, जो देश की कस्टिक सोडा उत्पादन क्षमता के 70% के लिए लेखांकन थी। कुछ बड़े रासायनिक संयंत्रों जैसे कि तियानुआन, तियानहुआ, दागु केमिकल, आदि को छोड़कर, जो स्वयं धातु एनोड इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं का निर्माण करते हैं, उनमें से अधिकांश का निर्माण और आपूर्ति पेशेवर कारखानों जैसे बीजिंग केमिकल मशीनरी प्लांट और शंघाई 4805 कारखाने द्वारा की जाती है।

तीसरा परिवर्तन आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइजर्स का उपयोग था। 1980 के दशक के मध्य में, कास्टिक सोडा का उत्पादन करने के लिए ऊर्जा-बचत और कुशल आयन झिल्ली विधि को बढ़ावा दिया गया था। मेरे देश ने जापान और अन्य देशों से आयन झिल्ली कास्टिक सोडा प्रौद्योगिकी और उपकरण पेश किए, जिसमें 10,000 से 50,000 टन उपकरण की श्रृंखला बनाई गई। मुख्य उपकरणों में आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइजर्स, टाइटेनियम एनोड तरल परिसंचरण टैंक, डिसालिनेटेड वॉटर टैंक, वैक्यूम डिक्लोरिनेशन टावर्स, हीट एक्सचेंजर्स, पाइप और पंप आदि शामिल हैं। टाइटेनियम उपकरण और टाइटेनियम ट्यूब मुख्य रूप से एनोड तरल परिसंचरण सिस्टम, डिसालिनेटेड वॉटर सिस्टम्स, डिक्लोरिनेशन सिस्टम और चोरीरीन सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं। टाइटेनियम पंपों का उपयोग मुख्य रूप से परिष्कृत नमकीन, एनोड परिसंचारी तरल, विलवणित पानी और क्लोरीन पानी के परिवहन के लिए किया जाता है। 10,000-टन-स्तरीय उपकरणों का एक सेट लगभग 8 टन टाइटेनियम का उपयोग करता है। जून 1986 में, यंगॉक्सिया केमिकल प्लांट ने पहली बार जापान की असाही ग्लास तकनीक की शुरुआत की, जिसमें 10,000 टन कास्टिक सोडा उपकरण के वार्षिक उत्पादन के साथ। जापान द्वारा आपूर्ति किए गए तीन-आयामी इलेक्ट्रोलाइज़र और एनोड तरल टाइटेनियम पंप को छोड़कर, अन्य 6 टाइटेनियम उपकरण सभी घरेलू रूप से मिलान किए जाते हैं और जिंसी केमिकल मशीनरी प्लांट द्वारा आपूर्ति की जाती है। 1990 तक, 11 क्लोर-क्षारी पौधों ने 295,000 टन की उत्पादन क्षमता के साथ, आयन झिल्ली कास्टिक सोडा उपकरण को अपनाया था। 1995 में, चीन में आयन झिल्ली कास्टिक सोडा उपकरणों को अपनाने के साथ चीन में 27 क्लोर-क्षारी पौधे थे, जिसमें 827,000 टन की उत्पादन क्षमता थी। 2000 में, मेरे देश के क्लोर-अल्काली उद्योग की वार्षिक कास्टिक सोडा उत्पादन क्षमता 7.5 मिलियन टन, 2005 में 14.71 मिलियन टन और 2010 में 23.99 मिलियन टन थी।

आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइज़र में, कैथोड और एनोड कक्षों का तापमान लगभग 90 डिग्री है, एनोड कक्ष में क्लोरीन और नमक समाधान है, और कैथोड कक्ष में 30% ~ 35% कास्टिक सोडा समाधान है। आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइज़र का सामान्य परिचालन वर्तमान घनत्व 30 ~ 40a/dm है। ऐसी कठोर कामकाजी परिस्थितियों में, इलेक्ट्रोलाइज़र की भौतिक उपयोग और एंटी-जंग संरचना को इलेक्ट्रोलाइज़र को डिजाइन करते समय पूरी तरह से विचार किया जाना चाहिए। आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलाइज़र के एनोड भाग के लिए (एनोड और एनोड तरल के संपर्क में भाग में भाग) का उल्लेख करते हुए, दुनिया के सभी देशों ने बिना किसी अपवाद के एनोड तरल में अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के साथ टाइटेनियम धातु (या संक्षारण-प्रतिरोधी टाइटेनियम मिश्र धातु) को चुना है।

निम्नलिखित कास्टिक सोडा के लिए आयन एक्सचेंज झिल्ली का एक योजनाबद्ध आरेख है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, दो इलेक्ट्रोड को आयन एक्सचेंज झिल्ली द्वारा अलग किया जाता है। एक तरफ से खारे पानी जोड़ा जाता है और दूसरी तरफ से शुद्ध पानी जोड़ा जाता है। वर्तमान पास होने के बाद, क्लोरीन का उत्पादन एनोड साइड से किया जाता है और हाइड्रोजन का उत्पादन कैथोड साइड से किया जाता है। आयन झिल्ली केवल सोडियम आयनों को पारित करने की अनुमति देती है, इसलिए सोडियम हाइड्रॉक्साइड कैथोड की ओर से उत्पन्न होता है।

आयन झिल्ली कास्टिक सोडा प्लांट के मुख्य उपकरण इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के अलावा, मुख्य भागों में टाइटेनियम उपकरण का उपयोग किया जाता है: नमकीन प्रणाली - तरल स्तर गेज; एनोड लिक्विड सिस्टम - एनोड लिक्विड टैंक और क्लोरीन स्क्रबर; Dechlorination टॉवर, डेक्लोरिनेशन ब्राइन वितरक, इंस्ट्रूमेंट कूलर; सोडियम हाइपोक्लोराइट सिस्टम - शीतलन, अवशोषण टॉवर, वितरक; क्लोरीन सिस्टम - वेट क्लोरीन कूलर; और कीट नियंत्रण प्रणाली - हीट एक्सचेंजर और कीट नियंत्रण प्रशंसक।

(२) वेट क्लोरीन कूलर

जब कास्टिक सोडा का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलाइजिंग नमक, बड़ी मात्रा में गर्म गीला क्लोरीन उत्पन्न होता है, जिसका उपयोग केवल ठंडा और सुखाने के बाद किया जा सकता है। गर्म गीले क्लोरीन को ठंडा करने के दो तरीके हैं: एक ट्यूब कूलर का उपयोग करके सीधे पानी का छिड़काव और अप्रत्यक्ष शीतलन। डायरेक्ट कूलिंग न केवल बड़ी मात्रा में क्लोरीन युक्त क्लोरीन पानी का उत्पादन करती है, जो पर्यावरण को गंभीरता से प्रदूषित करती है, बल्कि बड़े क्लोरीन के नुकसान, उच्च सल्फ्यूरिक एसिड की खपत और खराब कार्यशाला की काम की स्थिति का कारण बनती है। अप्रत्यक्ष कूलर ग्रेफाइट कूलर, ग्लास ट्यूब कूलर, सिरेमिक कूलर, प्लास्टिक कूलर, आदि से बने होते हैं, लेकिन उन सभी को कई समस्याएं होती हैं जैसे कि खराब संक्षारण प्रतिरोध, टूटने में आसान और उम्र के लिए आसान। स्टेनलेस स्टील अप्रत्यक्ष कूलर का उपयोग केवल 8 से 10 दिनों के लिए किया जा सकता है, इससे पहले कि उन्हें मरम्मत के लिए रुकने की आवश्यकता हो। परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि टाइटेनियम एक उच्च तापमान वाले गीले क्लोरीन वातावरण में बेहद संक्षारण प्रतिरोधी है, जिसमें वार्षिक संक्षारण मात्रा 0.0025 मिमी है। क्लोर-क्षार औद्योगिक उत्पादन में टाइटेनियम कूलर का उपयोग शीतलन और सुखाने की प्रक्रिया को छोटा कर सकता है, क्लोरीन के नुकसान को कम कर सकता है, पर्यावरणीय प्रदूषण को कम कर सकता है, और संपीड़ित गैस और उच्च सूखापन के स्थिर संचालन के लिए स्थितियां बना सकता है।

1963 में, रूस ने 140 वर्गमीटर के हीट एक्सचेंज क्षेत्र के साथ टाइटेनियम क्लोरीन कूलर का उपयोग करना शुरू किया। इसने गीले क्लोरीन को व्यक्त करने के लिए टाइटेनियम पाइपलाइनों का भी उपयोग किया, जिसमें 300 ~ 600 मिमी के व्यास और 500 मीटर से अधिक की लंबाई थी। रूस के क्लोर-अल्काली उद्योग में उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी गीले क्लोरीन कूलर टाइटेनियम से बने होते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में एलाइड केमिकल कंपनी क्लोर-अल्काली उद्योग में कूलर बनाने के लिए ग्रेफाइट के बजाय टाइटेनियम का उपयोग करती है। मूल ग्रेफाइट ट्यूब को 2 ~ 3 साल के उपयोग के बाद स्क्रैप किया गया था। एक 78 वर्गमीटर टाइटेनियम कूलर शीतलन क्षमता को पूरा कर सकता है, जबकि एक ग्रेफाइट कूलर को 140 वर्गमीटर की आवश्यकता होती है।

मेरे देश में पहला टाइटेनियम कूलर 1965 में जिंसी केमिकल मशीनरी फैक्ट्री द्वारा निर्मित किया गया था। इसमें केवल 16.8 वर्गमीटर का एक छोटा हीट ट्रांसफर क्षेत्र था। 1973 के बाद से, शंघाई, तियानजिन, बीजिंग, लिआनिंग, ग्वांगडोंग और अन्य प्रांतों और शहरों में क्लोर-क्षार पौधों ने अच्छे परिणामों के साथ टाइटेनियम शेल-एंड-ट्यूब कूलर का क्रमिक रूप से उपयोग किया है। वर्तमान में मेरे देश में सैकड़ों टाइटेनियम शेल-एंड-ट्यूब कूलर हैं।

(3) पंप और वाल्व

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

बीजिंग केमिकल प्लांट नं . 2 कास्ट टाइटेनियम 6BA-12 पंप, DG100DG स्टॉप वाल्व और टाइटेनियम इम्पेलर्स ऑफ़ HTB-701L वाटर रिंग सिरेमिक वैक्यूम पंप्स इन द न्यू वैक्यूम डिक्लोरिनेशन प्रक्रिया का उपयोग करता है। इन टाइटेनियम पंपों और इम्पेलरों में एक लंबी सेवा जीवन है।