氯碱电解槽阳极钛板腐蚀与防护研究
发布时间：2021-04-07 15:24
氯碱工业是基础化学工业。氯碱生产过程安全环保有助于氯碱工业的稳健发展。然而,离子膜电解槽作为氯碱生产的核心设备,在生产过程中处于复杂的腐蚀环境中,而且其腐蚀问题时有报道。本文以某氯碱厂离子膜电解槽阳极钛板存在的腐蚀泄漏问题为出发点开展相关的研究工作,通过腐蚀电化学测试技术和表面形貌分析,研究了工业纯钛TA2分别在酸性高浓度氯化钠溶液、含不同Cl-浓度1mol/L NaOH溶液和不同温度和浓度的NaOH溶液中的腐蚀规律。此外,通过自行设计的流动腐蚀试验装置对TA2在流动条件下的腐蚀电化学行为进行了研究。主要得出以下结论:（1）在酸性高浓度氯化钠溶液中,TA2的腐蚀行为受到Cl-浓度、温度、PH值的协同影响。其对TA2腐蚀电流密度的影响大小为:PH值>温度>Cl-浓度。其对TA2阴极析氢腐蚀速率的影响大小为:PH值>Cl-浓度>温度。其对TA2自腐蚀电位的影响大小为:PH值>Cl-浓度>温度。其对TA2电荷转移电阻影响大小为:PH值>Cl-浓度>温度。（2）TA2在含不同Cl-浓度1mol/L NaOH溶液中,极化曲线的阳极有明显的钝化存在,...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２００７－２０１８年国内聚氯乙烯产能总量及增长率总量变化图??＇
?北京化工大学硕士学位论文???子膜工艺所占比例己经超过９９．６％。图１－３为氯碱工业离子膜电解槽工艺示意图。??从图中可以看出，在通电状态下，饱和盐水进入阳极室后，氯化钠被电离成钠离子??（阳离子）和氯离子（阴离子）；氯离子在阳极失电子形成氯气，而阴极的水被电离??形成氢气；当钠离子通过离子膜进入阴极，阳极的盐水浓度降低，而阴极的氢氧化??钠浓度升高形成质量分数约为４０％的氢氧化钠溶液１１７］。??ａ＊?Ｉ?．?ｈ：??９?ｌｉ?ｉｌｌ?ｊ??淡盐水?－＇－＂＇５３＂ｉ＝－?ＮａＯＨ??溶液??ｍｋ?？ｈ？?Ｘ?ｍｍ?ｍｍ?ｔａｒｎ??图１－３氯碱工业离子膜电解槽工艺示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉ?ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ?ｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ??因此离子膜电解槽内的物料介质具有易燃易爆（如氢气）、有毒（如氯气）、腐??蚀性强（如ＮａＯＨ）的特点［１８］。并且，在正常运行时电解槽是带电的，一旦设备发??生易燃易爆气体泄漏，当设备出现连电打火时是具备足够的点火能量的，这使得发??生泄漏时极易产生闪爆现象。氯碱生产过程中的安全隐患对设备、管道和垫片等附??件的材质、可靠性有很高的要求。而且电槽在长周期运行过程中，离子膜会要经受??开停车过程中的膨胀收缩［｜９］，金属离子在离子交换膜中累积，两侧压差的动态变化，??内部循环不充分带来的浓度、温度和压力差异以及极网不平整出现毛刺［２（），２１］等各种??不利因素，这样离子膜在运行中容易出现针孔，操作压力髙的阴极侧碱液（ＮａＯＨ）??就会进入压力低的阳极侧，阳极的钛材、
?第一章绪论???＂Ｕｕｉｉｎｍ??圈纖??（ａ）?（ｂ）??（ｃ）?（ｄ）??图１－４氯碱工业发生腐蚀泄漏的管线及设备??（ａ）氯气输送管线；（ｂ）电解槽阳极室；（ｃ）氯气输送管道；（ｄ）板式换热器??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉ?ｉｎｄｕｓｔｒｙ?ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ?ａｎｄ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??（ａ）?ｃｈｌｏｒｉｎｅ?ｇａｓ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ；?（ｂ）?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ?ｃｅｌｌ?ａｎｏｄｅ?ｃｈａｍｂｅｒ；?（ｃ）?ｃｈｌｏｒｉｎｅ?ｇａｓ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ；?（ｄ）?ｐｌａｔｅ?ｈｅａｔ??ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；??１．２．２氱碱离子膜电解槽阳极室腐蚀形态??离子膜电解槽阳极室的腐蚀环境复杂多变，在电解过程中会持续不断地生成氯??气，氯离子及次氯酸根离子，在温度较高（８５°Ｃ以上）时，它们对阳极钛板的腐蚀??会加剧；并且阳极室内不断进行着气液循环，这也会加剧对阳极室钛板及电极的冲??刷；一旦离子膜破损，在压力差作用下，阴极碱液会进入阳极室，对钛板造成严重??腐蚀。图１－５为某央企的氯碱离子膜电解槽阳极室腐蚀失效形貌。离子膜电解槽阳??极室的失效形式主要有三种：??（１）电偶腐蚀??不同金属相连后，在溶液中的腐蚀速度会明显加快就形成了电偶腐蚀。例如，??在电解槽长期运行过程中，橡胶垫在较高温度（９０°Ｃ左右）下，容易老化而其密封??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯碱行业循环经济发展模式在绿色发展中的应用案例[J]. 池建忠,李进,熊新阳. 中国氯碱. 2019(11)
[2]预氧化对Co-Al-W基高温合金高温氧化和热腐蚀行为的影响[J]. 高博,王磊,宋秀,刘杨,杨舒宇,千叶晶彦. 金属学报. 2019(10)
[3]我国氯碱化工高质量发展路径分析[J]. 魏珣. 化学工业. 2019(05)
[4]氯碱工业中的设备腐蚀与防护[J]. 张俊平. 中国氯碱. 2019(07)
[5]硬碳材料电极首周嵌钠过程的电化学阻抗谱研究[J]. 渠璐平,任彤,王宁,史月丽,庄全超. 化学学报. 2019(07)
[6]等效电路拟合珊瑚混凝土中钢筋锈蚀行为的电化学阻抗谱研究[J]. 达波,余红发,麻海燕,吴彰钰. 中国腐蚀与防护学报. 2019(03)
[7]氯碱离子膜抗剥离性能的影响因素[J]. 董辰生,薛帅,王学军. 氯碱工业. 2019(04)
[8]氯碱行业2018年经济运行分析及2019年市场展望[J]. 张培超. 中国石油和化工经济分析. 2019(04)
[9]电解槽的运行指标对离子膜的影响分析[J]. 乔霄峰,郭瑾. 中国氯碱. 2019(03)
[10]我国氯碱生产企业环保治理现状及建议[J]. 顾蓉. 氯碱工业. 2019(03)
博士论文
[1]不锈钢硝酸输送管道的腐蚀行为及特性研究[D]. 孔令真.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]不锈钢硝酸管道流动腐蚀行为的试验研究[D]. 张瑜.北京化工大学 2018
[2]旭化成离子膜电解装置调试和运行研究[D]. 李明杰.天津大学 2016
[3]氯碱厂电解装置废气处理的工艺技术改造研究[D]. 高荣.北京化工大学 2015
[4]膜极距电解槽制碱工艺技术研究[D]. 吴政高.北京化工大学 2014
[5]38DD350型电解槽钛板及钢板腐蚀原因分析及密封条设计[D]. 李书声.北京化工大学 2009
本文编号：3123738
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２００７－２０１８年国内聚氯乙烯产能总量及增长率总量变化图??＇
?北京化工大学硕士学位论文???子膜工艺所占比例己经超过９９．６％。图１－３为氯碱工业离子膜电解槽工艺示意图。??从图中可以看出，在通电状态下，饱和盐水进入阳极室后，氯化钠被电离成钠离子??（阳离子）和氯离子（阴离子）；氯离子在阳极失电子形成氯气，而阴极的水被电离??形成氢气；当钠离子通过离子膜进入阴极，阳极的盐水浓度降低，而阴极的氢氧化??钠浓度升高形成质量分数约为４０％的氢氧化钠溶液１１７］。??ａ＊?Ｉ?．?ｈ：??９?ｌｉ?ｉｌｌ?ｊ??淡盐水?－＇－＂＇５３＂ｉ＝－?ＮａＯＨ??溶液??ｍｋ?？ｈ？?Ｘ?ｍｍ?ｍｍ?ｔａｒｎ??图１－３氯碱工业离子膜电解槽工艺示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉ?ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ?ｉｏｎ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ??因此离子膜电解槽内的物料介质具有易燃易爆（如氢气）、有毒（如氯气）、腐??蚀性强（如ＮａＯＨ）的特点［１８］。并且，在正常运行时电解槽是带电的，一旦设备发??生易燃易爆气体泄漏，当设备出现连电打火时是具备足够的点火能量的，这使得发??生泄漏时极易产生闪爆现象。氯碱生产过程中的安全隐患对设备、管道和垫片等附??件的材质、可靠性有很高的要求。而且电槽在长周期运行过程中，离子膜会要经受??开停车过程中的膨胀收缩［｜９］，金属离子在离子交换膜中累积，两侧压差的动态变化，??内部循环不充分带来的浓度、温度和压力差异以及极网不平整出现毛刺［２（），２１］等各种??不利因素，这样离子膜在运行中容易出现针孔，操作压力髙的阴极侧碱液（ＮａＯＨ）??就会进入压力低的阳极侧，阳极的钛材、
?第一章绪论???＂Ｕｕｉｉｎｍ??圈纖??（ａ）?（ｂ）??（ｃ）?（ｄ）??图１－４氯碱工业发生腐蚀泄漏的管线及设备??（ａ）氯气输送管线；（ｂ）电解槽阳极室；（ｃ）氯气输送管道；（ｄ）板式换热器??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｏｆ?ｃｈｌｏｒ－ａｌｋａｌｉ?ｉｎｄｕｓｔｒｙ?ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ?ａｎｄ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ??（ａ）?ｃｈｌｏｒｉｎｅ?ｇａｓ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ；?（ｂ）?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ?ｃｅｌｌ?ａｎｏｄｅ?ｃｈａｍｂｅｒ；?（ｃ）?ｃｈｌｏｒｉｎｅ?ｇａｓ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ；?（ｄ）?ｐｌａｔｅ?ｈｅａｔ??ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；??１．２．２氱碱离子膜电解槽阳极室腐蚀形态??离子膜电解槽阳极室的腐蚀环境复杂多变，在电解过程中会持续不断地生成氯??气，氯离子及次氯酸根离子，在温度较高（８５°Ｃ以上）时，它们对阳极钛板的腐蚀??会加剧；并且阳极室内不断进行着气液循环，这也会加剧对阳极室钛板及电极的冲??刷；一旦离子膜破损，在压力差作用下，阴极碱液会进入阳极室，对钛板造成严重??腐蚀。图１－５为某央企的氯碱离子膜电解槽阳极室腐蚀失效形貌。离子膜电解槽阳??极室的失效形式主要有三种：??（１）电偶腐蚀??不同金属相连后，在溶液中的腐蚀速度会明显加快就形成了电偶腐蚀。例如，??在电解槽长期运行过程中，橡胶垫在较高温度（９０°Ｃ左右）下，容易老化而其密封??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯碱行业循环经济发展模式在绿色发展中的应用案例[J]. 池建忠,李进,熊新阳. 中国氯碱. 2019(11)
[2]预氧化对Co-Al-W基高温合金高温氧化和热腐蚀行为的影响[J]. 高博,王磊,宋秀,刘杨,杨舒宇,千叶晶彦. 金属学报. 2019(10)
[3]我国氯碱化工高质量发展路径分析[J]. 魏珣. 化学工业. 2019(05)
[4]氯碱工业中的设备腐蚀与防护[J]. 张俊平. 中国氯碱. 2019(07)
[5]硬碳材料电极首周嵌钠过程的电化学阻抗谱研究[J]. 渠璐平,任彤,王宁,史月丽,庄全超. 化学学报. 2019(07)
[6]等效电路拟合珊瑚混凝土中钢筋锈蚀行为的电化学阻抗谱研究[J]. 达波,余红发,麻海燕,吴彰钰. 中国腐蚀与防护学报. 2019(03)
[7]氯碱离子膜抗剥离性能的影响因素[J]. 董辰生,薛帅,王学军. 氯碱工业. 2019(04)
[8]氯碱行业2018年经济运行分析及2019年市场展望[J]. 张培超. 中国石油和化工经济分析. 2019(04)
[9]电解槽的运行指标对离子膜的影响分析[J]. 乔霄峰,郭瑾. 中国氯碱. 2019(03)
[10]我国氯碱生产企业环保治理现状及建议[J]. 顾蓉. 氯碱工业. 2019(03)
博士论文
[1]不锈钢硝酸输送管道的腐蚀行为及特性研究[D]. 孔令真.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]不锈钢硝酸管道流动腐蚀行为的试验研究[D]. 张瑜.北京化工大学 2018
[2]旭化成离子膜电解装置调试和运行研究[D]. 李明杰.天津大学 2016
[3]氯碱厂电解装置废气处理的工艺技术改造研究[D]. 高荣.北京化工大学 2015
[4]膜极距电解槽制碱工艺技术研究[D]. 吴政高.北京化工大学 2014
[5]38DD350型电解槽钛板及钢板腐蚀原因分析及密封条设计[D]. 李书声.北京化工大学 2009
本文编号：3123738
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