Η βιομηχανία χλωροαλκαλίων είναι μια χημική βιομηχανία που παράγει αέριο χλώριο και καυστική σόδα μέσω ηλεκτρολυτικού υδατικού διαλύματος άλατος. Έχει ιστορία άνω των 100 ετών και είναι επίσης η πρώτη εφαρμογή του τιτανίου στη χημική βιομηχανία. Στην παραγωγή χλωροαλκαλίων, ο εξοπλισμός τιτανίου περιλαμβάνει κυρίως ηλεκτρολύτες μεταλλικής ανόδου, ηλεκτρολύτες μεμβρανών ανταλλαγής ιόντων, σωληνοειδή ψύκτη υγρού χλωρίου, προθερμαντήρα εξευγενισμένης άλμης, πύργους αποχλωρίωσης, πύργο ψύξης και πλύσης χλωροαλκαλίων, αντλία και βαλβίδα αποχλωρίωσης κενού και άλλο εξοπλισμό τιτανίου. Αντικατέστησε τον γραφίτη ως το κύριο υλικό στους καθαριστήρες ψύξης χλωρίου τη δεκαετία του 1970. Σήμερα, το τιτάνιο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως αντιδιαβρωτικό υλικό στη βιομηχανία χλωροαλκαλίων, η ανώτερη αντοχή του στη διάβρωση το καθιστά ιδανικό για την κατασκευή μεταλλικών ανόδων και άλλου εξοπλισμού επεξεργασίας. Γιατί; Γιατί το τιτάνιο είναι δημοφιλές σε αυτόν τον τομέα; Ας ξεκινήσουμε με τον χαρακτήρα του.

Τα χαρακτηριστικά του τιτανίου
Η αντοχή στη διάβρωση είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της βιομηχανίας αλκαλίων χλωρίου. Το μέσο επεξεργασίας και οι διαβρωτικές ουσίες όπως το θειικό οξύ, το αέριο χλώριο, το υδροχλωρικό οξύ και η καυστική σόδα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία χλωροαλκαλίων θα επιφέρουν δυσμενείς επιπτώσεις στους αγωγούς και τις συσκευές. Ως εκ τούτου, ο εξοπλισμός και τα υλικά της παραγωγής χλωροαλκαλίων θέτουν υψηλότερες απαιτήσεις για αντοχή στη διάβρωση. Το κράμα τιτανίου έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, υψηλή αντοχή, μικρό βάρος και καλή σταθερότητα, οπότε προτιμάται στην παραγωγή της βιομηχανίας χλωροαλκαλίων.

Το τιτάνιο χρησιμοποιείται συχνά σε εξαιρετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα και αυτό το καθιστά καταλληλότερο από άλλα μέταλλα για τέτοιες εφαρμογές, ειδικά όταν αναπτύσσουν ένα παθητικό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια. Αυτό το φιλμ αποτελείται από κρυσταλλικά υλικά, τα οποία έχουν υψηλή ακεραιότητα και προσκόλληση. Όταν ένα κράμα τιτανίου υποστεί ζημιά, το παθητικό φιλμ επουλώνεται μόνο του. Επιπλέον, η ανοδίωση είναι μια αποτελεσματική διαδικασία για την ενίσχυση της προστατευτικής μεμβράνης στο τιτάνιο. Παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό και στους υδρογονάνθρακες. Επιπλέον, το τιτάνιο παρουσιάζει ισχυρή τάση παθητικοποίησης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να σχηματίσει ένα σταθερό οξειδωτικό φιλμ στον αέρα ή σε υδατικό διάλυμα. Ως εκ τούτου, η χρήση κραμάτων τιτανίου για διεργασίες χλωρίωσης μπορεί να ωφελήσει σημαντικά τη βιομηχανία. Τα κράματα τιτανίου έχουν επίσης εξαιρετική ολκιμότητα, διαμορφωσιμότητα, αντοχή και δυνατότητα συγκόλλησης. Το τιτάνιο έχει χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τον ανθρακούχο χάλυβα και τον χαλκό, οπότε τα τοιχώματά του μπορούν να είναι λεπτότερα. Η καλή αντοχή του τιτανίου στη διάβρωση σημαίνει επίσης ότι η επιφάνεια δεν είναι ευαίσθητη στην απολέπιση, μειώνοντας τη θερμική αντίσταση. Επιπλέον, το κράμα τιτανίου είναι ικανό να χρησιμοποιείται σε θερμοκρασίες έως 600°C για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Σε οξειδωτικές συνθήκες που περιέχουν χλωρίδια, το τιτάνιο παρουσιάζει αντοχή στη διάβρωση συγκρίσιμη με το ταντάλιο και ανώτερη από τον ανοξείδωτο χάλυβα και τα κράματα με βάση το νικέλιο. Η διάβρωση του καθαρού τιτανίου 100% είναι φτωχή υπό την προϋπόθεση αναγωγικού οξέος, ενώ το κράμα τιτανίου που περιέχει παλλάδιο όχι μόνο ενισχύει την αντοχή του τιτανίου στη διάβρωση υπό την προϋπόθεση αναγωγικού μέσου, αλλά διατηρεί επίσης την αντοχή του στη διάβρωση υπό την προϋπόθεση της οξείδωσης. Σχηματίζει ένα παθητικό φιλμ οξειδίου στην επιφάνειά του, το οποίο βελτιώνει την αντοχή του στη διάβρωση.

Εφαρμογές του τιτανίου στη βιομηχανία αλκαλίων χλωρίου

  • Μεταλλική άνοδος
    Οι διεργασίες παραγωγής χλωροαλκαλίων περιλαμβάνουν την ηλεκτρόλυση με υδράργυρο, την ηλεκτρόλυση με διάφραγμα και την ηλεκτρόλυση με μεμβράνη ιόντων. Στο παρελθόν, η άνοδος γραφίτη χρησιμοποιήθηκε για την άνοδο της χλωροαλκαλίου. Το 1956, ο Ολλανδός Henry. H. Beer πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση μεταλλικών ανόδων στον ηλεκτρολύτη μεμβράνης, που ονομάζονται επίσης διαστατικά σταθερές άνοδοι (DSA), και απέκτησε δικαίωμα ευρεσιτεχνίας το 1965. Οι διαστατικά σταθερές άνοδοι είναι ηλεκτρόδια επικαλυμμένα με οξείδιο ευγενών μετάλλων της ομάδας της πλατίνας σε υποστρώματα τιτανίου. Το 1968, η ιταλική εταιρεία DeNore πραγματοποίησε για πρώτη φορά τη βιομηχανοποίηση της ανόδου τιτανίου στη βιομηχανία χλωροαλκαλίων.
    Από τη δεκαετία του 1970, οι ηλεκτρολύτες μεταλλικής ανόδου (DSA) και οι ηλεκτρολύτες ιοντικού φιλμ άρχισαν να αντικαθιστούν τους ηλεκτρολύτες ανόδου γραφίτη και, κατά συνέπεια, ο ψύκτης γραφίτη αντικαταστάθηκε από τον ψύκτη υγρού χλωρίου τιτανίου. Ο κύριος εξοπλισμός περιλαμβάνει ηλεκτρολύτη μεμβράνης ιόντων, ανοδικό τιτάνιο δεξαμενή κυκλοφορίας υγρών, δεξαμενή ελαφρού θαλασσινού νερού, πύργος αποχλωρίωσης κενού, εναλλάκτης θερμότητας, σωλήνας και βαλβίδα αντλίας, κ.λπ. Σωλήνας τιτανίου και ο εξοπλισμός χρησιμοποιούνται κυρίως σε συστήματα κυκλοφορίας ανοδικού υγρού, συστήματα ελαφρού αλμυρού νερού, συστήματα αποχλωρίωσης, συστήματα παροχής υγρού αερίου χλωρίου και συστήματα κυκλοφορίας χλωριούχου νερού. Μια αντλία τιτανίου χρησιμοποιείται κυρίως για τη μεταφορά εξευγενισμένης άλμης, ανοδικού υγρού κυκλοφορίας, ελαφριάς άλμης και χλωριούχου νερού κ.λπ. Σε σύγκριση με την ηλεκτρολυτική κυψέλη ανόδου γραφίτη, η ηλεκτρολυτική κυψέλη ανόδου μετάλλου διαφράγματος μπορεί να εξοικονομήσει 100-200 kW/h ηλεκτρικής ενέργειας παράγοντας 1t καυστικής σόδας.
    Στον ηλεκτρολύτη ιοντικής μεμβράνης, η θερμοκρασία των θαλάμων ανόδου και καθόδου είναι περίπου 90 ℃, ο θάλαμος ανόδου είναι γεμάτος με διάλυμα χλωρίου και αλατιού και ο θάλαμος καθόδου έχει διάλυμα καυστικής σόδας 30%-35%. Η πυκνότητα ρεύματος λειτουργίας είναι 30-40A /dm. Κάτω από τέτοιες σκληρές συνθήκες, η αντοχή του υλικού στη διάβρωση πρέπει να είναι επαρκής στο σχεδιασμό του ηλεκτρολύτη. Το τμήμα ανόδου (άνοδος και τμήμα επαφής ανοδικού υγρού) του ηλεκτρολύτη ιοντικής μεμβράνης είναι κυρίως κράμα τιτανίου με καλή αντοχή στη διάβρωση. Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό του ηλεκτρολύτη, ο εξοπλισμός τιτανίου χρησιμοποιείται κυρίως στα ακόλουθα μέρη: σύστημα άλμης - μετρητής στάθμης υγρού- σύστημα ανοδικού υγρού - δεξαμενή ανοδικού υγρού και πύργος πλύσης χλωρίου- σύστημα φρέσκου αλμυρού νερού - πύργος αποχλωρίωσης, διανομέας φρέσκου αλμυρού νερού, ψυγείο οργάνων- σύστημα υποχλωριώδους νατρίου - ψύξη, πύργος απορρόφησης, διανομέας- σύστημα αερίου χλωρίου - ψυγείο υγρού αερίου χλωρίου- σύστημα πρόληψης κινδύνων - εναλλάκτης θερμότητας, ανεμιστήρας.
  • Υγρός ψύκτης αερίου χλωρίου
    Όταν το ηλεκτρολυτικό αλάτι παράγει καυστική σόδα, παράγεται μεγάλη ποσότητα θερμού υγρού αερίου χλωρίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μετά από ψύξη και επεξεργασία ξήρανσης. Υπάρχουν δύο τρόποι για την ψύξη του θερμού και υγρού χλωρίου: άμεσος ψεκασμός νερού και έμμεση ψύξη με σωληνοειδή ψύκτη. Η άμεση ψύξη όχι μόνο θα παράγει μεγάλη ποσότητα νερού χλωρίου που περιέχει χλώριο, ρύπανση του περιβάλλοντος και περισσότερες απώλειες χλωρίου, κατανάλωση θειικού οξέος. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το τιτάνιο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση σε υψηλή θερμοκρασία στο περιβάλλον υγρού αερίου χλωρίου και η ετήσια διάβρωσή του είναι 0,0025mm. Ως εκ τούτου, η χρήση του ψυγείου τιτανίου Η βιομηχανική παραγωγή χλωροαλκαλίων μπορεί να συντομεύσει τη διαδικασία ψύξης και ξήρανσης, να μειώσει την απώλεια αερίου χλωρίου και τη ρύπανση του περιβάλλοντος και να δημιουργήσει ευνοϊκές συνθήκες για τη σταθερή λειτουργία του συμπιεσμένου αερίου και την ακραία ξήρανση.
  • Αντλία & βαλβίδα
    Στην παραγωγή αερίου χλωρίου με ηλεκτρόλυση μεμβράνης και ηλεκτρόλυση υδραργύρου, οι αντλίες από κράματα τιτανίου που χρησιμοποιούνται στο υποχλωριώδες κάλιο και το υποχλωριώδες νάτριο είναι οικονομικές. Η Georgia-pifik Company χρησιμοποιεί μια αντλία τιτανίου για την άντληση αλατούχου διαλύματος 85℃, το οποίο περιέχει 270~320g/L NaCl, κρυστάλλωση NaCl και περισσότερο από 0,5g/L ελεύθερο χλώριο. Η διάρκεια ζωής της αντλίας τιτανίου είναι έως και 10 έτη.

Γράψτε το τελευταίο
Μπορούμε να πούμε ότι το κράμα τιτανίου είναι το πλέον προτιμώμενο μέταλλο στη βιομηχανία χλωροαλκαλίων. Υπάρχουν επίσης ορισμένα προβλήματα: Οι μηχανικοί θα πρέπει να βασίζονται στις πραγματικές συνθήκες, τη θέση του εξαρτήματος και αν υπάρχει ανάγκη για κατεργασία κ.λπ. Σε γενικές γραμμές, το τιτάνιο δεν παράγει ενδοκοκκώδη διάβρωση και διάβρωση λόγω τάσης, αλλά είναι επιρρεπές στη διάβρωση από ρωγμές, ειδικά η ρωγμή με πλάτος περίπου 0,5 mm. Για εκείνα τα μέρη που είναι επιρρεπή στη διάβρωση, το κράμα παλλαδίου τιτανίου ή η επιμετάλλωση παλλαδίου είναι η καλύτερη επιλογή.
Αν και το τιτάνιο είναι ένα μέταλλο ανθεκτικό στη διάβρωση, δεν είναι κατάλληλο για όλα τα χημικά διαβρωτικά μέσα. Ακόμη και για το ίδιο μέσο, η αντοχή του στη διάβρωση σχετίζεται επίσης με τη συγκέντρωση του μέσου και τη θερμοκρασία. Το τιτάνιο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ξηρό αέριο χλώριο, διότι ακόμη και αν η θερμοκρασία σε ένα περιβάλλον ξηρού αερίου χλωρίου είναι κάτω από το μηδέν, θα υπάρξει μια σχετικά βίαιη χημική αντίδραση, η οποία θα παράγει τεράστια θερμότητα, η οποία μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι το τιτάνιο έχει καλή σταθερότητα σε αέριο χλώριο, η περιεκτικότητα σε νερό του αερίου χλωρίου δεν μπορεί να υπερβαίνει το 0,5%.