염소-알칼리 산업은 전해염 수용액을 사용하여 염소 가스와 가성 소다를 생산하는 화학 산업입니다. 100년 이상의 역사를 가지고 있으며 화학 산업에서 티타늄을 가장 먼저 적용한 산업이기도 합니다. 염소-알칼리 생산에서 티타늄 장비에는 주로 금속 양극 전해기, 이온 교환막 전해기, 관형 습식 염소 냉각기, 정제 염수 예열기, 탈염소화 타워, 염소-알칼리 냉각 및 세척 타워, 진공 탈염소화 펌프 및 밸브 및 기타 티타늄 장비가 포함됩니다. 1970년대에 염소 냉각 스크러버의 주요 재료로 흑연을 대체했습니다. 오늘날 티타늄은 염소-알칼리 산업에서 널리 사용되는 부식 방지 재료로, 우수한 내식성으로 인해 금속 양극 및 기타 가공 장비를 만드는 데 이상적입니다. 왜 그럴까요? 티타늄이 이 분야에서 인기 있는 이유는 무엇일까요? 티타늄의 특성부터 살펴보겠습니다.

티타늄의 특성
내식성은 염소 알칼리 산업에서 중요한 특징입니다. 염소 알칼리 산업에 사용되는 황산, 염소 가스, 염산 및 가성 소다와 같은 공정 매체 및 부식성 물질은 파이프 라인과 장치에 악영향을 미칩니다. 따라서 염소 알칼리 생산의 장비와 재료는 내식성에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 티타늄 합금은 내식성이 우수하고 강도가 높으며 가볍고 안정성이 우수하여 염소 알칼리 산업 생산에 선호됩니다.

티타늄은 부식성이 매우 강한 환경에서 자주 사용되며, 특히 표면에 수동 산화막이 형성되는 경우 다른 금속보다 이러한 용도에 더 적합합니다. 이 필름은 무결성과 접착력이 높은 결정질 재료로 구성되어 있습니다. 티타늄 합금이 손상되면 패시브 필름이 스스로 치유됩니다. 또한 아노다이징은 티타늄의 보호막을 강화하는 데 효과적인 공정입니다. 티타늄은 바닷물 및 탄화수소에 대한 내식성이 우수합니다. 또한 티타늄은 부동태화 경향이 강하여 공기 또는 수용액에서 안정적인 산화막을 형성할 수 있습니다. 따라서 염소화 공정에 티타늄 합금을 사용하면 산업에 큰 도움이 될 수 있습니다. 티타늄 합금은 또한 연성, 성형성, 강도 및 용접성이 우수합니다. 티타늄은 탄소강과 구리보다 열전도율이 낮기 때문에 벽을 더 얇게 만들 수 있습니다. 티타늄의 우수한 내식성은 또한 표면이 스케일링에 취약하지 않아 열 저항을 감소시킵니다. 또한 티타늄 합금은 최대 600°C의 온도에서 장시간 사용할 수 있습니다.

염화물을 포함하는 산화 조건에서 티타늄은 탄탈륨에 필적하는 내식성을 나타내며 스테인리스 스틸 및 니켈 기반 합금보다 우수합니다. 100% 순수 티타늄의 부식은 환원산 조건에서 열악한 반면, 팔라듐을 함유한 티타늄 합금은 환원 매체 조건에서 티타늄의 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라 산화 조건에서도 내식성을 유지합니다. 표면에 수동 산화막을 형성하여 부식에 대한 내성을 향상시킵니다.

염소 알칼리 산업에서 티타늄의 응용 분야

  • 금속 양극
    염소-알칼리 생산 공정에는 수은 전기 분해, 다이어프램 전기 분해 및 이온 막 전기 분해가 포함됩니다. 과거에는 흑연 양극이 염소-알칼리 양극에 사용되었습니다. 1956년 네덜란드인 Henry. H. Beer는 멤브레인 전해조에서 금속 음극을 사용하는 것을 처음 제안했으며, 1965년 치수 안정 음극(DSA)이라고도 불렀고 특허권을 획득했습니다. 치수 안정 음극은 티타늄 기판 위에 백금족 귀금속 산화물로 코팅된 전극입니다. 1968년 이탈리아의 DeNore사는 염소-알칼리 산업에서 티타늄 음극의 산업화를 처음으로 실현했습니다.
    1970년대부터 금속 음극(DSA) 전해조와 이온막 전해조가 흑연 음극 전해조를 대체하기 시작했고, 이에 따라 흑연 냉각기는 티타늄 습식 염소 냉각기로 대체되었습니다. 주요 장비로는 이온막 전해조가 있습니다, 티타늄 양극 액체 순환 탱크, 경염수 탱크, 진공 탈염탑, 열교환기, 파이프 및 펌프 밸브 등. 티타늄 파이프 및 장비는 주로 양극 액체 순환 시스템, 경염수 시스템, 탈염 시스템, 습식 염소 가스 전달 시스템 및 염소수 순환 시스템에 사용됩니다. 티타늄 펌프는 주로 정제 염수, 양극 순환 액체, 경염수 및 염소수 등을 운반하는 데 사용됩니다. 흑연 양극 전해 전지와 비교하여 다이어프램 금속 양극 전해 전지는 1t의 가성 소다를 생산하여 100-200kW/h의 전기를 절약할 수 있습니다.
    이온 막 전해조에서 양극 및 음극 챔버의 온도는 약 90 ℃이고 양극 챔버는 염소 및 소금 용액으로 채워지고 음극 챔버에는 30%-35% 가성 소다 용액이 있습니다. 작동 전류 밀도는 30-40A / dm입니다. 이러한 가혹한 조건에서 전해조 설계 시 재료의 내식성이 충분해야 합니다. 이온막 전해조의 양극 부분(양극 및 양극 액체 접촉 부분)은 대부분 내식성이 좋은 티타늄 합금입니다. 주요 장비 전해조 외에도 티타늄 장비는 주로 염수 시스템 - 액체 레벨 게이지; 양극 액체 시스템 - 양극 액체 탱크 및 염소 세척 타워; 담수 시스템 - 탈염 탑, 담수 분배기, 기기 냉각기; 차아 염소산 나트륨 시스템 - 냉각, 흡수 탑, 분배기; 염소 가스 시스템 - 습식 염소 가스 냉각기; 위험 방지 시스템 - 열교환기, 팬.
  • 습식 염소 가스 냉각기
    전해염이 가성 소다를 생성하면 다량의 고온 습식 염소 가스가 생성되어 냉각 및 건조 처리 후 사용할 수 있습니다. 고온 및 습식 염소를 냉각하는 방법에는 직접 물 분무와 관형 냉각기에 의한 간접 냉각의 두 가지 방법이 있습니다. 직접 냉각은 다량의 염소 함유 염소수, 환경 오염, 더 많은 염소 손실, 황산 소비를 생성 할뿐만 아니라 염소를 함유 한 염소수를 생성합니다. 실험 결과에 따르면 티타늄은 습식 염소 가스 환경에서 고온에서 부식에 매우 강하며 연간 부식은 0.0025mm입니다. 따라서 티타늄 냉각기 염소 알칼리 산업 생산을 사용하면 냉각 및 건조 공정을 단축하고 염소 가스 및 환경 오염의 손실을 줄이며 압축 가스의 안정적인 작동과 극한 건조에 유리한 조건을 만들 수 있습니다.
  • 펌프 및 밸브
    막 전기 분해 및 수은 전기 분해에 의한 염소 가스 생산에서 차아 염소산 칼륨 및 차아 염소산 나트륨에 사용되는 티타늄 합금으로 만든 펌프는 경제적입니다. 조지아 피픽 회사는 티타늄 펌프를 사용하여 270~320g/L NaCl, NaCl 결정화 및 0.5g/L 이상의 유리 염소를 포함하는 85°C 소금 용액을 펌핑합니다. 티타늄 펌프의 수명은 최대 10년입니다.

마지막
티타늄 합금은 염소-알칼리 산업에서 가장 선호되는 금속이라고 말할 수 있습니다. 몇 가지 문제도 있습니다: 우선, 티타늄 합금의 다른 등급은 내식성 및 가공 성능 등이 다르며 엔지니어는 실제 조건, 부품 위치 및 가공의 필요성 여부 등을 기반으로해야합니다. 일반적으로 티타늄은 입계 및 응력 부식을 일으키지 않지만 틈새 부식, 특히 폭이 약 0.5mm 인 틈새 부식이 발생하기 쉽습니다. 부식이 발생하기 쉬운 부품의 경우 티타늄 팔라듐 합금 또는 팔라듐 도금이 최선의 선택입니다.
티타늄은 부식에 강한 금속이지만 모든 화학 부식성 매체에 적합하지는 않습니다. 동일한 매체의 경우에도 내식성은 매체의 농도 및 온도와 관련이 있습니다. 건식 염소 가스 환경의 온도가 영하로 떨어지더라도 상대적으로 격렬한 화학 반응이 일어나 큰 열이 발생하여 화재를 일으킬 수 있기 때문에 건식 염소 가스에는 티타늄을 사용할 수 없습니다. 티타늄이 염소 가스에서 좋은 안정성을 갖도록 하기 위해 염소 가스의 수분 함량은 0.5%를 초과할 수 없습니다.