Хлорно-щелочная промышленность - это химическая отрасль, которая производит газообразный хлор и каустическую соду путем электролиза водного раствора соли. Ее история насчитывает более 100 лет, и это также самое раннее применение титана в химической промышленности. В хлорно-щелочном производстве титановое оборудование в основном включает электролизеры с металлическим анодом, электролизеры с ионообменной мембраной, трубчатый охладитель мокрого хлора, подогреватель очищенного рассола, башни дехлорирования, башни охлаждения и промывки хлора, вакуумный насос и клапан дехлорирования и другое титановое оборудование. В 1970-х годах он заменил графит в качестве основного материала в скрубберах для охлаждения хлора. В настоящее время титан широко используется в качестве антикоррозионного материала в хлорно-щелочной промышленности, его превосходная коррозионная стойкость делает его идеальным материалом для изготовления металлических анодов и другого технологического оборудования. Почему? Почему титан популярен в этой области? Начнем с его свойств.

Характеристики титана
Коррозионная стойкость - важная характеристика хлорно-щелочной промышленности. Технологическая среда и агрессивные вещества, такие как серная кислота, хлорный газ, соляная кислота и каустическая сода, используемые в хлорно-щелочной промышленности, оказывают негативное воздействие на трубопроводы и устройства. Поэтому к оборудованию и материалам хлорно-щелочного производства выдвигаются повышенные требования по коррозионной стойкости. Титановый сплав обладает отличной коррозионной стойкостью, высокой прочностью, малым весом и хорошей стабильностью, поэтому его предпочитают использовать в хлорно-щелочной промышленности.

Титан часто используется в чрезвычайно агрессивных средах, поэтому он лучше других металлов подходит для таких применений, особенно когда на его поверхности образуется пассивная оксидная пленка. Эта пленка состоит из кристаллических материалов, которые обладают высокой целостностью и адгезией. При повреждении титанового сплава пассивная пленка восстанавливается самостоятельно. Кроме того, анодирование является эффективным процессом для усиления защитной пленки на титане. Он демонстрирует отличную коррозионную стойкость в морской воде и углеводородах. Кроме того, титан проявляет сильную склонность к пассивации, что означает, что он может образовывать устойчивую окислительную пленку на воздухе или в водном растворе. Таким образом, использование титановых сплавов для процессов хлорирования может принести большую пользу промышленности. Титановые сплавы также обладают отличной пластичностью, формуемостью, прочностью и свариваемостью. Титан обладает более низкой теплопроводностью, чем углеродистая сталь и медь, поэтому его стенки могут быть более тонкими. Хорошая коррозионная стойкость титана также означает, что его поверхность не подвержена образованию налета, что снижает термическое сопротивление. Кроме того, титановый сплав можно использовать при температурах до 600°C в течение длительного времени.

В окислительных условиях, содержащих хлорид, титан проявляет коррозионную стойкость, сравнимую с танталом и превосходящую нержавеющую сталь и сплавы на основе никеля. Коррозия чистого титана 100% плохо протекает в условиях восстановительной кислоты, в то время как титановый сплав, содержащий палладий, не только повышает коррозионную стойкость титана в условиях восстановительной среды, но и сохраняет коррозионную стойкость в условиях окисления. Он образует на своей поверхности пассивную оксидную пленку, которая повышает его коррозионную стойкость.

Применение титана в хлорно-щелочной промышленности

  • Металлический анод
    Процессы производства хлорщелочи включают ртутный электролиз, диафрагменный электролиз и ионный мембранный электролиз. В прошлом для анода хлорной щелочи использовался графитовый анод. В 1956 году голландец Генри. Х. Бир впервые предложил использовать в мембранном электролизере металлические аноды, также называемые размерно-стабильными (DSA), и получил на них патент в 1965 году. Габаритно-стабильные аноды представляют собой электроды, покрытые оксидом благородного металла платиновой группы на титановой подложке. В 1968 году итальянская компания DeNore впервые осуществила промышленное внедрение титанового анода в хлорно-щелочной промышленности.
    С 1970-х годов электролизеры с металлическим анодом (DSA) и электролизеры с ионной пленкой стали вытеснять электролизеры с графитовым анодом, соответственно, графитовый охладитель был заменен титановым охладителем мокрого хлора. Основное оборудование включает в себя ионный мембранный электролизер, титан анодный резервуар для циркуляции жидкости, резервуар для светлой соленой воды, вакуумная дехлорационная башня, теплообменник, трубы и клапаны насосов и т.д. Титановая труба и оборудование в основном используются в системах циркуляции анодной жидкости, системах легкой соленой воды, системах дехлорирования, системах подачи влажного хлорного газа и системах циркуляции хлорной воды. Титановый насос в основном используется для транспортировки рафинированного рассола, анодной циркуляционной жидкости, легкого рассола, хлорной воды и т. д. По сравнению с электролитической ячейкой с графитовым анодом, электролитическая ячейка с диафрагменным металлическим анодом позволяет экономить 100-200 кВт/ч электроэнергии при производстве 1 т каустической соды.
    В ионном мембранном электролизере температура анодной и катодной камер составляет около 90℃, анодная камера заполнена раствором хлора и соли, а катодная камера - раствором каустической соды 30%-35%. Плотность рабочего тока составляет 30-40 А/дм. В таких жестких условиях конструкция электролизера должна обладать достаточной коррозионной стойкостью материала. Анодная часть (анод и анодный жидкий контакт) ионно-пленочного электролизера в основном состоит из титанового сплава с хорошей коррозионной стойкостью. Помимо основного оборудования электролизера, титановое оборудование в основном используется в следующих частях: система рассола - датчик уровня жидкости; система анодной жидкости - бак анодной жидкости и хлоромоечная башня; система пресной соленой воды - башня дехлорирования, распределитель пресной соленой воды, охладитель приборов; система гипохлорита натрия - охладитель, абсорбционная башня, распределитель; система хлорного газа - охладитель мокрого хлорного газа; система предотвращения риска - теплообменник, вентилятор.
  • Мокрый охладитель хлорного газа
    При производстве каустической соды электролитическим способом образуется большое количество горячего влажного хлорного газа, который может быть использован после охлаждения и сушки. Существует два способа охлаждения горячего и влажного хлора: прямое распыление воды и косвенное охлаждение трубчатым охладителем. Прямое охлаждение приведет не только к образованию большого количества хлорсодержащей хлорной воды, загрязнению окружающей среды, но и к большим потерям хлора, расходу серной кислоты. Результаты экспериментов показывают, что титан чрезвычайно устойчив к коррозии при высокой температуре в среде влажного хлорного газа, а его годовая коррозия составляет 0,0025 мм. Поэтому использование титанового охладителя хлорно-щелочного промышленного производства позволяет сократить процесс охлаждения и сушки, уменьшить потери хлорного газа и загрязнение окружающей среды, а также создать благоприятные условия для стабильной работы сжатого газа и экстремальной сушки.
  • Насос и клапан
    При производстве хлорного газа методом мембранного электролиза и ртутного электролиза насосы из титановых сплавов, используемые в гипохлорите калия и гипохлорите натрия, являются экономичными. Компания Georgia-pifik использует титановый насос для перекачивания 85℃ солевого раствора, который содержит 270~320 г/л NaCl, кристаллизацию NaCl и более 0,5 г/л свободного хлора. Срок службы титанового насоса составляет до 10 лет.

Напишите в последнем
Можно сказать, что титановый сплав является наиболее предпочтительным металлом в хлорно-щелочной промышленности. Но есть и некоторые проблемы: Прежде всего, различные марки титанового сплава отличаются по коррозионной стойкости, производительности обработки и т.д., инженеры должны исходить из реальных условий, расположения детали и необходимости обработки и т.д. Как правило, титан не вызывает межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением, но он склонен к щелевой коррозии, особенно к щелям шириной около 0,5 мм. Для тех деталей, которые подвержены коррозии, лучше всего подходит титано-палладиевый сплав или палладиевое покрытие.
Хотя титан является коррозионностойким металлом, он подходит не для всех химических агрессивных сред. Даже в одной и той же среде его коррозионная стойкость зависит от концентрации и температуры среды. Титан нельзя использовать в сухом хлорном газе, потому что даже если температура в среде сухого хлорного газа ниже нуля, будет происходить довольно бурная химическая реакция с выделением большого количества тепла, что может привести к пожару. Для того чтобы обеспечить хорошую стабильность титана в хлорном газе, содержание воды в хлорном газе не должно превышать 0,5%.