화학 산업에서 티타늄 적용 : 클로어 알칼리

클로르 알칼리 산업은 소금물 용액을 전해하여 염소와 가성 소다를 생산하는 화학 산업입니다. 그것은 100 년이 넘는 역사를 가지고 있으며 티타늄을 사용하는 화학 산업에서 가장 초기의 산업이기도합니다. 클로르 알칼리 생산에 사용되는 티타늄 장비에는 주로 금속 양극 전해기, 이온 막 전해저, 관형 습식 염소 냉각기, 정제 된 염수 예열기, 탈염 냉각 타워, 클로어 알칼리 냉각 및 세척 타워, 진공 탈염 펌프 및 밸브 및 기타 티타늄 장비가 포함됩니다.

(1) 금속 양극

클로르-알칼리 생산 공정에는 수은 전기 분해, 다이어프램 전기 분해 및 이온 막 전기 분해가 포함됩니다. 과거에는 흑연 양극이 항상 클로르 알칼리 양극에 사용되었습니다. 1956 년, 네덜란드 인 Henry Beer는 전해 세포에서 치수 적으로 안정적인 양극 (DSA)으로도 알려진 금속 양극의 사용을 제안하고 1965 년에는 특허를 얻었습니다. 치수 적으로 안정적인 양극은 티타늄 기판에서 수백기의 수석 산화물로 코팅 된 전극입니다. 1968 년 이탈리아 회사 인 Denore는 먼저 클로르 알칼리 산업에서 티타늄 양극의 산업화를 깨달았습니다. 1970 년경, 미국, 이탈리아, 일본, 독일, 프랑스 및 기타 국가는 흑연 양극 대신 금속 양극으로 빠르게 전환되었습니다. 일본에서는 수천 톤의 티타늄 재료가 금속 양극의 기본 재료로 사용되었습니다. 10,000 톤의 가성 소다를 생산하려면 약 5 톤의 티타늄 재료가 필요합니다.

우리 나라의 클로르 알칼리 산업의 발전으로 가성 소다 생산을위한 주요 장비 (전해기)는 세 가지 주요 변화를 겪었습니다. 첫 번째 변화는 수평 탱크를 수직 탱크로 교체하는 것이 었습니다. 1960 년대 초 (수직 흡착 다이어프램 전해기)의 사용은 전통적인 수평 탱크를 대체하여 1966 년에 1957 년에 193,000 톤에서 693,000 톤으로 3.6 배의 증가한 가성 소다 생산을 크게 증가 시켰습니다.

두 번째 변화는 흑연 양극 전해 세포를 금속 양극 전해 세포로 대체하는 것이었다. 1970 년대에는 금속 양극 (DSA)이 흑연 양극을 대체하는 데 사용되었습니다. 우리나라는 1972 년 상하이 티아 료 화학 플랜트와 티안 진 화학 플랜트에서 티타늄 양극을 테스트하기 시작했으며 1973 년에 20m3 금속 양극 다이어프램 전해 세포를 테스트하기 시작했습니다. 1974 년 이래 30m3 금속 양극 전해 세포가 점차 사용되었습니다. 1978 년,이 나라는 40 만 톤의 다이어프램 가성 소다의 금속 양극 기술 변환 과제를 수행했습니다. 1981 년 현재, 총 1,217 개의 금속 양극 전해 세포를 사용하여 17 개의 클로어 알칼리 식물이 있었으며, 670,000 톤의 가성 탄산 음료의 다이어프램 금속 양극 생산 용량을 형성하여 국가의 부하 소다 생산 능력의 30%, 95,000 톤의 DSA를 사용하여 수은 전기 분해 용량을 차지했습니다. 1996 년 현재, 미국에는 총 8,409 개의 금속 양극 다이어프램 전해 세포를 가진 99 개의 클로어 알칼리 식물이 있었으며, 연간 420 만 톤의 가성 소다의 가성 소다 생산 능력의 70%를 차지했습니다. 금속 양극 전해 세포 자체를 제조하는 Tianyuan, Tianhua, Dagu Chemical 등과 같은 몇 개의 대형 화학 식물을 제외하고는 대부분 베이징 화학 기계 공장 및 Shanghai 4805 공장과 같은 전문 공장에서 제조 및 공급됩니다.

세 번째 변화는 이온 막 전해질을 사용하는 것이었다. 1980 년대 중반, 에너지 절약 및 효율적인 이온 막 방법은 가성 소다를 생산하기 위해 촉진되었습니다. 우리 나라는 일본과 다른 국가에서 이온 막 가성 소다 기술과 장비를 도입하여 일련의 10,000 ~ 50,000 톤의 장비를 형성했습니다. 주요 장비에는 이온 막 전해질, 티타늄 양극 액체 순환 탱크, 탈염수 탱크, 진공 탈염수화 타워, 열 교환기, 파이프 및 펌프 등이 포함됩니다. 티타늄 장비 및 티타늄 튜브는 주로 액체 순환 시스템, 탈염수 시스템, 습식 클로린 가스 전달 시스템 및 클로린 가스 전달 시스템에 사용됩니다. 티타늄 펌프는 주로 정제 된 소금물, 양극 순환 액체, 탈염수 및 염소 물을 운반하는 데 사용됩니다. 10,000 톤의 장비 세트는 약 8 톤의 티타늄을 사용합니다. 1986 년 6 월, Yanguoxia Chemical Plant는 연간 10,000 톤의 가성 소다 장비를 생산하면서 일본의 아사히 유리 기술을 처음으로 소개했습니다. 일본에서 공급하는 3 차원 전해저 및 양극 전해저 및 양극 액체 리 액체 티타늄 펌프를 제외하고, 다른 6 개의 티타늄 장비는 모두 Jinxi Chemical Machinery Plant와 국내에서 일치하고 공급됩니다. 1990 년까지 11 개의 클로르 알칼리 식물은 295,000 톤의 생산 능력으로 이온 막 가성 소다 장비를 채택했습니다. 1995 년에는 중국에 27 개의 클로어 알칼리 식물이 827,000 톤의 생산 능력을 가진 이온 멤브레인 가성 소다 장비를 채택했습니다. 2000 년에 우리 나라의 클로르 알칼리 산업의 연간 가성 소다 생산 능력은 2005 년에 750 만 톤, 2010 년에는 1,470 만 톤, 2,399 만 톤이었습니다.

이온 막 전해저에서, 음극 및 양극 챔버의 온도는 약 90도이며, 양극 챔버에는 염소 및 염 용액이 있으며, 캐소드 챔버에는 30% ~ 35% 가성 소다 용액이 있습니다. 이온 막 전해저의 일반적인 작동 전류 밀도는 30 ~ 40a/dm?입니다. 이러한 가혹한 작업 조건 하에서 전해기를 설계 할 때 전해저의 재료 사용 및 반응 방지 구조를 완전히 고려해야합니다. 이온 막 전해저 (양극 및 양극 액체와 접촉하는 부분)의 양극 부분의 경우, 세계의 모든 국가는 예외없이 양극 액체에서 양호한 부식성을 갖는 티타늄 금속 (또는 부식 내성 티타늄 합금)을 선택했습니다.

다음은 가성 소다에 대한 이온 교환 막의 개략도입니다. 그림에 도시 된 바와 같이, 2 개의 전극은 이온 교환 막에 의해 분리된다. 바닷물은 한쪽에서 첨가되고 순수한 물은 다른 쪽에서 첨가됩니다. 전류가 통과 한 후, 염소는 양극 측에서 생성되고 수소는 음극쪽으로 생성됩니다. 이온 막은 나트륨 이온 만 통과 할 수있게하므로 수산화 나트륨이 캐소드 측에서 생성됩니다.

이온 막 가성 소다 공장의 주요 장비 전해 세포 외에도 티타늄 장비가 사용되는 주요 부품은 다음과 같습니다. 소금물 시스템 - 액체 수준 게이지; 양극 액체 시스템 - 양극 액체 탱크 및 염소 스크러버; 탈염 타워, 탈염 소금물 분포기, 기기 냉각기; 차아 염소산 나트륨 - 냉각, 흡수 타워, 분포기; 염소 시스템 - 젖은 염소 냉각기; 및 해충 방제 시스템 - 열교환 기 및 해충 방제 팬.

(2) 젖은 염소 냉각기

가성 소다를 생산하기 위해 소금을 전해질 때, 많은 양의 뜨거운 젖은 염소가 생성되며, 이는 냉각 및 건조 후에 만 사용할 수 있습니다. 뜨거운 젖은 염소를 식히는 두 가지 방법이 있습니다 : 직접 물 분무와 튜브 냉각기를 사용하여 간접 냉각. 직접 냉각은 많은 양의 염소 함유 염소 물을 생성 할뿐만 아니라 환경을 심각하게 오염시킬뿐만 아니라 큰 염소 손실, 높은 황산 소비 및 열악한 워크숍 작업 조건을 유발합니다. 간접 냉각기는 흑연 냉각기, 유리 튜브 냉각기, 세라믹 냉각기, 플라스틱 냉각기 등으로 만들어졌지만, 모두 내식성 저항이 좋지 않고, 휴식이 쉬우 며, 나이가 쉬운 많은 문제가 있습니다. 스테인리스 스틸 간접 냉각기는 수리를 위해 중지해야하기 전에 8-10 일 동안 만 사용할 수 있습니다. 테스트 결과에 따르면 티타늄은 연간 부식량이 0.0025mm 인 고온 습식 염소 환경에서 매우 부식성이 높습니다. 클로르 알칼리 산업 생산에서 티타늄 냉각기를 사용하면 냉각 및 건조 공정을 단축하고, 염소 손실을 줄이고, 환경 오염을 줄이며, 압축 가스 및 건조성이 안정적인 조건을 만들 수 있습니다.

1963 년 러시아는 열 교환 면적이 140 평방 미터 인 티타늄 염소 냉각기를 사용하기 시작했습니다. 또한 직경이 300 ~ 600mm이고 길이가 500m 이상인 젖은 염소를 전달하기 위해 티타늄 파이프 라인을 사용했습니다. 러시아의 클로르 알칼리 산업에 사용되는 거의 모든 습식 염소 냉각기는 티타늄으로 만들어졌습니다. 미국의 Allied Chemical Company는 흑연 대신 티타늄을 사용하여 클로르 알칼리 산업에서 쿨러를 만듭니다. 원래 흑연 튜브는 2 ~ 3 년간 사용 후 폐기되었다. 78 평방 미터의 티타늄 쿨러는 냉각 용량을 완료 할 수 있으며 흑연 쿨러에는 140 평방 미터가 필요합니다.

우리나라에서 최초의 티타늄 쿨러는 1965 년 Jinxi Chemical Machinery Factory에 의해 제조되었습니다. 16.8 평방 미터의 작은 열 전달 면적이있었습니다. 1973 년 이래로 상하이, 티안 진, 베이징, 리아온 링, 광동 및 기타 지방 및 도시의 클로르 알칼리 식물은 좋은 결과와 함께 티타늄 쉘 앤 튜브 쿨러를 연속적으로 사용했습니다. 현재 우리나라에는 수백 개의 티타늄 쉘 앤 튜브 쿨러가 있습니다.

(3) 펌프 및 밸브

막 전기 분해 및 수은 전기 분해에 의한 염소의 생산에서, 차아 염소산 칼륨 및 차아 염소산 나트륨에 사용되는 티타늄 펌프가 가장 경제적이다. 미국의 Georgia-Phifek Company는 티타늄 펌프를 사용하여 270 ~ 320g/L NaCl, NaCl 결정 및 0.5g/L 이상의 유리 염소를 함유 한 85도 염 용액을 펌핑합니다. 티타늄 펌프의 서비스 수명은 최대 10 년입니다.

베이징 화학 플랜트 번호 . 2는 새로운 진공 탈염제 공정에서 주조 티타늄 6BA-12 펌프, DG100DG 정지 밸브 및 티타늄 임펠러를 사용합니다. 이 티타늄 펌프와 임펠러는 서비스 수명이 길다.