화학 산업에 티타늄을 적용하는 방법 - 염소-알칼리

May 12, 2023

염소알칼리산업은 염수용액을 전기분해하여 염소가스 및 가성소다를 제조하는 화학산업이다. 백년이 넘는 역사를 가지고 있습니다. 염소-알칼리 산업은 또한 티타늄을 사용하는 화학 산업 중 가장 초기의 산업이기도 합니다. 염소-알칼리 생산에 사용되는 주요 티타늄 장비는 금속 양극 전해조, 이온막 전해조, 관형 습식 염소 냉각기, 정제 염수 예열기, 탈염소입니다. 타워, 염소-알칼리 냉각 스크러버, 진공 탈염소 펌프 및 밸브 티타늄 장비.

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(1) 금속 양극

클로르-알칼리 생산공정에는 수은 전기분해, 격막 전기분해, 이온막 전기분해가 있다. 과거에는 클로르-알칼리 양극으로 흑연계 양극을 사용해왔다. 1956년 네덜란드인 헨리. 빌(H. Beer)이 처음으로 전해법을 제안했다. Cell은 Dimensionally Stable Anode DSA(Dimensionally Stable Anode)라고도 알려진 금속 양극을 사용하며 1965년에 특허를 받았습니다. 치수 안정 양극은 티타늄 기판에 백금족 귀금속 산화물을 코팅한 전극입니다. 1968년 DeNore는 이탈리아 회사가 염소-알칼리 산업에서 최초로 티타늄 양극을 산업화했습니다. 1970년경 미국, 이탈리아, 일본, 독일, 프랑스 등 국가에서는 흑연 양극 대신 금속 양극으로 빠르게 전환했습니다. 일본에서는 수천 톤의 티타늄이 금속 양극의 모재로 사용되었습니다. 10,000톤의 가성소다를 생산하려면 약 5개의 티타늄 재료가 필요합니다.

중국의 염소-알칼리 산업이 발전하면서 가성소다 생산을 위한 주요 설비(전해조)는 크게 세 가지 변화를 겪었다. 첫 번째 변화는 수직형 탱크가 수평형 탱크를 대체했다는 점이다. 1960년대 초반 전통적인 수평형 탱크 대신 수직형 흡착 격막 전해조(수직형 흡착 격막 전해조)를 사용하여 중국의 가성소다 생산량이 1957년 193,000톤에서 1966년 693,000톤으로 크게 증가했습니다. , 3.6 배 증가했습니다.

두 번째 변화는 금속 양극 전해전지가 흑연 음극 전해전지를 대체한다는 점이다. 1970년대에는 흑연 양극 대신 금속 양극(DSA)이 사용됐다. 우리나라는 1972년부터 상해천원화공공장과 천진화공공장에서 티타늄양극시험을 실시해왔습니다. 1973년에 20m 금속양극 격막 전해조 시험이 시작되었고, 1974년부터 30m 금속양극 전해조가 점차적으로 사용되었다. 1978년에는 국가에서 400의 금속양극 기술을 업그레이드하는 과제를 수행하였다.000 1981년 현재 전국 17개 염소-알칼리공장에서 총 1,217개의 금속양극 전해조를 사용하여 연간 670,000톤의 생산능력을 갖춘 격막금속양극을 형성하고 있다. 국내 가성소다 생산능력의 30%를 차지하는 가성소다 생산량과 DSA를 이용한 수은 전기분해 용량이 95,{18}}톤이다. 1996년 현재 전국에는 99개 염소알칼리 공장이 있어 총 8,409개의 금속 양극 격막 전해셀은 연간 가성소다 생산량이 420만 톤으로 전국 가성소다 생산 능력의 70%를 차지합니다. Tianyuan, Tianhua 및 Daguhua와 같은 일부 대형 화학 공장을 제외하고 대부분의 금속양극 전해전지는 북경화공기계공장, 상해4805공장 등 전문 공장에서 제조, 공급됩니다.

세 번째 변화는 이온막 전해전지의 사용이다. 중반{0}}에는 가성소다 생산을 위해 에너지 절약형, 고효율 이온막 공법이 추진되었습니다. 우리나라는 일본 및 기타 여러 나라의 이온막 가성소다 기술과 장비를 도입하여 10,000 ~ 50,000 톤의 일련의 장비를 구성했습니다. 주요 장비는 이온막 전해조, 티타늄 양극액 순환조, 신선 염수조, 진공 탈염탑, 열교환기, 튜브 및 펌프 밸브 등이며, 티타늄 장비 및 티타늄 튜브는 주로 양극액 순환 시스템, 신선 염수에 사용됩니다. 시스템, 탈염소 시스템, 습식 염소 가스 공급 시스템 및 염소 물 순환 시스템. 티타늄 펌프는 주로 정제된 염수, 양극 순환 액체, 담수 염수 및 염소수를 운반하는 데 사용됩니다. 10,000- 톤 장치는 약 8톤입니다. 1986년 6월 Yannanxia Chemical Plant는 처음으로 일본 Asahi Glass 기술을 도입하여 연간 10,000톤의 가성소다 공장을 생산했습니다. 일본에서 공급한 3차원 전해조와 양극액티타늄 펌프 외에 나머지 6개의 티타늄제 장비는 모두 국내에서 지원하여 진시화공기계공장에서 공급하고 있다. 1990년까지 11개 염소알칼리 공장에서 이온막 가성제를 채택했다. 295,000톤의 생산 능력을 갖춘 소다 공장. 1995년에는 전국 총 27개 염소알칼리 공장에서 이온막 가성소다 공장을 채택하여 생산능력이 827000톤에 달했다. 2000년 중국 염소알칼리 산업의 연간 생산량은 750만개에 달했다. 가성소다 사용량은 2005년 1471만t, 2010년 2399만t으로 늘었다.

이온막 전해조에서 음극실과 양극실의 온도는 약 90도이고, 양극실에는 염소 가스와 염용액이 있고, 음극실에는 30%~35% 농도의 가성소다 용액이 있습니다. 이온막 전해조의 일반적인 작동 전류 밀도는 30~40A/dm입니다. 이러한 가혹한 조건에서 전해조를 설계할 때는 전해조의 재료 사용 및 방식 구조를 충분히 고려해야 합니다. 이온막의 양극 부분 전해조(양극 및 양극액과 접촉하는 부분을 말한다)에서는 세계 각국에서 예외 없이 양극액에 내식성이 우수한 티타늄 금속(또는 내식성 티타늄 합금)을 선택해 왔다.

이온막 가성소다 이온 교환막의 개략도는 그림과 같이 두 전극이 이온 교환막으로 분리되어 있습니다. 한쪽에서는 소금물을, 다른 쪽에서는 순수한 물을 첨가합니다. 전류를 통과한 후 양극 쪽에서는 염소 가스가, 음극 쪽에서는 수소 가스가 발생합니다. 이온막은 나트륨 이온만 통과시킵니다. 이므로 음극측에서 수산화나트륨이 생성됩니다.

이온막 가성소다 장치의 주요 장비의 전해조 외에도 티타늄 장비에 사용되는 주요 부품은 염수 시스템-액위계; 양극 액체 시스템 - 양극 액체 탱크 및 염소 세정기; 신선한 염수 시스템-탈염소탑, 신선한 염수 분배기, 기기 냉각기; 차아염소산나트륨 시스템-냉각, 흡수탑, 분배기; 염소 가스 시스템-습식 염소 가스 냉각기; 위험 제거 시스템 - 열교환기, 위험 제거 팬.

(2) 습식 염소 냉각기

식염을 전기분해하면 가성소다가 생성되는데 뜨거운 습윤염소 가스가 다량 생성되는데 이를 냉각, 건조시킨 뒤 사용할 수 있다. 뜨겁고 습한 염소가스를 냉각시키는 방법에는 직접수 분사 방식과 관형 쿨러를 이용한 간접 냉각 방식이 있다. .직접 냉각은 다량의 염소 함유 염소수를 생성하여 환경을 심각하게 오염시킬 뿐만 아니라 다량의 염소 가스가 손실되고 황산이 소비되며 작업장의 작업 조건이 열악합니다. 간접냉각기의 재질로는 흑연냉각기, 유리관냉각기, 세라믹냉각기, 플라스틱냉각기 등이 있으나 내식성이 떨어지고 깨지기 쉬우며 노후화되기 쉬운 등의 문제점이 많다. 스테인레스 스틸 간접 냉각기는 8~10일 동안만 사용할 수 있으며 수리를 위해 중지해야 합니다. 테스트 결과에 따르면 티타늄은 고온 및 습한 염소 가스 환경에서 내식성이 매우 뛰어난 것으로 나타났습니다. 연간 부식률은 0.0025mm입니다. 염소-알칼리 산업 생산에 티타늄 냉각기를 사용하면 냉각 및 건조 공정을 단축하고 염소 가스 손실을 줄이며 환경 오염을 줄이고 압축 가스의 안정적인 작동을 위한 조건을 조성하고 건조 정도가 높다.

1963년에 러시아는 열 전달 면적이 140m인 티타늄 염소 가스 냉각기를 사용하기 시작했습니다. 습염소 가스를 운반하는 티타늄 파이프도 사용되었으며 직경은 300~600mm, 길이는 500m 이상입니다. 러시아 염소-알칼리 산업에서 사용되는 거의 모든 습염소 가스 냉각기는 티타늄으로 만들어졌습니다. 미국은 염소-알칼리 산업에서 냉각기를 만들기 위해 흑연 대신 티타늄을 사용합니다. 원래 그래파이트 튜브는 2~3년 정도 사용했고, 78m 티타늄 쿨러로 냉각 용량을 완성한 반면, 그래파이트 쿨러는 140m가 필요했다.

중국 최초의 티타늄 쿨러는 1965년 Jinxi Chemical Machinery Factory에서 제조되었습니다. 열전달 면적은 16.8m로 작습니다. 1973년부터 상하이, 천진, 베이징, 랴오닝, 광동 및 기타 성 및 도시의 염소-알칼리 공장에서는 티타늄 관형 냉각기를 연속적으로 사용하여 좋은 결과를 얻었습니다. 우리나라에는 수백 개의 티타늄 관형 냉각기가 있습니다.

(3) 펌프 및 밸브

막전기분해와 수은전기분해에 의한 염소가스 생산에서는 차아염소산칼륨과 차아염소산나트륨에 사용하는 티타늄 펌프가 가장 경제적이다. 미국의 조지아-피픽(Georgia-Peefick)사는 티타늄 펌프를 사용해 85도의 염용액을 펌핑한다. 소금 용액에는 270~320g/L NaCl, NaCl 결정 및 0.5g/L 이상의 유리 염소가 포함되어 있습니다. 티타늄 펌프의 수명은 최대 10년입니다.

두 번째 베이징 화학 공장은 새로운 진공 탈염소 공정에서 주조 티타늄 6BA-12 펌프, Dg100Dg 글로브 밸브 및 HTB-701l 수봉 세라믹 진공 펌프 티타늄 임펠러를 사용합니다. 이러한 티타늄 펌프 및 임펠러는 긴 수명을 가지고 있습니다. 서비스 수명.