化学産業におけるチタンの適用：クロルアルカリ

クロルアルカリ産業は、塩水溶液を電解することにより塩素と苛性ソーダを生産する化学産業です。それは100年以上の歴史があり、また、化学業界でチタンを使用する初期の産業でもあります。クロルアルカリ生産で使用されるチタン装置には、主にメタルアノード電解器、イオン膜電解器、管状湿潤塩素冷却器、精製塩水予熱器、脱塩素化塔、塩素アルカリ冷却および洗浄タワー、真空脱塩素ポンプおよびその他のチタニウム装置が含まれます。

（1）金属アノード

クロルアルカリの生産プロセスには、水銀電解、ダイアフラム電解、イオン膜電解が含まれます。過去には、グラファイトアノードは常に緑色のアルカリアノードで使用されてきました。 1956年、オランダ人のヘンリービールは、電解細胞の寸法安定アノード（DSA）とも呼ばれる金属アノードの使用を最初に提案し、1965年に特許を取得しました。 1968年、イタリアの会社であるデノアは、クロルアルカリ産業のチタンアノードの工業化を最初に実現しました。 1970年頃、米国、イタリア、日本、ドイツ、フランス、およびその他の国は、グラファイトアノードの代わりにすぐに金属アノードに切り替えました。日本では、数千トンのチタン材料が金属アノードの基本材料として使用されています。 10,000トンの苛性ソーダの生産には、約5トンのチタン材料が必要です。

私の国の緑色のアルカリ産業の発展に伴い、苛性ソーダ生産のための主要な機器（電解剤）は3つの大きな変化を遂げました。最初の変更は、水平タンクに垂直タンクを置き換えることでした。 1960年代初頭、（垂直吸着ダイアフラム電解因子）の使用は、従来の水平タンクに取って代わり、1957年の193,000トンから1966年の693,000トンに3.6回増加しました。

2番目の変化は、グラファイトアノード電解細胞に金属陽極電解細胞を置き換えることでした。 1970年代には、グラファイトアノードを置き換えるために金属アノード（DSA）を使用しました。私の国は、1972年に上海天井化学プラントと天津化学プラントのチタンアノードをテストし始め、1973年に20m3金属アノードダイアフラム電解細胞のテストを開始しました。 1978年、国は400,000トンのダイアフラム苛性ソーダの金属アノード技術変換のタスクを実施しました。 1981年の時点で、合計1,217個の金属陽極電解細胞を使用して、国内に17のクロルアルカリ植物があり、ダイアフラム金属アノード年間生産能力は670,000トンの苛性ソーダを形成し、国の苛性ソーダ生産能力の30％を占め、DSAを使用した95,000トンの水銀電気分解容量を占めています。 1996年の時点で、合計8,409個の金属アノードダイアフラム電解細胞を持つ99のクロルアルカリ植物が国内にあり、年間生産能力は420万トンの苛性ソーダであり、国の苛性ソーダ生産能力の70％を占めています。ティアニュアン、天津、ダグ化学などのいくつかの大型化学プラントを除き、金属陽極電解細胞自体を製造しているが、それらのほとんどは北京化学機械工場や上海4805工場などの専門的な工場で製造および供給されている。

3番目の変化は、イオン膜電解器の使用でした。 1980年代半ばには、潜在的で効率的なイオン膜法が促進され、苛性ソーダが生成されました。私の国は、日本や他の国からイオン膜の苛性ソーダ技術と機器を導入し、一連の10,000〜50,000トンの機器を形成しました。主な装備には、イオン膜電解器、チタンアノード液体循環タンク、脱塩水タンク、真空脱塩素塔、熱交換器、パイプおよびポンプなどが含まれます。チタン装備とチタンチューブは、主にアノード液体循環システム、脱塩システム、脱塩システム、チャー塩素供給システム、脱塩システムに使用されます。チタンポンプは、主に洗練された塩水、アノード循環液、淡水化水、塩素水を輸送するために使用されます。 10,000トンレベルの機器のセットでは、約8トンのチタンを使用しています。 1986年6月、Yanguoxia Chemical Plantは、毎年10,000トンの苛性ソーダ機器の生産量を生産して、日本の麻生ガラス技術を初めて導入しました。日本から供給される3次元電解因子およびアノード液液チタンポンプを除き、他の6つのチタン装置はすべて、Jinxi化学機械工場によって国内で一致し、供給されます。 1990年までに、11のクロルアルカリ植物がイオン膜苛性ソーダ装置を採用し、生産能力は295,000トンでした。 1995年には、中国には27のクロルアルカリ植物がイオン膜の苛性ソーダ装置を採用しており、生産能力は827,000トンでした。 2000年には、私の国のクロルアルカリ産業の年間苛性ソーダ生産能力は750万トン、2005年には1471万トン、2010年には2399万トンでした。

イオン膜電解器では、カソードチャンバーとアノードチャンバーの温度は約90度で、アノードチャンバーに塩素と塩溶液があり、カソードチャンバーには30％〜35％の苛性ソーダ溶液があります。イオン膜電解器の一般的な動作電流密度は30〜40a/dmですか？このような過酷な労働条件下では、電解剤の設計時に電解剤の材料の使用と腐食防止構造を完全に考慮する必要があります。イオン膜電解因子のアノード部分（アノードとアノード液と接触している部分を参照）の場合、世界のすべての国は、アノード液体の良好な腐食抵抗を備えたチタン金属（または耐食性チタン合金）を選択しています。

以下は、苛性ソーダのイオン交換膜の概略図です。図に示すように、2つの電極はイオン交換膜によって分離されています。塩水が片側から添加され、反対側から純水が追加されます。電流が通過した後、塩素はアノード側から生成され、水素はカソード側から生成されます。イオン膜は、イオンナトリウムが通過することのみを可能にするため、カソード側から水酸化ナトリウムが生成されます。

イオン膜の苛性ソーダ植物の主な装置電解セルに加えて、チタン装置が使用される主な部品は次のとおりです。ブラインシステム - 液体レベルゲージ。アノード液体システム - アノード液タンクと塩素スクラバー。脱塩素塔、脱塩素化塩水ディストリビューター、機器クーラー。次亜塩素酸ナトリウムシステム - 冷却、吸収塔、ディストリビューター。塩素系 - 湿った塩素クーラー。および害虫駆除システム - 熱交換器と害虫駆除ファン。

（2）湿った塩素クーラー

耐性ソーダを生成するために塩を電解すると、大量の熱い湿潤塩素が生成されます。これは、冷却と乾燥後にのみ使用できます。熱い湿った塩素を冷却するには、チューブクーラーを使用した直接水噴霧と間接冷却の2つの方法があります。直接冷却は、大量の塩素を含む塩素水を生成するだけでなく、環境を非常に汚染しますが、大きな塩素損失、硫酸が高く、ワークショップの労働条件が低下します。間接的なクーラーは、グラファイトクーラー、ガラスチューブクーラー、セラミッククーラー、プラスチッククーラーなどで作られていますが、腐食抵抗が不十分で、壊れやすい、老化しやすいなど、多くの問題があります。ステンレス鋼の間接クーラーは、修理のために停止する必要がある前に8〜10日間のみ使用できます。テスト結果は、チタンが高温湿潤塩素環境で非常に腐食耐性であり、年間腐食量は0.0025 mmであることを示しています。クロルアルカリの工業生産にチタンクーラーを使用すると、冷却と乾燥プロセスが短縮され、塩素の損失を減らし、環境汚染を減らし、圧縮ガスの安定した動作と高乾燥の条件が生じる可能性があります。

1963年、ロシアは140平方メートルの熱交換エリアでチタン塩素クーラーを使用し始めました。また、直径300〜600mm、長さ500m以上の湿った塩素を伝えるためにチタンパイプラインを使用しました。ロシアの緑色アルカリ産業で使用されるほとんどすべての湿潤塩素クーラーは、チタンでできています。米国のAllied Chemical Companyは、グラファイトの代わりにチタンを使用して、クロルアルカリ産業でクーラーを製造しています。元のグラファイトチューブは、2〜3年の使用後に廃棄されました。 78平方メートルのチタンクーラーは冷却能力を完了できますが、グラファイトクーラーには140平方メートルが必要です。

私の国で最初のチタンクーラーは、1965年にジンクス化学機械工場で製造されました。わずか16.8平方メートルの小さな熱伝達面積がありました。 1973年以来、上海、天津、北京、リアオニング、広東省、その他の州や都市のクロルアルカリ植物は、良好な結果を伴うチタンシェルアンドチューブクーラーを連続して使用しています。現在、私の国には何百ものチタンシェルアンドチューブクーラーがあります。

（3）ポンプとバルブ

膜電解および水銀電解による塩素の産生において、次亜塩素酸カリウムと次亜塩素酸ナトリウムで使用されるチタンポンプは最も経済的です。米国のGeorgia-Phifek Companyは、270〜320g/L NaCl、NaCl結晶、および0.5g/L以上の遊離塩素を含む85度の塩溶液をポンプするためにチタンポンプを使用しています。チタンポンプのサービス寿命は最大10年です。

北京化学プラントno . 2は、新しい真空脱塩素化プロセスで、鋳造チタン6BA-12ポンプ、DG100DG停止バルブ、およびHTB-701Lウォーターリングセラミック真空ポンプのチタン装置を使用します。これらのチタンポンプとインペラは、長いサービス寿命を持っています。