鈦在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于鈦具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和工藝性能，被廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多部門。特別是在化工生產(chǎn)中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料,這對(duì)增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、減少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。近年來(lái)，我國(guó)化工用鈦的范圍在不斷擴(kuò)大，用量逐年增加，鈦已成為化工裝備中主要的防腐蝕材料之一。鈦?zhàn)鳛橐环N用于化工裝置中的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)確立了它的地位，而且作為化工設(shè)備中的理想材料，鈦也愈來(lái)愈引起工程技術(shù)人員的重視。一、氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)是重要的基本原料工業(yè)，其生產(chǎn)和發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響很大。這是因?yàn)殁亴?duì)氯離子的耐腐蝕性能優(yōu)于常用的不銹鋼和其它有色金屬。目前氯堿工業(yè)中廣泛采用鈦來(lái)制造金屬陽(yáng)極電解槽、離子膜電解槽、濕氯冷卻器、精制鹽水預(yù)熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。這些設(shè)備的主要零部件過(guò)去多采用非金屬材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金屬材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和加工工藝性能不夠理想，造成設(shè)備笨重、能耗大、壽命短，并影響產(chǎn)品質(zhì)量和污染環(huán)境。因此，我國(guó)自70年代以來(lái)，開始陸續(xù)用金屬陽(yáng)極電槽和離子膜電槽代替石墨電槽，用鈦制濕氯冷卻器代替石墨冷卻器，均取得良好的效果。例如：鈦制濕氯冷卻器的應(yīng)用。食鹽電解生產(chǎn)燒堿要產(chǎn)生大量的高溫濕氯氣，溫度一般在75~95℃，需要經(jīng)過(guò)冷卻和干燥才能使用。我國(guó)食鹽電解制取氯氣的生產(chǎn),以前因?yàn)槔鋮s工藝不合理或因冷卻設(shè)備的腐蝕問題影響了氯氣產(chǎn)量和質(zhì)量，而且還嚴(yán)重地污染了環(huán)境。耐高溫濕氯氣腐蝕的鈦制冷卻器投入生產(chǎn)，改變了氯堿工業(yè)中制取氯的生產(chǎn)面貌。鈦在高溫濕氯氣的環(huán)境中極耐腐蝕，鈦在常溫時(shí)的氯水中，腐蝕速率為0.000565mm/a;在80℃時(shí)的氯水中，鈦的腐蝕速率為0.00431mm/a；在含95%濕氯氣中，常溫下鈦的腐蝕速率為0.00096mm/a。許多氯堿廠使用了鈦制濕氯氣冷卻器，有的已使用了近20年，至今仍然完好無(wú)損。二、純堿工業(yè)純堿是最基本的化工原料之一，它直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。純堿生產(chǎn)過(guò)程中，氣體介質(zhì)多為NH3和CO2, 液體介質(zhì)多為NaCl、NH4Cl、NH4HCO3和Cl- 濃度較高的溶液，使用碳鋼、鑄鐵材質(zhì)進(jìn)行碳酸化反應(yīng)的碳化塔小管、熱母液冷卻器、冷卻器、結(jié)晶外冷器等主體設(shè)備，均不耐腐蝕，腐蝕泄漏嚴(yán)重，使用壽命不超過(guò)三年。1975-1977年，天津堿廠和大連化學(xué)工業(yè)公司建廠進(jìn)行了鈦應(yīng)用示范工作，碳化塔冷卻管Φ63×2mm、鈦平板換熱器、鈦外冷器、鈦泵、CO2透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、Ti-6Al-4V合金葉輪等的應(yīng)用效果很好，這為全行業(yè)進(jìn)行用鈦技術(shù)改造和新建三個(gè)年產(chǎn)60萬(wàn)噸純堿廠起到了樣板作用。 例如：某純堿廠蒸餾塔頂部氨冷凝器應(yīng)用純鈦管代替鑄鐵管。氨冷凝器是純堿生產(chǎn)過(guò)程中,將蒸餾塔蒸出的氨氣進(jìn)行冷凝的設(shè)備，它由兩個(gè)鑄鐵冷卻箱組成,每個(gè)箱的直徑2.5m,高1.2m，箱內(nèi)原裝有Φ63×6×2986mm鑄鐵小管214根,兩個(gè)箱共428根。管內(nèi)外均用熱固性酚醛清漆防腐,管外介質(zhì)為NH3、CO2、H2O蒸氣，溫度95℃左右。管內(nèi)走NH4Cl母液，與管外介質(zhì)進(jìn)行換熱。在此條件下，鑄鐵管腐蝕嚴(yán)重，使用一年即有部分管子腐蝕穿孔，2年已腐蝕損壞嚴(yán)重，停止使用。為解決氨冷凝器內(nèi)鑄鐵管嚴(yán)重腐蝕問題，將鑄鐵管全部替換為TA2鈦管，規(guī)格為Φ60×2×3010mm，鈦管管端與鑄鐵花板間用O型橡膠圈密封。這是我國(guó)純堿工業(yè)第一臺(tái)蒸餾塔的冷卻小管采用純鈦管。投產(chǎn)使用二年多，曾抽管進(jìn)行宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)20年以上，可比鑄鐵管延長(zhǎng)10倍。由于鈦管耐腐蝕，傳熱效率保持良好（鑄鐵管在3年一個(gè)大修期間，其傳熱效率前期好，中期差，后期就失效），管內(nèi)NH4Cl母液預(yù)熱回收熱量，提高母液進(jìn)入蒸餾塔的溫度，可節(jié)約大量蒸汽，經(jīng)濟(jì)效益明顯。