1、前言
化工生產(chǎn)中，設(shè)備腐蝕是重大難題。由于腐蝕，每年浪費(fèi)的鋼材數(shù)量巨大。在我國(guó)，化工行業(yè)設(shè)備損壞的主要原因也是由于腐蝕。因此，使不少設(shè)備使用壽命僅1～2年，最短的只有1~2個(gè)月。鈦材在耐腐蝕、耐磨損、耐沖刷方面，有著極其優(yōu)異的性能。鈦制設(shè)備雖然一次性投資高，但使用壽命是碳鋼、不銹鋼和鑄鐵設(shè)備的幾倍、幾十倍。由于鈦材具有密度小、強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好等突出優(yōu)點(diǎn)，成功地解決了化工生產(chǎn)中設(shè)備存在的嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題而備受青睞，給化工工業(yè)防腐技術(shù)帶來(lái)了一次飛躍。
化工系統(tǒng)是中國(guó)民用工業(yè)最早使用鈦、且用量最大的工業(yè)部門(mén)。近10年，我國(guó)工行業(yè)用鈦量約為7萬(wàn)t，相當(dāng)于2009年和2010年兩年鈦材生產(chǎn)量之和。表1列出了我國(guó)化工各領(lǐng)域用鈦的比例。圖1是我國(guó)各行業(yè)用鈦比例的圖示。
2、鈦應(yīng)用行業(yè)
2.1氯堿行業(yè)
氯堿工業(yè)是以工業(yè)食鹽為主要原料，通過(guò)電解的方法制備燒堿和氯氣等產(chǎn)品的基礎(chǔ)工業(yè)，是中國(guó)化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。其主要產(chǎn)品燒堿、氯氣和氫氣均為基本化工材料，被廣泛應(yīng)用于輕工、化工、紡織、建材、國(guó)防、冶金等各個(gè)領(lǐng)域。
我國(guó)氯堿工業(yè)發(fā)展起步于20世紀(jì)30年代，迄今已有70余年的發(fā)展歷史。從上世紀(jì)末開(kāi)始到本世紀(jì)初的近10年間，是國(guó)內(nèi)氯堿工業(yè)規(guī)模和實(shí)力成長(zhǎng)最為迅速的時(shí)期。尤其是氯堿行業(yè)兩大主營(yíng)產(chǎn)品聚氯乙烯和燒堿的產(chǎn)能和產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，并雙雙在2005年躋身世界首位，成為了當(dāng)今全球最重要的氯堿行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一。
鈦在化工中的最早、最大用戶是氯堿工業(yè)，其中包括氯氣、氯氧化物、農(nóng)藥、漂泊粉等的生產(chǎn)，在氯的生產(chǎn)中，鈦設(shè)備和管道幾乎占其總質(zhì)量量的四分之一。如
用于金屬陽(yáng)極電解槽、離子膜電解槽與陽(yáng)極液泵、列管式濕氯冷卻器、氯廢水脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔、精制鹽水預(yù)熱器、真空脫氯用泵和閥門(mén)等。
目前，在中國(guó)主要有兩種方法生產(chǎn)燒堿，一種是隔膜法，一種是離子膜法。
2.1.1隔膜法生產(chǎn)燒堿中鈦的應(yīng)用
隔膜法生產(chǎn)燒堿中，鈦材料主要應(yīng)用在鈦金屬陽(yáng)極、鈦制濕氯冷卻器、鈦貯槽、鈦二次反應(yīng)器、噴淋管、攪拌器等。
2.1.2離子膜法生產(chǎn)燒堿中鈦的應(yīng)用
在離子膜電解槽中陰、陽(yáng)極室溫度為90~C左右，陽(yáng)極室有氯氣和食鹽溶液，陰極室有30％～35％濃度的燒堿溶液，離子膜電解槽一般運(yùn)行電流密度為30~40A／dm。如此苛刻的工況條件，在電解槽設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮電解槽的材料使用及防腐結(jié)構(gòu)。離子膜電解槽的陽(yáng)極部分(指陽(yáng)極及與陽(yáng)極液接觸部分)，世界各國(guó)都毫無(wú)例外地選擇了在陽(yáng)極液中耐腐蝕性能好的金屬——鈦(或鈦合金)。表2列出了每萬(wàn)噸級(jí)離子膜電解槽鈦材的用量。
離子膜燒堿裝置除主體設(shè)備電解槽外，鈦制設(shè)備應(yīng)用的部位主要還有：①鹽水系統(tǒng)的液面計(jì)；②陽(yáng)極液系統(tǒng)的陽(yáng)極液槽及氯氣洗滌塔；③淡鹽水系統(tǒng)的脫氯塔，淡鹽水分配器，儀表冷卻器；④次氯酸鈉系統(tǒng)的冷卻、吸收塔、分配器；⑤氯氣系統(tǒng)的濕氯氣冷卻器；⑥除害系統(tǒng)的換熱器、除害風(fēng)機(jī)。
2.1.3離子膜電解槽用鈦技術(shù)進(jìn)步
離子膜電解槽中用鈦量最大的是作為陽(yáng)極的TA1(或Gr.1／TP270C)鈦板，因中國(guó)最大的鈦材料制造商——寶雞鈦業(yè)股份有限公司的板材生產(chǎn)線中的冷軋?jiān)O(shè)備是1200mm四輥可逆式軋機(jī)，故1.0mm的薄板常用寬度是1000mm左右，而采用日本旭化成最新技術(shù)的離子膜電解槽單元槽外形尺寸是1200mm×2400mm，需要鈦板的尺寸是1.0mm×1336mm×2418mm；或者采用焊接的方法拼接成1.0mm×1336mm×2418mm，離子膜電解槽制造商為了解決因焊縫而引起的不利影響，而從日本引進(jìn)1.0mm×1336mm×2418mm的純鈦板TP270C，按照中國(guó)最大的離子膜電解槽制造商北京化工機(jī)械廠提供的數(shù)據(jù)，10000t的離子膜電解槽需要這樣的鈦板約2t，北京化工機(jī)械廠2010年新建離子膜燒堿200萬(wàn)t，大約需要進(jìn)口1.0mm×1336mm×2418i／ira的純鈦板400t。
經(jīng)過(guò)寶雞鈦業(yè)股份有限公司的努力，在2010年已經(jīng)開(kāi)始向設(shè)備制造商提供由寶鈦生產(chǎn)的1.0mm×1336mm×2418mm純鈦板(TA1)。
2.1.4燒堿用鈦市場(chǎng)前景
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，氯堿行業(yè)也得到迅猛發(fā)展，而且近幾年來(lái)新建和改擴(kuò)建的大都是先進(jìn)的離子膜法燒堿。
2009年全國(guó)燒堿生產(chǎn)產(chǎn)能為2793萬(wàn)t，實(shí)際產(chǎn)量為1891萬(wàn)t。2010年建成投產(chǎn)的離子膜燒堿廠30余家，產(chǎn)能接近500萬(wàn)t。到十一五末(2010年)，中國(guó)燒堿總產(chǎn)能達(dá)到3300萬(wàn)t左右。
根據(jù)北京藍(lán)星的預(yù)測(cè)，2010年新建離子膜燒堿項(xiàng)目的產(chǎn)能約500萬(wàn)t，2011年約為600萬(wàn)t，2012年約為200萬(wàn)t，預(yù)計(jì)到2012年，全國(guó)產(chǎn)能將達(dá)到4200萬(wàn)t。
根據(jù)一套萬(wàn)t級(jí)裝置的用鈦量約6t來(lái)計(jì)算，在離子膜燒堿新建項(xiàng)目上，2010年新建項(xiàng)目用鈦約3000t，2011年約為360()t，2012年約為1200t。圖2和圖3分別給出了世界燒堿和我國(guó)燒堿增長(zhǎng)趨勢(shì)。
2.2純堿行業(yè)
在純堿生產(chǎn)中，鈦材主要用于結(jié)晶外冷器、蒸餾塔頂氨冷凝器、氯化銨母液加熱器、平板換熱器、傘板換熱器、碳化塔冷卻管、CO透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪、堿液泵等。
2.2.1純堿用鈦現(xiàn)狀
2.2.1.1采用鈦材外冷器代替碳鋼外冷器
外冷器是聯(lián)堿生產(chǎn)中氯化銨結(jié)晶工序的設(shè)備，用于冷卻結(jié)晶器內(nèi)的母液，管內(nèi)介質(zhì)是氯化銨母液，管外介質(zhì)是冷卻鹽水。我國(guó)的幾個(gè)大聯(lián)堿廠，如天津堿廠、大連化學(xué)工業(yè)公司堿廠(以下簡(jiǎn)稱大化公司堿廠)、湖北化工廠等原來(lái)都使用全碳鋼的列管式冷卻器，直徑為2ITI，質(zhì)量達(dá)32t多。投產(chǎn)前，精心地對(duì)碳鋼冷卻管作了各種防腐處理，因氯化銨母液中含有結(jié)晶顆粒，沖刷腐蝕嚴(yán)重，冷卻器投產(chǎn)1年就陸續(xù)出現(xiàn)管子漏液現(xiàn)象。
維持生產(chǎn)2年，就必須更新設(shè)備。各大聯(lián)堿廠先后采用全鈦材外冷器，使設(shè)備性能大大改善。把設(shè)備能力相同的鈦材與碳鋼外冷器作比較如表3所示。
從表3可見(jiàn)，鈦外冷器的換熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳鋼外冷器，總傳熱系數(shù)幾乎是碳鋼外冷器的2倍。同等能力的鈦材外冷器是碳鋼外冷器價(jià)格的2～3倍，而設(shè)備壽命卻是碳鋼外冷器的幾十倍。
2.2.1.2蒸餾塔頂部氨冷凝器應(yīng)用純鈦管替代鑄鐵管
氨冷凝器是純堿生產(chǎn)過(guò)程中，將蒸餾出的氨氣進(jìn)行冷凝的設(shè)備。管內(nèi)介質(zhì)NHCL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1年即有部分管子腐蝕穿孔，不到2年已腐蝕損壞嚴(yán)重，停止使用。蒸餾塔3年一次大修時(shí)，鑄鐵管全部換新。
由于鈦管的耐腐蝕，傳熱效率保持良好(鑄鐵管在使用3年一個(gè)大修期間，其傳熱前期好，中期差，后期就失效)，管內(nèi)NHCL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，見(jiàn)表4。
由表4可見(jiàn)，該設(shè)備采用鈦管代替鑄鐵管，運(yùn)轉(zhuǎn)1年多即可收回鈦管的全部投資，并節(jié)約大量檢修工時(shí)。
2.2.1.3采用鈦平板式換熱器代替淋灑式鑄鐵排管
純堿吸氨系統(tǒng)液體冷卻一般都采用淋灑式鑄鐵排管(以下簡(jiǎn)稱淋灑排管)。這種結(jié)構(gòu)(氨鹽水走管內(nèi)，冷卻水在管外均勻地自上而下淋灑)缺點(diǎn)很多。純堿廠采用了進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的鈦平扳式換熱器或其他板式換熱器，代替吸氨系統(tǒng)淋灑排管效果良好，節(jié)能顯著，具有高效、緊湊、耐腐蝕的特點(diǎn)。
2.2.1.4采用鈦平板式冷凝器代替水箱式蒸氨冷凝器
傳統(tǒng)的蒸氨冷凝器由多個(gè)鑄鐵冷卻水箱組成，傳熱性能差。采用鈦平板式冷凝器與吸氨系統(tǒng)采用鈦平板式換熱器一樣，節(jié)約效果顯著。按年產(chǎn)40萬(wàn)t純堿計(jì)算，具有如下經(jīng)濟(jì)效益：①一次性投資節(jié)約32萬(wàn)元；②每年節(jié)約維修費(fèi)14.4萬(wàn)元；③節(jié)約冷卻水。每年節(jié)約水量為500萬(wàn)t；④廠房比原來(lái)降低3層，設(shè)備重量為原來(lái)的1／32。
2.2.1.5碳化塔內(nèi)冷卻水管用鈦管代替鑄鐵管
碳化塔是純堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，塔內(nèi)氨鹽水與CO：反應(yīng)進(jìn)行碳酸化，生成碳酸氫鈉。碳化塔中下部是冷卻水箱，里面的冷卻水管腐蝕沖刷嚴(yán)重。各種防腐涂料均經(jīng)不住沖刷，碳鋼管壽命極短，所以一直采用鑄鐵管。用鈦管代替鑄鐵管，使用多年后，未發(fā)現(xiàn)腐蝕，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
2.2.1.6采用鈦泵代替鑄鐵泵
純堿生產(chǎn)過(guò)程中的氨鹽水、碳化鹵、熱母液和聯(lián)堿生產(chǎn)中的各種母液中都含有大量的NaC1，NHCL，(NH)CO，和NHHCO，，腐蝕性很強(qiáng)，一般都用鑄鐵泵輸送，葉輪3—4個(gè)月更換一次，泵體一年多更新一次。大量采用鈦泵后，實(shí)踐表明，鈦泵耐腐蝕、耐磨損、長(zhǎng)期以70％～80％高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，省電、無(wú)泄漏，節(jié)約了物料、清潔了環(huán)境，壽命達(dá)20—30年。
2.2.2純堿近年與未來(lái)幾年產(chǎn)能、產(chǎn)量情況與鈦應(yīng)用的市場(chǎng)前景
2.2.2.1近年及未來(lái)幾年純堿產(chǎn)能、產(chǎn)量增長(zhǎng)情況
圖4示出了近年來(lái)純堿產(chǎn)能、產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況。表5給出了2005和2010兩年純堿的產(chǎn)能和產(chǎn)量及在2005～2010年間的年均增加量和年遞增的比率。
未來(lái)幾年，純堿產(chǎn)能、產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況為：純堿行業(yè)在十二五期間新建能力1100萬(wàn)t，其中聯(lián)堿655萬(wàn)t，氨堿545萬(wàn)t。純堿行業(yè)在十二五期間擴(kuò)建能力260萬(wàn)t，其中聯(lián)堿160萬(wàn)t，氨堿100萬(wàn)t。
2.2.2.2純堿行業(yè)歷年用鈦情況
表6列出了歷年來(lái)我國(guó)純堿行業(yè)用鈦情況。從表6可以看出，氨堿法每1萬(wàn)t需用鈦4～5t，氨堿法新增545萬(wàn)t，共需用鈦2180~2725t；聯(lián)堿法每10萬(wàn)t需用鈦16～17t，未來(lái)3年聯(lián)堿法新增655萬(wàn)t，共需用鈦1048～1113t。
2.2.3純堿行業(yè)用鈦技術(shù)進(jìn)步
近年來(lái)，出于降低成本的需要，純堿用鈦主要規(guī)格鈦管的管壁，從以前的2mm減少到1.5mm，根據(jù)近幾年的實(shí)際使用情況看，壁厚降低1／4，成本也隨之減少了1／4，鈦管僅僅有些彎曲變形，但不影響使用。
2.3真空制鹽行業(yè)
近年來(lái)，隨著我國(guó)制鹽工業(yè)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)鹽堿的需求明顯增長(zhǎng)。由于廣闊的市場(chǎng)前景和我國(guó)豐富的鹽鹵資源，給鹽化工業(yè)帶來(lái)了勃勃生機(jī)。鹽化工設(shè)備遇到的主要問(wèn)題是：①腐蝕，在制鹽方面，建國(guó)以來(lái)，鹽廠的生產(chǎn)設(shè)備、器材大多是普通碳鋼、不銹鋼等。耐氯根離子腐蝕性差，造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕，需定期更新，每年因鹽腐蝕造成的設(shè)備折舊率約在10％，使制鹽成本大幅度增加，并因腐蝕嚴(yán)重，鐵及其它金屬化合物滲入鹵料，使鹽質(zhì)受到嚴(yán)重影響；②結(jié)垢，在制鹽生產(chǎn)中，結(jié)垢的出現(xiàn)對(duì)鹽業(yè)的產(chǎn)量有直接影響。而且因碳鋼等罐壁粗糙，使結(jié)垢更加嚴(yán)重，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，垢層不斷加厚，逐漸形成大塊鹽。進(jìn)而減少循環(huán)通道，使鹵液換熱受到影響，甚至堵塞加熱室進(jìn)口，造成停產(chǎn)、停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)燒壞電機(jī)。如何克服鹽化工業(yè)中碳鋼、石墨等難以克服的設(shè)備腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題，引起了人們的高度重視，認(rèn)為鈦是較好的鹽化工設(shè)備材料。
2.3.1鈦材在真空制鹽中的應(yīng)用
為了在真空制鹽中選擇鈦材取得更實(shí)際、更可靠的科學(xué)依據(jù)，湖南省湘里鹽礦、四川省貢井鹽廠等單位都在制鹽場(chǎng)作了鈦材的掛片試驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可看出鈦材在氯化物及真空制鹽現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件下的耐腐蝕性能是非常明顯的，而其它材料的腐蝕情況則是嚴(yán)重的。因此，湖南省湘里鹽礦、四川省自貢大安鹽廠、貢井鹽廠、湖北省應(yīng)城鹽礦、云南省一平浪鹽礦等單位都相繼選擇了鈦制設(shè)備用于生產(chǎn)。從此，鈦材在我國(guó)真空制鹽領(lǐng)域開(kāi)始了應(yīng)用，使真空制鹽的選材工作出現(xiàn)了一次新的革命。
真空制鹽工業(yè)自從選用了鈦材以后，經(jīng)多年的實(shí)踐受到人們高度評(píng)價(jià)，湖南省湘里鹽礦僅在4年中便相繼制造了鈦氨蒸發(fā)器5臺(tái)、鈦預(yù)熱器7臺(tái)、鈦預(yù)冷器3臺(tái)、加工出各種鈦法蘭，鈦管板，鈦泵的殼體及鈦彎頭等部件，共用鈦材60余噸，這些設(shè)備與部件的應(yīng)用效果是相當(dāng)令人滿意的。
在制鹽生產(chǎn)過(guò)程中，鹽漿管道的腐蝕最為嚴(yán)重，由于鹽漿管道中流動(dòng)的是飽和NaC1溶液伴有NaC囊粒，固液比1：1.5，用碳鋼管時(shí)，只要半個(gè)月，管的下部即被腐蝕，呈蜂窩孔狀，一出現(xiàn)這種情況就要進(jìn)行補(bǔ)漏.每年要更換鹽漿管道6次。用不銹鋼管使用4個(gè)月也就腐蝕穿孔，從1975年6月開(kāi)始，湘里鹽礦逐步把所有的鹽漿管道換成鈦管，使用4年從未出現(xiàn)腐蝕與穿孔現(xiàn)象，也未出現(xiàn)過(guò)堵管與結(jié)垢現(xiàn)象。
據(jù)資料報(bào)道，在制鹽生產(chǎn)中，使用鋼材，會(huì)產(chǎn)生不潛性的氧化鐵。使用銅材則產(chǎn)生銅綠(CuO)微粒。這都導(dǎo)致鹽的質(zhì)量難以提高；而使用鈦材以后，由于不產(chǎn)生雜質(zhì).從而徹底解決了鹽的質(zhì)量難以提高的技術(shù)問(wèn)題。
1978年以前，湘里鹽礦的三級(jí)鹽較多，而使用鈦材后徹底結(jié)束了不產(chǎn)一級(jí)鹽的歷史。
1977年在自貢鹽礦院中間試驗(yàn)廠小型蒸發(fā)罐I效內(nèi)壁液面波動(dòng)處，嵌上高1100Him厚0.7mm的TA2板進(jìn)行了罐壁防鹽垢探索試驗(yàn)。經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)證明，由于鈦表面光滑，耐腐蝕，對(duì)于防止蒸發(fā)罐壁結(jié)鹽垢，延長(zhǎng)洗罐周期有良好效果。
1981年針對(duì)自貢鄧關(guān)鹽廠黑鹵成分復(fù)雜、腐蝕嚴(yán)重等情況，對(duì)黑鹵加熱室管材進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)選試驗(yàn)，證明鈦及其合金在黑鹵真空制鹽介質(zhì)中具有很好的耐蝕性。
1982年自貢鹽礦院針對(duì)自貢大安鹽廠采用TA2管用于該廠鹽巖鹵年產(chǎn)5萬(wàn)t真空制鹽工程I效加熱室，僅一年多即發(fā)生腐蝕損壞的問(wèn)題和l986年針對(duì)自貢鄧關(guān)鹽廠年產(chǎn)9萬(wàn)t真空制鹽工程I效加熱室，采用B30銅鎳合金管在黑鹵中投產(chǎn)半年即遭到嚴(yán)重腐蝕穿孔的問(wèn)題，寶鈦分別同大安鹽廠、鄧關(guān)鹽廠及西北有色金屬研究院合作，開(kāi)展了“Ti-0.3Mo_0.8Ni材料用于鹽巖鹵真空制鹽首效加熱管的工業(yè)模擬試驗(yàn)以及Ti-0.3Mo-0.8Ni材料用于黑鹵制鹽首效加熱管的擴(kuò)大工業(yè)性實(shí)驗(yàn)研究，均取得了滿意的效果，為真空制鹽I效換熱管采用Ti一0.3Mo-0.8Ni管提供了可靠的依據(jù)。1982年在該院設(shè)計(jì)的鄧關(guān)鹽廠年產(chǎn)9萬(wàn)t真空制鹽工程(黑鹵)的Ⅱ、Ⅲ效加熱室采用TA2換熱管及鈦鋼復(fù)合花板結(jié)構(gòu)，經(jīng)1984年投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，換熱管一直使用良好，管內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象也明顯減少。
1983年在內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽廠年產(chǎn)5萬(wàn)t真空制鹽工程設(shè)計(jì)中，對(duì)蒸發(fā)罐Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸發(fā)室首次采用了鈦鋼復(fù)合板結(jié)構(gòu)，經(jīng)多年運(yùn)行證明，鈦鋼復(fù)合板制造的蒸發(fā)室，對(duì)減緩腐蝕及結(jié)鹽垢、延長(zhǎng)生產(chǎn)周期、提高鹽質(zhì)均有良好效果。
1987年四川大安鹽廠、五通橋鹽廠的兩套年產(chǎn)30萬(wàn)t真空制鹽工程主體設(shè)備蒸發(fā)罐中采用了全鈦結(jié)構(gòu)，把鈦的應(yīng)用推進(jìn)一大步。蒸發(fā)罐凡是和料液接觸部分，I效均采用Ti-0.3Mo-0.8Ni換熱管及Ti-0.3Mo-0.8Ni鋼復(fù)合板，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效均采用TA2換熱管及TA2鋼復(fù)合板。僅此兩套制鹽裝置，蒸發(fā)罐便使用Ti-0.3Mo一0.8Ni及TA2管約44t，Ti-0.3Mo-0.8Ni及TA2板約10t，Yi-0.3Mo-0.8Ni及TA2同鋼的復(fù)合板達(dá)360t，使真空制鹽工業(yè)一躍成為使用鈦及鈦鋼復(fù)合板的大戶之一。
2.3.2真空制鹽歷年用鈦情況
表7列出了自1977年至2010年間真空制鹽行業(yè)用鈦的情況。從表7可以看出我國(guó)制鹽行業(yè)用鈦量巨大，且發(fā)揮著積極的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
2.3.3真空制鹽用鈦市場(chǎng)前景
在2010年我國(guó)原鹽產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)2011年及十二五期間原鹽產(chǎn)量為：①2010年，共生產(chǎn)原鹽7524萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)3.4％。其中，井礦鹽3225萬(wàn)t，占43％；②預(yù)計(jì)2011年，原鹽產(chǎn)能新增365萬(wàn)t，全部是井礦鹽；③十二五期間，原鹽產(chǎn)量控制在9000萬(wàn)t左右，年均增長(zhǎng)4.3％左右。
根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的不同情況，10萬(wàn)t真空制鹽用鈦約為6～25t，按照2011年新增真空制鹽產(chǎn)能365萬(wàn)t計(jì)算，2011年真空制鹽用鈦量約為219~912t。
2.4石油化纖
目前，不論從國(guó)外引進(jìn)的，還是國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的滌綸、錦綸、維綸等石油化纖企業(yè)已用了一些鈦設(shè)備。鈦設(shè)備應(yīng)用對(duì)我國(guó)化纖生產(chǎn)發(fā)展發(fā)揮了積極作用，尤其對(duì)安全穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)防止不銹鋼過(guò)早腐蝕失效，提高設(shè)備使用壽命，減少停車(chē)與檢修，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，做出了重大的貢獻(xiàn)。
2.4.1PTA(精對(duì)苯二甲酸)
PTA主要用于生產(chǎn)聚脂纖維，部分用于生產(chǎn)聚脂樹(shù)脂，是生產(chǎn)聚脂(PET)的主要原料。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)PTA的需求不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)每年缺口600—700萬(wàn)t。20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，我國(guó)PTA工業(yè)從無(wú)到有，得到了飛速發(fā)展。尤其是近幾年來(lái)，由于需求的急劇增加，我國(guó)PTA產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)，新建裝置不斷投產(chǎn)，單套裝置產(chǎn)能亦不斷擴(kuò)大，我國(guó)成為世界最大PTA生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。中國(guó)目前有PTA生產(chǎn)企業(yè)17家；產(chǎn)能1600萬(wàn)t／a，約占全球產(chǎn)能的31％；2009年產(chǎn)量為1195.84萬(wàn)t；2009年進(jìn)口量625.68萬(wàn)t；2009年P(guān)TA消費(fèi)量約1821.39萬(wàn)t；2009年P(guān)TA國(guó)產(chǎn)化自給率65.66％。為了適應(yīng)不同的介質(zhì)條件，PTA生產(chǎn)裝置所使用的鈦材已由原來(lái)的Gr.1，Gr-2，Gr.3，Gr.11增加到了目前的10種。表8給出了PTA生產(chǎn)裝置所用鈦材的牌號(hào)及化學(xué)成分。Gr.1，G2，Gr.3是工業(yè)純鈦，可通過(guò)氧含量的少許變化而改變其塑性和機(jī)械強(qiáng)度。Gr.11是在工業(yè)純鈦的基礎(chǔ)上添加Pd，Gr.12是在工業(yè)純鈦的基礎(chǔ)上添加Mo和Ni，改善抗局部腐蝕性能。
鈦制PTA生產(chǎn)裝置包括開(kāi)車(chē)加熱器、結(jié)晶器凝液罐、結(jié)晶放空冷凝器、汽提塔再沸器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器等，其制造關(guān)鍵技術(shù)，主要有異型平蓋管的加工、換熱管與管板的脹接和焊接、復(fù)合材設(shè)備的熱處理以及焊接接頭和設(shè)備的射線探傷等。
以50萬(wàn)t／a生產(chǎn)能力的PTA設(shè)備為例，使用鈦材料的裝置列于表9。
以容積為400m的PTA氧化反應(yīng)器為例，該反應(yīng)器大約需要純鈦材料10t左右。PTA項(xiàng)目近年來(lái)呈現(xiàn)出規(guī)模越來(lái)越大的趨勢(shì)，除已建成投產(chǎn)若干個(gè)100萬(wàn)t，120萬(wàn)t級(jí)項(xiàng)目，正在建設(shè)和擬建項(xiàng)目還有：福建漳州年產(chǎn)150萬(wàn)t精對(duì)苯二甲酸項(xiàng)目、浙江逸盛石化有限公司150萬(wàn)t精對(duì)苯二甲酸改擴(kuò)建項(xiàng)目、海南逸盛石化有限公司年產(chǎn)210萬(wàn)t精對(duì)苯二甲酸項(xiàng)目。中國(guó)PTA裝置目前規(guī)模達(dá)1600萬(wàn)t／a；正在建設(shè)的PTA裝置規(guī)模690萬(wàn)t／a；正在籌劃建設(shè)的裝置規(guī)模550萬(wàn)t／a。由此可見(jiàn)，鈦制PTA裝置所需用各種牌號(hào)鈦材數(shù)量是極為巨大的。
2.4.2乙醛裝置
乙醛是制造醋酸的重要原料，目前通用工藝是根據(jù)德國(guó)專(zhuān)利，通過(guò)氯化鈀、氯化銅作催化劑，在0.34MPa，125下，一步法直接氧化生成乙醛，由于催化劑的強(qiáng)腐蝕性，特別是在氧存在條件下更為劇烈，一般常規(guī)材料難以勝任。我國(guó)目前已使用鈦乙醛裝置，可以抵御乙醛生產(chǎn)中的強(qiáng)腐蝕一上二海石化乙醛裝置(3萬(wàn)t／a)共有8臺(tái)鈦設(shè)備，第1、第2冷凝器，尾氣冷凝器，收集器，旋風(fēng)分離器，過(guò)濾器等，還有6臺(tái)鈦泵及大量鈦閥門(mén)與管道，多年來(lái)使用情況良好：大慶石化乙醛裝置(6萬(wàn)t／a)，約有6臺(tái)鈦設(shè)備，3臺(tái)鈦泵、大量鈦閥與管道。
2.4.3醋酸裝置
醋酸是化纖、化1二、醫(yī)藥、食品等工業(yè)的重要原料，如生產(chǎn)醋酸乙烯的原料，生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸的溶劑。
月前主要工藝為乙醛直接氧化生產(chǎn)醋酸。醋酸生產(chǎn)裝置巾由于高溫醋酸中昕含的甲酸、氧離子、高氧酸棍離子等會(huì)引起不銹鋼的嚴(yán)重腐蝕，而且為_(kāi)r避免成品醋酸中溶人金屬離子而影響產(chǎn)品色度，醋酸裝置中一些設(shè)備只能使用鈦與鈦合金才能滿足使用要求。
上海石化醋酸裝置(3.5萬(wàn)a)的脫高沸塔塔頂冷凝器原用0Crl7Nil3M02Ti，因腐蝕嚴(yán)重，成品醋酸色澤變成深咖啡色；調(diào)換成鈦材，使用后上部管板管15焊縫曾發(fā)現(xiàn)微裂紋以及發(fā)黑吸氫腐蝕.其它改用鈦材的還有脫低沸物塔第1冷凝器，高沸物回收醋酸塔冷凝器，脫水塔抽甲酸冷凝器。大慶石化醋酸裝置(7萬(wàn)t／a)中有2臺(tái)成品醋酸冷凝器，l臺(tái)高沸塔冷凝器，均采用鈦制造，耐蝕性良好。
2.4.4醋酸乙烯與已內(nèi)酰胺裝置
維綸生產(chǎn)中聚乙烯醇(PVA)是重要單體，而生產(chǎn)PVA時(shí)首先要用醋酸與乙烯反應(yīng)牛成醋酸乙烯，其中要對(duì)醋酸蒸餾。由于醋酸的強(qiáng)腐蝕，某些塔內(nèi)件采用純鈦制造、己內(nèi)酰胺是牛產(chǎn)錦綸的重要單體。已內(nèi)酰胺生產(chǎn)中的二鹽反應(yīng)器、水解器、二鹽水解中間加熱器、羥胺冷卻器、羥胺換熱器、羥胺-磺酸鹽加熱器、尾氣羅茨鼓風(fēng)機(jī)、光亞硝化反應(yīng)器等均可用鈦材制作。
2.5精細(xì)化工行業(yè)
環(huán)氧丙烷(PropyleneOxide，P())裝置工業(yè)原料是強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。P0牛產(chǎn)中所用的兩大主要原料是液氯和丙烯，這些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)奠定了P0生產(chǎn)裝置設(shè)備管道的腐蝕基礎(chǔ)，在這種工藝條件下生產(chǎn)，如用碳鋼，Al，cu.Ni，不銹鋼等金屬均都無(wú)法抗拒腐蝕，唯有鈦材是比較理想的抗腐蝕金屬材料。
屬于精細(xì)化工行業(yè)的環(huán)氧丙烷裝置，對(duì)氯醇塔、氯醇換熱器及氯醇給料泵等主要設(shè)備，錦西、天津大沽、山東張店、金陵等石化廠及杭州電化廠已先后開(kāi)始使用鈦材或鈦合金，取得了明顯防腐效果，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。各廠主要用鈦設(shè)備情況見(jiàn)表10。
上海高橋石化公司化工三廠環(huán)氧丙烷裝置中使用鈦材情況見(jiàn)表11。
2.6無(wú)機(jī)鹽行業(yè)
無(wú)機(jī)鹽主要包括氯酸鹽和鉀鹽。氯酸鹽主要以氯酸鉀、氯酸鈉產(chǎn)品為主。氯酸鈉廣泛應(yīng)用于紙漿、高氯酸鹽、亞氯酸鹽、水處理、消毒、石油開(kāi)采、氧化劑、除草劑、印染、炸藥、印刷、油墨、冶金、海水提溴等領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其使用領(lǐng)域不斷的拓展。氯酸鈉全球生產(chǎn)能力近350萬(wàn)t，其中北美、歐洲占90％，其他地區(qū)約占10％。實(shí)際產(chǎn)量近300萬(wàn)t。
每年消費(fèi)量以3％一4％的速度遞增。國(guó)內(nèi)氯酸鈉生產(chǎn)近兩年來(lái)發(fā)展很快，總生產(chǎn)能力突破100萬(wàn)t，另有大約5O萬(wàn)t在擴(kuò)建或前期工作中。氯酸鹽鈦制設(shè)備主要有電解槽、鈦陽(yáng)極、反應(yīng)發(fā)生器、蒸發(fā)器等，每一萬(wàn)t氯酸鈉大概需要使用鈦材15t。
鉀鹽產(chǎn)品包括氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀等，目前，中國(guó)硝酸鉀和碳酸鉀的總產(chǎn)能約為60萬(wàn)t。在硝酸鉀和碳酸鉀生產(chǎn)中的蒸發(fā)器、預(yù)熱罐和冷卻器需要使用鈦制設(shè)備。
2.7其他行業(yè)
鈦白粉
鈦材用于薄膜濃縮器、煅燒窯進(jìn)料管、離心器分布盤(pán)等。
尿素
鈦材用于尿素合成塔襯里、氨汽提塔、一般分解塔加熱器、甲胺泵的進(jìn)、排液閥與彈簧、高壓混合器等。
染料
鈦材用于蛇管換熱器、吸收塔、凈化塔噴頭、風(fēng)機(jī)、水環(huán)式真空泵、過(guò)濾器等。
硝酸
鈦材用于硝酸蒸發(fā)器、氧化氮尾氣預(yù)熱器、硝酸蒸汽預(yù)熱器、氣體洗滌器、快速冷卻器、冷凝器、渦輪鼓風(fēng)機(jī)、泵、閥門(mén)、管道等。
3、中國(guó)化工用鈦市場(chǎng)展望
(1)中國(guó)豐富的鈦資源，為中國(guó)的鈦工業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。
中國(guó)是一個(gè)鈦礦資源十分豐富的國(guó)家，目前已探明的鈦礦儲(chǔ)量為8.7億t左右，占全世界已探明鈦礦總量的60％。中國(guó)目前海綿鈦產(chǎn)能是10.35萬(wàn)t，2010年14家主要海綿鈦生產(chǎn)商的產(chǎn)量是5.77萬(wàn)t。中國(guó)目前鈦鑄錠產(chǎn)能是9萬(wàn)t，2010年23家主要鈦鑄錠生產(chǎn)商的產(chǎn)量是4.6萬(wàn)t。鈦加工材產(chǎn)量是3.8萬(wàn)t，其中化工用鈦約為1.9萬(wàn)t。
(2)中國(guó)鈦市場(chǎng)，尤其是化工用鈦市場(chǎng)，前景十分廣闊。
中國(guó)政府十二五規(guī)劃明確指出：“我國(guó)化工行業(yè)將大力發(fā)展以化工新材料、高端專(zhuān)用化學(xué)品、新能源、生物化工、節(jié)能環(huán)保為重點(diǎn)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，努力開(kāi)發(fā)一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和領(lǐng)先技術(shù)，搶占國(guó)際制高點(diǎn)，提高資源能源利用率，減少“三廢”和二氧化碳排放，初步形成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、本質(zhì)安全型的發(fā)展模式，推進(jìn)石油和化學(xué)工業(yè)由大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變”，這項(xiàng)國(guó)策有利于鈦在化工市場(chǎng)的深入推廣使用。
化工用鈦新興市場(chǎng)近年來(lái)不斷涌現(xiàn)。氯堿、純堿、PTA等行業(yè)規(guī)模，近年來(lái)增長(zhǎng)十分迅猛，在各自行業(yè)內(nèi)均已占據(jù)世界第1的位置。各行業(yè)單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模，也由前些年的幾十萬(wàn)t增長(zhǎng)到百萬(wàn)t級(jí)，很多項(xiàng)目在100～200萬(wàn)t之間，甚至還出現(xiàn)200萬(wàn)t以上的項(xiàng)目。如海南逸盛石化有限公司年產(chǎn)210萬(wàn)t精對(duì)苯二甲酸項(xiàng)目。
(3)中國(guó)鈦加工技術(shù)的進(jìn)步，也推動(dòng)著中國(guó)化工用鈦市場(chǎng)更深、更廣的發(fā)展。
大型熔煉、鍛造、軋制等先進(jìn)加工設(shè)備的使用，提高了鈦加工材的成品率提高了鈦材的內(nèi)部質(zhì)量、表面質(zhì)量，降低了最終使用者的成本，更有利于鈦材在化工領(lǐng)域的推廣使用。
鈦帶生產(chǎn)線的投產(chǎn)，使國(guó)外鈦帶產(chǎn)品在中國(guó)一家獨(dú)大的局面一去不返。同時(shí)，降低了裝備制造商的制造成本，也更有利于在化工各領(lǐng)域的鈦材的推廣使用。
中國(guó)鈦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的等效化工作，也推動(dòng)了鈦材在化工各領(lǐng)域的應(yīng)用。最新版（2007）的中國(guó)鈦產(chǎn)品（化學(xué)成分、板、棒、絲）系列標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)ASTM已完全等效，化工行業(yè)用量最大的純鈦成分、性能與ASTM完全一致。
綜上所述，中國(guó)化工用鈦市場(chǎng)前景非常廣闊，在未來(lái)若干年，中國(guó)化工用鈦市場(chǎng)仍將占據(jù)著中國(guó)鈦市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
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