尿素製造におけるチタンおよびチタン合金の主な用途と利点

中性で効率的な窒素肥料である尿素の生産には、いくつかの複雑な化学反応が含まれます。特に、カルバミン酸アンモニウムの尿素への変換は完全ではないため、尿素、過剰のアンモニアおよび水を含む混合物から効率的に分離する必要がある。高温高圧で生成される中間生成物であるカルバミン酸アンモニウム溶液は非常に腐食性が高いことを考慮すると、理想的な材料の選択が特に重要です。チタンはその優れた特性により、この点で際立っています。
American Crucible Company による研究では、チタン装置が尿素プロセスの効率を大幅に向上できることが示されました。これは主に、高温におけるチタンの安定した挙動によるものです。対照的に、ステンレス鋼は、低温では尿素に対して優れた耐食性を持っていますが、温度が 10 度上昇するごとに腐食速度が指数関数的に増加します。その結果、チタンチューブ熱交換器とチタン配管は尿素製造プラントに不可欠かつ重要な機器となっています。

1960 年代に遡ると、日本の三井東圧化学株式会社は、尿素製造におけるライニング材料としてチタンの適用を率先して行いました。同社は一連の実験によりチタンの耐食性を検証した結果、尿素合成塔およびその付帯設備にチタンを全面採用することを決定した。この革新的な取り組みにより、合成速度の向上だけでなく、作業工程の簡素化、製品品質の向上、装置の大型化が実現し、世界の尿素製造分野で広く使用されるようになりました。
尿素合成の重要なプロセスでは、イタリアの企業ネーションワイド メタン パイプライン トランスポートもストリッパー タワーにチタンを選択しました。これは、製造プロセスの反応生成物から尿素を分離するためにストリッパー塔でアミンを使用すると、腐食の問題がさらに悪化するためです。チタンの優れた耐食性は、この問題を解決するための理想的な選択肢となりました。
1970 年代初頭、中国も尿素生産におけるチタンの応用を模索し始めました。当時、中国は240,{2}}トンの二酸化炭素除去塔を設計、製造しており、そのヘッド、直管、上部および下部管プレートなどの主要コンポーネントは、爆発複合チタン鋼に使用されています。プレートテクノロジーを採用し、1,{6}}mm × 31mm チタンチューブを内蔵。この装置は 1979 年に生産開始され、1987 年に廃止されました。その間、合計 1,310 日間稼働し、31,440 時間の化学生成テストを受け、良好な性能を示しました。その後、1990年に中国は400mmのチタンライニング合成塔の設計・製造に成功し、安陽で稼働した。同じ条件下では、チタンの腐食速度は 316L ステンレス鋼よりも 1 桁低く、高温を使用できるため、電力の節約、蒸気の節約、節水の点で企業に大きな経済的メリットをもたらします。