Den grundläggande anledningen till att titan dominerar klor-alkaliutrustning ligger i dess passiveringsbeteende. När det utsätts för oxiderande miljöer-särskilt fuktig klorgas- bildar titan snabbt en stabil, skyddande oxidfilm på ytan. Detta passiva lager skyddar den underliggande metallen från aggressiva kemiska angrepp under förhållanden som snabbt skulle bryta ned rostfria stål, kopparlegeringar och till och med många nickel-baserade material. I våta klormiljöer med hög-temperatur uppvisar titan korrosionshastigheter i storleksordningen bara mikron per år. Denna kombination av termodynamisk instabilitet i bulken (standardelektrodpotential av Ti²⁺/Ti vid -1,63V) och kinetisk stabilitet genom ytpassivering ger titan sin unika position inom klor-alkalimetallurgi.
Elektrolytiska celler
Den mest betydande användningen av titan i klor-alkaliproduktion är i elektrolytiska celler. Metallanodelektrolytiska celler och jonbytesmembranelektrolysatorer använder titan som substrat för dimensionsstabila anoder (DSA)-titanbasstrukturer belagda med ädelmetalloxider såsom rutenium, iridium eller deras kombinationer.
Övergången från grafitanoder till titan-baserade DSA-anoder markerade en teknisk revolution i branschen. Titananoder erbjuder stabila dimensioner under hela sin livslängd, vilket möjliggör exakt elektrodgapkontroll och konsekvent strömfördelning. Denna dimensionella stabilitet översätts direkt till lägre cellspänning och minskad strömförbrukning. DSA-tekniken, banbrytande på 1950-talet och kommersialiserad i slutet av 1960-talet, antogs snabbt i USA, Italien, Japan och Tyskland.
I jonbytesmembranelektrolysatorer används titan i stor utsträckning, inte bara för anoder utan också för anolytcirkulationssystem, system för hantering av saltlösningar och olika värmeväxlare. De anodiska avdelningarna i dessa celler är konstruerade av titan för att motstå den mycket oxiderande anolytmiljön.
Våt klorkylning
Elektrolysen av saltlake genererar stora volymer varm, fuktig klorgas som måste kylas och torkas innan vidare bearbetning. Denna miljö är bland de mest frätande som förekommer inom industriell kemi. Tidiga försök med kylare av grafit, glas, keramik och plast stötte alla på grundläggande begränsningar-korrosion, sprickbildning, åldrande och dålig värmeöverföring.
Titankylare förändrade detta landskap helt. Tester har visat att titan i varm, fuktig klorgas korroderar med endast 0,0025 mm per år. Ryssland var banbrytande för användningen av titan-klorgaskylare 1963, och USA:s Allied Chemical Company följde snart efter och ersatte grafitenheter med titan. Kina tillverkade sin första titankylare 1965, och 1973 var titanrörkylare i drift i flera provinser.
Fördelarna sträcker sig utöver korrosionsbeständighet. Titankylare förkortar kylnings- och torkningsprocessen, minskar klorgasförlusten, minimerar miljöföroreningar och förbättrar stabiliteten hos komprimerad gas. Vissa våta klorkylare av titan installerade i klor-alkalianläggningar har varit i drift i nästan två decennier utan tecken på nedbrytning.
System för förvärmning av saltlake och avklorering
Raffinerade brineförvärmare representerar en annan kritisk tillämpning. Dessa värmeväxlare måste upprätthålla stabil drift vid förhöjda temperaturer i kloridrika-media. Titanrörbuntar ger den nödvändiga korrosionsbeständigheten samtidigt som de levererar tillförlitlig värmeöverföringsprestanda.
I avkloreringssystem är titan det valda materialet för avkloreringstorn och de pumpar och ventiler som används vid vakuumavklorering. Dessa komponenter måste motstå angrepp från kvarvarande fritt klor i processströmmen. Titanutrustning förlänger effektivt underhållsintervallen och säkerställer kvaliteten på återvunnen saltlösning.
Pumpar, ventiler och transportsystem
Titanpumpar och ventiler spelar en viktig roll vid mediumtransport genom klor-alkalianläggningen. I membranelektrolys och kvicksilverelektrolysprocesser erbjuder titanpumpar den mest ekonomiska lösningen för hantering av kaliumhypoklorit och natriumhypokloritströmmar. Ett anmärkningsvärt fall gällde ett amerikanskt företag som använde en titanpump för att hantera en 85 graders saltlösning innehållande NaCl-kristaller och fritt klor -pumpen visade en livslängd som översteg tio år. I transportsystem för klorgas tar titanrörledningar upp de hållfasthets- och tätningsbegränsningar som tidigare uppstått med icke-metalliska material.
Klor-alkaliindustrin har genomgått tre stora utrustningsomvandlingar inom kaustiksodaproduktion: från horisontella tankceller till vertikala diafragmaelektrolysörer på 1960-talet, från grafit till metallanoder på 1970-talet och till jonbytesmembranteknik på 1980-talet. Titan har varit centralt för de två sistnämnda revolutionerna.
Idag utgör titanutrustning-inklusive anoder, elektrolysatorer, kylare, förvärmare, avkloreringstorn, pumpar, ventiler och rörledningar-stommen i modern klor-alkaliproduktion. Materialets korrosionsbeständighet, dimensionella stabilitet och långa livslängd har möjliggjort högre strömtätheter, lägre energiförbrukning, utökade utrustningskampanjer och minskad miljöpåverkan. Klor-alkaliindustrin är fortfarande en av de största konsumenterna av titan i den kemiska sektorn, och titan fortsätter att tillföra ny fart i industriell utveckling.
