Основната причина, поради която титанът доминира в хлор-алкалното оборудване, се крие в неговото пасивно поведение. Когато е изложен на окислителна среда-особено влажен хлорен газ-титанът бързо образува стабилен, защитен оксиден филм върху повърхността си. Този пасивен слой предпазва основния метал от агресивна химическа атака в условия, които биха разградили бързо неръждаема стомана, медни сплави и дори много материали на -основа на никел. При високи-температурни мокри хлорни среди титанът проявява скорости на корозия от порядъка на микрони на година. Тази комбинация от термодинамична нестабилност в обема (стандартен електроден потенциал на Ti²⁺/Ti при -1,63 V) и кинетична стабилност чрез повърхностна пасивация дава на титана уникалната му позиция в хлор-алкалната металургия.
Електролитни клетки
Най-значимото приложение на титан в производството на хлор-алкали е в електролитни клетки. Електролитните клетки с метални аноди и електролизаторите с йонообменна мембрана използват титан като субстрат за дименсионно стабилни аноди (DSA)-титаниеви основни структури, покрити с оксиди на благородни метали като рутений, иридий или техни комбинации.
Преходът от графитни аноди към -базирани на титан DSA аноди бележи технологична революция в индустрията. Титаниевите аноди предлагат стабилни размери през целия си експлоатационен живот, позволявайки прецизен контрол на междините между електродите и последователно разпределение на тока. Тази стабилност на размерите се превръща директно в по-ниско напрежение на клетките и намалена консумация на енергия. Технологията DSA, въведена през 50-те години на миналия век и комерсиализирана в края на 60-те години на миналия век, бързо се възприема в Съединените щати, Италия, Япония и Германия.
В електролизаторите с йонообменна мембрана титанът се използва широко не само за аноди, но и за системи за циркулация на анолит, системи за обработка на солен разтвор и различни топлообменници. Анодните отделения на тези клетки са изработени от титан, за да издържат на силно окислителната анолитна среда.
Мокро охлаждане с хлор
Електролизата на саламура генерира големи обеми горещ, влажен хлорен газ, който трябва да бъде охладен и изсушен преди по-нататъшна обработка. Тази среда е сред най-корозионните, срещани в индустриалната химия. Всички ранни опити за използване на графитни, стъклени, керамични и пластмасови охладители се натъкнаха на фундаментални ограничения-корозия, напукване, стареене и лош пренос на топлина.
Титаниеви охладители промениха този пейзаж изцяло. Тестването показа, че титанът в горещ, влажен хлорен газ корозира само с 0,0025 mm на година. Русия е пионер в използването на титаниеви газови охладители с хлор през 1963 г., а Allied Chemical Company на Съединените щати скоро я последва, заменяйки графитните модули с титаниеви. Китай произвежда първия си титаниев охладител през 1965 г., а до 1973 г. титаниеви тръбни охладители работят в множество провинции.
Предимствата надхвърлят устойчивостта на корозия. Титаниевите охладители съкращават процеса на охлаждане и сушене, намаляват загубата на хлорен газ, минимизират замърсяването на околната среда и подобряват стабилността на сгъстения газ. Някои титаниеви охладители с мокър хлор, инсталирани в хлор-алкални инсталации, са останали в експлоатация почти две десетилетия без признаци на разграждане.
Системи за предварително загряване и дехлориране на солен разтвор
Предварителните нагреватели за рафинирана саламура представляват друго критично приложение. Тези топлообменници трябва да поддържат стабилна работа при повишени температури в богата на хлорид- среда. Титаниеви тръбни снопове осигуряват необходимата устойчивост на корозия, като същевременно осигуряват надежден топлопренос.
В системите за дехлориране титанът е избраният материал за кули за дехлориране и помпи и клапани, използвани при вакуумно дехлориране. Тези компоненти трябва да издържат на атака от остатъчния свободен хлор, оставащ в производствения поток. Оборудването от титан ефективно удължава интервалите за поддръжка и гарантира качеството на рециклираната саламура.
Помпи, клапани и транспортни системи
Титаниевите помпи и клапани играят съществена роля в транспорта на средата в завода за хлор-алкали. При процесите на мембранна електролиза и живачна електролиза титаниевите помпи предлагат най-икономичното решение за работа с потоци от калиев хипохлорит и натриев хипохлорит. Забележителен случай включва американска компания, използваща титаниева помпа за работа с 85-градусов солен разтвор, съдържащ NaCl кристали и свободен хлор-помпата демонстрира експлоатационен живот над десет години. В системите за транспортиране на хлорен газ, титаниеви тръбопроводи се справят с ограниченията на якостта и уплътняването, срещани преди при не-металните материали.
Хлор-алкалната промишленост претърпя три основни трансформации на оборудването при производството на сода каустик: от хоризонтални резервоарни клетки до вертикални диафрагмени електролизатори през 60-те години на миналия век, от графит към метални аноди през 70-те години на миналия век и до технология за йонообменна мембрана през 80-те години на миналия век. Титанът е централен за последните две революции.
Днес титаново оборудване-включително аноди, електролизатори, охладители, подгреватели, кули за дехлориране, помпи, клапани и тръбопроводи-формират гръбнака на съвременното производство на хлор-алкали. Корозионната устойчивост на материала, стабилността на размерите и дългият експлоатационен живот позволиха по-високи плътности на тока, по-ниска консумация на енергия, разширени кампании на оборудването и намалено въздействие върху околната среда. Хлор-алкалната промишленост остава един от най-големите потребители на титан в химическия сектор и титанът продължава да инжектира нов импулс в индустриалното развитие.
