Odličan materijal za anode u hlor-alkalnoj industriji—titanijum

Tačka topljenja titanijuma je 1680 stepeni, a gustina je 4,54g/cm3. Teži je od aluminijuma, ali 43% lakši od čelika. Titanijum je veoma jak, 6 puta jači od aluminijuma. Stoga, među konstrukcijskim materijalima, titan ima vrlo visoku specifičnu čvrstoću. Još jedna velika prednost titanijuma je njegova jaka otpornost na koroziju na razne supstance.

Titan se široko koristi u klor-alkalnoj industriji, prvo zbog svoje odlične otpornosti na koroziju na vlažne otopine hlora i natrijum hlorida, a drugo zato što ga elektrohemijska svojstva čine pogodnim za upotrebu kao anodni materijal. Sjedinjene Države su počele sa proizvodnjom hlor-alkalne opreme još 1960-ih, a ova aplikacija se brzo razvijala, sa složenom godišnjom stopom rasta od 8%. U 2021. godini, otprilike 50% globalne proizvodnje hlora koristi anode obložene rutenijum-titanijumom. U ruskoj proizvodnji hlora više od 80% opreme i cijevi izrađeno je od titanijuma. Cijela hlor-alkalna industrija, koja proizvodi hlor i druge okside, otrovne hemikalije, kloramine i prah za izbjeljivanje, čini više od 60% opreme od titana koja se koristi u hemijskom sektoru. U hlor-alkalnoj industriji Japan koristi titanijumske anode, koje su najrasprostranjeniji proizvodi od titana u Japanu. Od ranih 1980-ih, hlor-alkalna industrija moje zemlje počela je da koristi titanijumske anode i postigla je dobre ekonomske koristi.

Titanium anode is currently the single product that uses the most titanium in the chemical industry. In the past, graphite anodes were commonly used in chlor-alkali industrial electrolyzers, which had short lifespan and high power consumption. The advantages of using titanium anodes are: anode size stability, long life, low power and steam consumption, high product quality, large production capacity, and good working conditions. After Shanghai Liaoyuan Chemical Company switched its 20-meter-long electrolytic cell to titanium anodes, experts determined that its production capacity doubled compared to that of graphite anode electrolytic cells. The current density of graphite electrodes is mostly 1100A/m2, and the current density of titanium anodes can reach >2000A/m2; the anode has a long life. Graphite anodes can only be used for about 0.5 years, while titanium anodes can be used for >4 godine; ušteda oko 15% električne energije i oko 5% pare. Kvalitet proizvoda je dobar. Kaustična soda proizvedena u rezervoaru sa grafitnom anodom je crvenkasto ljubičasta, dok je kaustična soda proizvedena u rezervoaru sa titanijumskom anodom bezbojna i ima nizak sadržaj organskih nečistoća; azbestna dijafragma ima dug vijek trajanja. Grafitna anodna dijafragma rezervoara može se koristiti samo oko 180 dana, dok membrana rezervoara anode od titanijuma ima dug radni vek jer nije blokirana česticama grafita, što ne samo da štedi azbest, već zahteva i manje radova na održavanju; titanijumske anode ne koriste asfalt i olovo, zelene su i ekološki prihvatljive.

U procesu proizvodnje hlora hlor-alkalne kompanije, gasni hlor koji se ispušta iz elektrolitičke ćelije ne samo da ima visoku temperaturu, već sadrži i veliku količinu vlage. Mora se ohladiti i osušiti prije upotrebe. Proces hlađenja uključuje direktnu i indirektnu metodu. Direktno hlađenje vodenim sprejom ne samo da će stvoriti veliku količinu vode koja sadrži hlor, već će i zagaditi okoliš. Gubitak hlora je veliki, potrošnja H2SO4 je velika, a uslovi rada su takođe loši. Ako se za hlađenje koristi indirektni hladnjak od nehrđajućeg čelika, vijek trajanja je teško premašiti 10 dan, dok se grafitni hladnjak može koristiti samo oko 90 dana. Titanijum je odličan materijal za proizvodnju hladnjaka i ima izuzetno jaku otpornost na vlažnu hlornu koroziju, sa stopom korozije manjom ili jednakom 0,0025 mm/god. Stoga, upotreba titanijumskih hladnjaka u hlor-alkalnoj preradi može skratiti vrijeme hlađenja i sušenja, smanjiti gubitak hlora i smanjiti zagađenje okoliša. Drugo, može stvoriti potrebne uslove za stabilan rad i potpuno sušenje komprimovanog gasa.

In the U.S. chemical industry, >50% titanijuma se koristi u rashladnim uređajima za proizvodnju hlor-alkalija. Alliedove rashladne cijevi napravljene od grafita trajale su samo 2 do 3 godine. Nakon prelaska na titanijumske cijevi, mogu se koristiti više od 10 godina. Upotreba titanijumskih cevi sa tankim zidovima eliminiše potrebu za umetanjem grafitnih traka na hladnjak i može izdržati izuzetno visoku provodljivost toplote. Na primjer, hladnjak od titana od 78m2 provodi toliko topline kao hladnjak od 140m2 od grafita. Hladnjaci koji se koriste u Sovjetskom Savezu i ruskoj hlor-alkalnoj industriji su svi napravljeni od titanijuma. Ekonomski pokazatelji hlađenja vlažnim hlorom, grafitna cijev Shanghai Liaoyuan Chemical Company, tehnički i ekonomski pokazatelji hladnjaka titanijumske cijevi. Iz ovih podataka se vidi da je indirektno hlađenje mokrim hlorom mnogo efikasnije od direktnog raspršivanja vodom.

Nakon što je Shanghai Liaoyuan Chemical Company prešla na indirektne titanijumske hladnjake, može uštedjeti 400,000 tona/godišnje vode, 1.360 tona/godišnje sumporne kiseline za sušenje i 1.400 tona/godišnje plina hlora. Hladnjaci sa titanijumskim cevima traju mnogo duže od hladnjaka sa grafitnim cevima.
Pumpe, ventili itd.

Titanijumske pumpe koje koriste membranske metode ili elektrolizu žive za proizvodnju hlora mogu postići najveće ekonomske koristi. Titanijumska pumpa američke kompanije Piffic ima vijek trajanja do 10 godina. Pekinška hemijska tvornica br. 2 koristila je pumpe od livenog titanijuma 6BA-12, Dg100 i Dg150 zaporne ventile i HTB{6}} keramičke vakum pumpe s vodenim prstenom titanijumske impelere u procesu vakuumske dehloracije. Nakon 1,5 godine rada i dalje su netaknuti. Nema znakova korozije. Različiti titanijumski ventili mogu se efikasno koristiti pod visokim pritiscima od normalnog pritiska do 5000N/cm2.