Chloralkalický průmysl je chemický průmysl, který vyrábí plynný chlor a kaustickou sodu pomocí elektrolytického vodného roztoku soli. Má více než stoletou historii a je také nejstarším použitím titanu v chemickém průmyslu. Při výrobě chloru a alkalických hydroxidů zahrnují titanová zařízení především elektrolyzéry s kovovou anodou, elektrolyzéry s iontoměničovou membránou, trubkové chladiče mokrého chloru, předehřívače rafinovaného solného roztoku, dechlorační věže, chladicí a prací věže chloru a alkalických hydroxidů, vakuové dechlorační čerpadlo a ventil a další titanová zařízení. V 70. letech 20. století nahradil grafit jako primární materiál ve skrubech pro chlazení chlóru. V současné době je titan široce používaným antikorozním materiálem v chlóro-alkalickém průmyslu, díky své vynikající odolnosti proti korozi je ideální pro výrobu kovových anod a dalších zpracovatelských zařízení. Proč? Proč je titan v této oblasti oblíbený? Začněme jeho charakterem.

Vlastnosti titanu
Odolnost proti korozi je důležitou vlastností alkalického chlóru. Procesní médium a korozivní látky, jako je kyselina sírová, plynný chlor, kyselina chlorovodíková a louh sodný, používané v chlóro-alkalickém průmyslu, mají nepříznivé účinky na potrubí a zařízení. Proto jsou na zařízení a materiály pro výrobu alkalických chloridů kladeny vyšší požadavky na odolnost proti korozi. Slitina titanu má vynikající odolnost proti korozi, vysokou pevnost, nízkou hmotnost a dobrou stabilitu, takže je ve výrobě chloru a alkalických hydroxidů upřednostňována.

Titan se často používá v extrémně korozivním prostředí, a proto je pro takové aplikace vhodnější než jiné kovy, zejména pokud se na jejich povrchu vytvoří pasivní oxidový film. Tento film se skládá z krystalických materiálů, které mají vysokou integritu a přilnavost. Při poškození slitiny titanu se pasivní film sám zacelí. Kromě toho je eloxování účinným procesem pro zvýšení ochranného filmu na titanu. Vykazuje vynikající odolnost proti korozi v mořské vodě a uhlovodíkům. Kromě toho titan vykazuje silnou pasivační tendenci, což znamená, že může vytvářet stabilní oxidační film na vzduchu nebo ve vodném roztoku. Proto může být použití slitin titanu pro procesy chlorace pro průmysl velmi přínosné. Slitiny titanu mají také vynikající tažnost, tvářitelnost, pevnost a svařitelnost. Titan má nižší tepelnou vodivost než uhlíková ocel a měď, takže jeho stěny mohou být tenčí. Dobrá odolnost titanu proti korozi také znamená, že povrch není náchylný k tvorbě okují, což snižuje tepelný odpor. Slitinu titanu je navíc možné dlouhodobě používat při teplotách až 600 °C.

V oxidačních podmínkách obsahujících chloridy vykazuje titan korozní odolnost srovnatelnou s tantalem a vyšší než nerezová ocel a slitiny na bázi niklu. Koroze čistého titanu 100% je za podmínek redukční kyseliny slabá, zatímco slitina titanu obsahující palladium nejen zvyšuje korozní odolnost titanu za podmínek redukčního prostředí, ale také si zachovává korozní odolnost za podmínek oxidace. Vytváří na svém povrchu pasivní oxidový film, který zlepšuje jeho odolnost proti korozi.

Aplikace titanu v chlóru a alkáliích

  • Kovová anoda
    Mezi procesy výroby chloru a alkalických hydroxidů patří rtuťová elektrolýza, membránová elektrolýza a iontová membránová elektrolýza. V minulosti se pro chlor-alkalickou anodu používala grafitová anoda. V roce 1956 Nizozemec Henry. H. Beer poprvé navrhl použití kovových anod v membránovém elektrolyzéru, nazývaných také rozměrově stabilní anody (DSA), a v roce 1965 získal patentové právo. Rozměrově stabilní anody jsou elektrody potažené oxidem ušlechtilých kovů platinové skupiny na titanových substrátech. V roce 1968 italská společnost DeNore poprvé realizovala industrializaci titanové anody v chlóro-alkalickém průmyslu.
    Od 70. let 20. století začaly elektrolyzéry s kovovou anodou (DSA) a elektrolyzéry s iontovým filmem nahrazovat elektrolyzéry s grafitovou anodou, a proto byl grafitový chladič nahrazen titanovým chladičem s mokrým chlorem. Mezi hlavní zařízení patří iontový membránový elektrolyzér, anodický titan cirkulační nádrž na kapalinu, nádrž na lehkou slanou vodu, vakuová dechlorační věž, výměník tepla, potrubí a vývěva atd. Titanové potrubí a zařízení se používají především v anodických kapalinových cirkulačních systémech, systémech pro lehkou slanou vodu, dechloračních systémech, systémech pro dodávku mokrého plynného chloru a systémech pro cirkulaci chlorové vody. Titanové čerpadlo se používá hlavně k dopravě rafinované solanky, anodické cirkulační kapaliny, lehké solanky a chlorové vody atd. V porovnání s elektrolytickým článkem s grafitovou anodou může elektrolytický článek s kovovou anodou s membránou ušetřit 100-200 kW/h elektrické energie při výrobě 1 t kaustické sody.
    V iontovém membránovém elektrolyzéru je teplota anodové a katodové komory přibližně 90 ℃, anodová komora je naplněna roztokem chloru a soli a katodová komora má roztok kaustické sody 30%-35%. Provozní proudová hustota je 30-40 A /dm. V takto náročných podmínkách musí být při konstrukci elektrolyzéru zajištěna dostatečná odolnost materiálu proti korozi. Anodová část (anoda a anodická kapalinová kontaktní část) elektrolyzéru s iontovým filmem je většinou slitina titanu s dobrou korozní odolností. Kromě hlavního zařízení elektrolyzéru se titanové zařízení používá hlavně v následujících částech: systém solanky - hladinoměr kapaliny; systém anodické kapaliny - nádrž na anodickou kapalinu a prací věž na chlor; systém sladké slané vody - dechlorační věž, rozdělovač sladké slané vody, přístrojový chladič; systém chlornanu sodného - chlazení, absorpční věž, rozdělovač; systém plynného chloru - chladič plynného mokrého chloru; systém prevence rizik - výměník tepla, ventilátor.
  • Chladič mokrého plynného chlóru
    Při výrobě elektrolytické soli vzniká velké množství horkého vlhkého plynného chloru, který lze po ochlazení a vysušení použít. Existují dva způsoby chlazení horkého a vlhkého chloru: přímé rozstřikování vody a nepřímé chlazení trubkovým chladičem. Při přímém chlazení vzniká nejen velké množství chlorové vody obsahující chlor, ale i znečištění životního prostředí a větší ztráty chloru, spotřeba kyseliny sírové. Výsledky experimentů ukazují, že titan je mimořádně odolný vůči korozi při vysoké teplotě v prostředí vlhkého plynného chloru a jeho roční koroze je 0,0025 mm. Proto může použití titanového chladiče Chlor-alkalická průmyslová výroba zkrátit proces chlazení a sušení, snížit ztráty plynného chloru a znečištění životního prostředí a vytvořit příznivé podmínky pro stabilní provoz stlačeného plynu a extrémní sušení.
  • Čerpadlo & ventil
    Při výrobě plynného chloru membránovou elektrolýzou a rtuťovou elektrolýzou jsou úsporná čerpadla ze slitin titanu používaná v chlornanu draselném a chlornanu sodném. Společnost Georgia-pifik Company používá titanové čerpadlo k čerpání 85 ℃ roztoku soli, který obsahuje 270 ~ 320 g/l NaCl, krystalizaci NaCl a více než 0,5 g/l volného chloru. Životnost titanového čerpadla je až 10 let.

Napište poslední
Lze říci, že slitina titanu je v chlóro-alkalickém průmyslu nejpreferovanějším kovem. Existují také některé problémy: Inženýři by měli vycházet ze skutečných podmínek, umístění dílu a potřeby obrábění atd. Obecně platí, že titan nevytváří mezikrystalovou a napěťovou korozi, ale je náchylný ke štěrbinové korozi, zejména štěrbiny o šířce asi 0,5 mm. Pro díly, které jsou náchylné ke korozi, je nejlepší volbou slitina titanu s palladiem nebo palladiování.
Ačkoli je titan kov odolný proti korozi, není vhodný pro všechna chemická korozivní média. I pro stejné médium platí, že jeho korozní odolnost souvisí s koncentrací a teplotou média. Titan nelze použít v suchém plynném chlóru, protože i když je teplota v prostředí suchého plynného chlóru nižší než nula, dojde k poměrně prudké chemické reakci, při níž vzniká obrovské teplo, které může způsobit požár. Aby se zajistila dobrá stabilita titanu v plynném chloru, nesmí obsah vody v plynném chloru překročit 0,5%.