Vynikajúci materiál pre anódy v chlór-alkalickom priemysle - titán

Teplota topenia titánu je 1680 stupňov a hustota je 4,54 g/cm3. Je ťažší ako hliník, ale o 43 % ľahší ako oceľ. Titán je veľmi pevný, 6-krát pevnejší ako hliník. Preto medzi konštrukčnými materiálmi má titán veľmi vysokú špecifickú pevnosť. Ďalšou veľkou výhodou titánu je jeho silná korózna odolnosť voči rôznym látkam.

Titán je široko používaný v priemysle chlóru a alkalických kovov, po prvé pre jeho vynikajúcu odolnosť proti korózii voči mokrým roztokom chlóru a chloridu sodného a po druhé preto, že jeho elektrochemické vlastnosti ho predurčujú na použitie ako anódový materiál. Spojené štáty americké začali vyrábať chlór-alkalické zariadenia už v 60. rokoch 20. storočia a táto aplikácia sa rýchlo rozvíjala so zloženým ročným rastom 8 %. V roku 2021 približne 50 % svetovej produkcie chlóru používa anódy potiahnuté ruténiom a titánom. Pri ruskej výrobe chlóru je viac ako 80 % zariadení a potrubí vyrobených z titánu. Celý priemysel výroby chlóru a zásad, ktorý vyrába chlór a iné oxidy, toxické chemikálie, chlóramíny a bieliace prášky, predstavuje viac ako 60 % titánových zariadení používaných v chemickom sektore. V priemysle chlóru a alkalických kovov používa Japonsko titánové anódy, ktoré sú v Japonsku najpoužívanejšími titánovými produktmi. Od začiatku 80. rokov minulého storočia začal priemysel výroby chlóru a alkalických kovov v mojej krajine používať titánové anódy a dosiahol dobré ekonomické výhody.

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 roky; úspora asi 15 % elektrickej energie a asi 5 % pary. Kvalita produktu je dobrá. lúh sodný vyrobený v nádrži s grafitovou anódou je červenofialový, zatiaľ čo lúh sodný vyrobený v nádrži s titánovou anódou je bezfarebný a má nízky obsah organických nečistôt; azbestová membrána má dlhú životnosť. Grafitová anódová membrána nádrže môže byť používaná len asi 180 dní, zatiaľ čo titánová anódová membrána nádrže má dlhú životnosť, pretože ju neblokujú grafitové častice, čo nielen šetrí azbest, ale vyžaduje aj menej údržbových prác; titánové anódy nepoužívajú asfalt a olovo a sú zelené a šetrné k životnému prostrediu.

V procese výroby chlóru v chlór-alkalickej spoločnosti má plynný chlór vypúšťaný z elektrolytického článku nielen vysokú teplotu, ale obsahuje aj veľké množstvo vlhkosti. Pred použitím sa musí ochladiť a vysušiť. Proces chladenia zahŕňa priamu metódu a nepriamu metódu. Priame chladenie rozprašovaním vody vytvorí nielen veľké množstvo vody s obsahom chlóru, ale aj znečistí životné prostredie. Strata chlóru je veľká, spotreba H2SO4 je veľká a pracovné podmienky sú tiež zlé. Ak sa na chladenie používa nepriamy chladič z nehrdzavejúcej ocele, životnosť je ťažké presiahnuť 10 deň, zatiaľ čo grafitový chladič sa môže používať len približne 90 dní. Titán je vynikajúci materiál na výrobu chladičov a má extrémne silnú odolnosť voči mokrej chlórovej korózii s rýchlosťou korózie menšou alebo rovnou 0,0025 mm/rok. Preto použitie titánových chladičov pri spracovaní chlóru a zásad môže skrátiť čas chladenia a sušenia, znížiť straty chlóru a znížiť znečistenie životného prostredia. Po druhé, môže vytvoriť potrebné podmienky pre stabilnú prevádzku a úplné vysušenie stlačeného plynu.

In the U.S. chemical industry, >50 % titánu sa používa v chladičoch na výrobu chlóru a alkálií. Chladiace trubice Allied vyrobené z grafitu vydržali len 2 až 3 roky. Po prechode na titánové trubice sa môžu používať viac ako 10 rokov. Použitie tenkostenných titánových rúrok eliminuje potrebu vkladania grafitových pásikov na chladič a znesie extrémne vysokú tepelnú vodivosť. Napríklad 78 m2 titánový chladič vedie toľko tepla ako 140 m2 grafitový chladič. Chladiče používané v Sovietskom zväze a v ruskom chlór-alkalickom priemysle sú všetky vyrobené z titánu. Ekonomické ukazovatele chladenia mokrým chlórom, grafitová trubica Shanghai Liaoyuan Chemical Company, technické a ekonomické ukazovatele titánového chladiča. Z týchto údajov je zrejmé, že nepriame chladenie mokrým chlórom je oveľa efektívnejšie ako priame chladenie rozprašovaním vodou.

Po prechode Shanghai Liaoyuan Chemical Company na nepriame titánové chladiče môže ušetriť 400,000 ton/rok vody, 1 360 ton/rok kyseliny sírovej na sušenie a 1 400 ton/rok plynného chlóru. Titánové rúrkové chladiče vydržia oveľa dlhšie ako grafitové rúrkové chladiče.
Čerpadlá, ventily atď.

Najvyššie ekonomické výhody môžu dosiahnuť titánové čerpadlá, ktoré využívajú membránové metódy alebo ortuťovú elektrolýzu na výrobu chlóru. Titánová pumpa od americkej firmy Piffic má životnosť až 10 rokov. Pekingský chemický závod č. 2 použil v procese vákuovej dechlorácie čerpadlá z liateho titánu 6BA-12, uzatváracie ventily Dg100 a Dg150 a titánové obežné kolesá keramických vákuových čerpadiel HTB-7011. Po 1,5 roku prevádzky sú stále neporušené. Bez známok korózie. Rôzne titánové ventily možno efektívne použiť pri vysokých tlakoch od normálneho tlaku až po 5000 N/cm2.