Εφαρμογές τιτανίου στη βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων

Ο βασικός λόγος για τον οποίο το τιτάνιο κυριαρχεί στον εξοπλισμό χλωρο-αλκαλίων έγκειται στη συμπεριφορά παθητικοποίησης του. Όταν εκτίθεται σε οξειδωτικά περιβάλλοντα-ιδιαίτερα υγρό αέριο χλώριο-το τιτάνιο σχηματίζει γρήγορα ένα σταθερό, προστατευτικό φιλμ οξειδίου στην επιφάνειά του. Αυτό το παθητικό στρώμα προστατεύει το υποκείμενο μέταλλο από επιθετική χημική επίθεση σε συνθήκες που θα μπορούσαν να υποβαθμίσουν γρήγορα τους ανοξείδωτους χάλυβες, τα κράματα χαλκού, ακόμη και πολλά υλικά με βάση το νικέλιο-. Σε περιβάλλοντα με υγρό χλώριο υψηλής θερμοκρασίας, το τιτάνιο εμφανίζει ρυθμούς διάβρωσης της τάξης των μικρών μόνο ετησίως. Αυτός ο συνδυασμός θερμοδυναμικής αστάθειας στο μεγαλύτερο μέρος (τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου Ti²⁺/Ti σε -1,63 V) και κινητικής σταθερότητας μέσω επιφανειακής παθητικοποίησης δίνει στο τιτάνιο τη μοναδική του θέση στη μεταλλουργία χλωρίου-αλκαλίου.

Η πιο σημαντική εφαρμογή του τιτανίου στην παραγωγή χλωρίου-αλκαλίων είναι στα ηλεκτρολυτικά στοιχεία. Οι ηλεκτρολυτικές κυψέλες ανόδου μετάλλων και οι ηλεκτρολύτες μεμβράνης-ανταλλαγής ιόντων χρησιμοποιούν τιτάνιο ως υπόστρωμα για σταθερές διαστάσεις ανόδους (DSA)-δομές βάσης τιτανίου επικαλυμμένες με οξείδια ευγενών μετάλλων όπως ρουθήνιο, ιρίδιο ή συνδυασμούς τους.

Η μετάβαση από τις άνοδοι γραφίτη στις άνοδοι DSA{0}}τιτανίου σηματοδότησε μια τεχνολογική επανάσταση στον κλάδο. Οι άνοδοι τιτανίου προσφέρουν σταθερές διαστάσεις καθ' όλη τη διάρκεια ζωής τους, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο του διακένου ηλεκτροδίων και σταθερή κατανομή ρεύματος. Αυτή η σταθερότητα διαστάσεων μεταφράζεται άμεσα σε χαμηλότερη τάση κυψέλης και μειωμένη κατανάλωση ενέργειας. Η τεχνολογία DSA, που πρωτοστάτησε στη δεκαετία του 1950 και διατέθηκε στο εμπόριο στα τέλη της δεκαετίας του 1960, υιοθετήθηκε γρήγορα στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιταλία, την Ιαπωνία και τη Γερμανία.

Στους ηλεκτρολύτες μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων-το τιτάνιο χρησιμοποιείται εκτενώς όχι μόνο για ανόδους αλλά και για συστήματα κυκλοφορίας ανολύτη, συστήματα χειρισμού άλμης και διάφορους εναλλάκτες θερμότητας. Τα ανοδικά διαμερίσματα αυτών των κυττάρων είναι κατασκευασμένα από τιτάνιο για να αντέχουν στο εξαιρετικά οξειδωτικό περιβάλλον ανολύτη.

Η ηλεκτρόλυση της άλμης δημιουργεί μεγάλους όγκους ζεστού, υγρού αερίου χλωρίου που πρέπει να ψυχθεί και να στεγνώσει πριν από την περαιτέρω επεξεργασία. Αυτό το περιβάλλον είναι από τα πιο διαβρωτικά που συναντώνται στη βιομηχανική χημεία. Οι πρώτες απόπειρες χρήσης ψυκτών γραφίτη, γυαλιού, κεραμικού και πλαστικού αντιμετώπισαν θεμελιώδεις περιορισμούς-τη διάβρωση, το ράγισμα, τη γήρανση και την κακή μεταφορά θερμότητας.

Οι ψύκτες τιτανίου άλλαξαν εντελώς αυτό το τοπίο. Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι το τιτάνιο σε ζεστό, υγρό αέριο χλώριο διαβρώνεται μόνο σε 0,0025 mm ετησίως. Η Ρωσία πρωτοστάτησε στη χρήση ψύκτη αερίου με χλώριο τιτανίου το 1963 και σύντομα ακολούθησε η Allied Chemical Company των Ηνωμένων Πολιτειών, αντικαθιστώντας τις μονάδες γραφίτη με τιτάνιο. Η Κίνα κατασκεύασε το πρώτο της ψυγείο τιτανίου το 1965 και μέχρι το 1973, οι σωληνωτές ψύκτες τιτανίου λειτουργούσαν σε πολλές επαρχίες.

Τα οφέλη εκτείνονται πέρα ​​από την αντοχή στη διάβρωση. Οι ψύκτες τιτανίου συντομεύουν τη διαδικασία ψύξης και ξήρανσης, μειώνουν την απώλεια αερίου χλωρίου, ελαχιστοποιούν την περιβαλλοντική ρύπανση και βελτιώνουν τη σταθερότητα του συμπιεσμένου αερίου. Ορισμένοι ψύκτες υγρού χλωρίου τιτανίου που είναι εγκατεστημένοι σε εγκαταστάσεις χλωρίου-αλκαλίων παρέμειναν σε λειτουργία για σχεδόν δύο δεκαετίες χωρίς σημάδια υποβάθμισης.

Οι προθερμαντήρες ραφιναρισμένης άλμης αντιπροσωπεύουν μια άλλη κρίσιμη εφαρμογή. Αυτοί οι εναλλάκτες θερμότητας πρέπει να διατηρούν σταθερή λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες σε μέσα πλούσια σε χλωριούχα-. Οι δέσμες σωλήνων τιτανίου παρέχουν την απαραίτητη αντίσταση στη διάβρωση ενώ παρέχουν αξιόπιστη απόδοση μεταφοράς θερμότητας.

Στα συστήματα αποχλωρίωσης, το τιτάνιο είναι το υλικό επιλογής για τους πύργους αποχλωρίωσης και τις αντλίες και τις βαλβίδες που χρησιμοποιούνται στην αποχλωρίωση υπό κενό. Αυτά τα συστατικά πρέπει να ανθίστανται στην επίθεση από το υπολειμματικό ελεύθερο χλώριο που παραμένει στο ρεύμα διεργασίας. Ο εξοπλισμός τιτανίου επεκτείνει αποτελεσματικά τα διαστήματα συντήρησης και διασφαλίζει την ποιότητα της ανακυκλωμένης άλμης.

Οι αντλίες και οι βαλβίδες τιτανίου διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο στη μεταφορά του μέσου σε όλο το φυτό χλωρίου-αλκαλίων. Στις διεργασίες ηλεκτρόλυσης μεμβράνης και ηλεκτρόλυσης υδραργύρου, οι αντλίες τιτανίου προσφέρουν την πιο οικονομική λύση για το χειρισμό των ρευμάτων υποχλωριώδους καλίου και υποχλωριώδους νατρίου. Μια αξιοσημείωτη περίπτωση αφορούσε μια αμερικανική εταιρεία που χρησιμοποιούσε μια αντλία τιτανίου για να χειριστεί ένα διάλυμα αλατιού 85 μοιρών που περιέχει κρυστάλλους NaCl και ελεύθερο χλώριο-η αντλία έδειξε διάρκεια ζωής άνω των δέκα ετών. Στα συστήματα μεταφοράς αερίου χλωρίου, οι σωληνώσεις τιτανίου αντιμετωπίζουν τους περιορισμούς αντοχής και στεγανοποίησης που είχαν προηγουμένως συναντήσει με μη-μη μεταλλικά υλικά.

Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων έχει υποστεί τρεις σημαντικούς μετασχηματισμούς εξοπλισμού στην παραγωγή καυστικής σόδας: από οριζόντιες κυψέλες δεξαμενής σε ηλεκτρολύτες κατακόρυφου διαφράγματος τη δεκαετία του 1960, από γραφίτη σε μεταλλικές ανόδους τη δεκαετία του 1970 και σε τεχνολογία μεμβρανών ανταλλαγής ιόντων{3} τη δεκαετία του 1980. Το τιτάνιο ήταν κεντρικό στις δύο τελευταίες επαναστάσεις.

Σήμερα, ο εξοπλισμός τιτανίου-συμπεριλαμβανομένων των ανοδίων, των ηλεκτρολυτών, των ψυκτών, των προθερμαντήρων, των πύργων αποχλωρίωσης, των αντλιών, των βαλβίδων και των σωληνώσεων-αποτελεί τη ραχοκοκαλιά της σύγχρονης παραγωγής χλωρίου-αλκαλίων. Η αντίσταση στη διάβρωση, η σταθερότητα των διαστάσεων και η μεγάλη διάρκεια ζωής του υλικού έχουν επιτρέψει υψηλότερες πυκνότητες ρεύματος, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, εκτεταμένες εκστρατείες εξοπλισμού και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η βιομηχανία χλωρίου-αλκαλίων παραμένει ένας από τους μεγαλύτερους καταναλωτές τιτανίου στον χημικό τομέα και το τιτάνιο συνεχίζει να δίνει νέα ώθηση στη βιομηχανική ανάπτυξη.

Επικοινωνήστε τώρα