Den grunnleggende årsaken til at titan dominerer klor-alkaliutstyr, ligger i passiveringsadferden. Når det utsettes for oksiderende miljøer, -spesielt fuktig klorgass- danner titan raskt en stabil, beskyttende oksidfilm på overflaten. Dette passive laget beskytter det underliggende metallet mot aggressive kjemiske angrep under forhold som raskt vil bryte ned rustfritt stål, kobberlegeringer og til og med mange nikkel-baserte materialer. I våte klormiljøer med høye-temperaturer viser titan korrosjonshastigheter i størrelsesorden bare mikron per år. Denne kombinasjonen av termodynamisk ustabilitet i bulk (standard elektrodepotensial på Ti²⁺/Ti ved -1,63V) og kinetisk stabilitet gjennom overflatepassivering gir titan sin unike posisjon i klor-alkalimetallurgi.
Elektrolytiske celler
Den viktigste anvendelsen av titan i klor-alkaliproduksjon er i elektrolyseceller. Metallanodeelektrolyseceller og ioneutvekslingsmembranelektrolysatorer bruker titan som substrat for dimensjonsstabile anoder (DSA)-titanbasestrukturer belagt med edelmetalloksider som rutenium, iridium eller kombinasjoner av disse.
Overgangen fra grafittanoder til titan-baserte DSA-anoder markerte en teknologisk revolusjon i bransjen. Titananoder tilbyr stabile dimensjoner gjennom hele levetiden, noe som muliggjør presis elektrodeavstandskontroll og konsistent strømfordeling. Denne dimensjonsstabiliteten oversetter direkte til lavere cellespenning og redusert strømforbruk. DSA-teknologien, banebrytende på 1950-tallet og kommersialisert på slutten av 1960-tallet, ble raskt tatt i bruk over hele USA, Italia, Japan og Tyskland.
I ionebyttemembranelektrolysatorer brukes titan i stor utstrekning, ikke bare for anoder, men også til anolyttsirkulasjonssystemer, saltvannshåndteringssystemer og forskjellige varmevekslere. De anodiske rommene til disse cellene er konstruert av titan for å motstå det sterkt oksiderende anolyttmiljøet.
Våt klorkjøling
Elektrolysen av saltlake genererer store volumer varm, fuktig klorgass som må avkjøles og tørkes før videre behandling. Dette miljøet er blant de mest etsende man møter i industriell kjemi. Tidlige forsøk med grafitt-, glass-, keramikk- og plastkjølere møtte alle grunnleggende begrensninger-korrosjon, sprekker, aldring og dårlig varmeoverføring.
Titankjølere endret dette landskapet totalt. Testing har vist at titan i varm, fuktig klorgass korroderer med bare 0,0025 mm per år. Russland var banebrytende for bruken av titan klorgasskjølere i 1963, og USAs Allied Chemical Company fulgte snart etter, og erstattet grafittenheter med titan. Kina produserte sin første titankjøler i 1965, og i 1973 var titanrørkjølere i drift i flere provinser.
Fordelene strekker seg utover korrosjonsbestandighet. Titankjølere forkorter kjøle- og tørkeprosessen, reduserer tap av klorgass, minimerer miljøforurensning og forbedrer stabiliteten til komprimert gass. Noen våte klorkjølere av titan installert i klor-alkalianlegg har vært i drift i nesten to tiår uten tegn til nedbrytning.
Forvarming og avkloreringssystemer for saltlake
Raffinerte saltlakeforvarmere representerer en annen kritisk applikasjon. Disse varmevekslerne må opprettholde stabil drift ved høye temperaturer i klorid-rike medier. Titanrørbunter gir den nødvendige korrosjonsmotstanden samtidig som de leverer pålitelig varmeoverføringsytelse.
I avkloreringssystemer er titan det valgte materialet for avkloreringstårn og pumper og ventiler som brukes i vakuumdeklorering. Disse komponentene må motstå angrep fra gjenværende fritt klor i prosessstrømmen. Titanutstyr forlenger effektivt vedlikeholdsintervallene og sikrer kvaliteten på resirkulert saltlake.
Pumper, ventiler og transportsystemer
Titanpumper og ventiler spiller en viktig rolle i medium transport gjennom klor-alkalianlegget. I membranelektrolyse- og kvikksølvelektrolyseprosesser tilbyr titanpumper den mest økonomiske løsningen for håndtering av kaliumhypokloritt- og natriumhypoklorittstrømmer. En bemerkelsesverdig sak involverte et amerikansk selskap som brukte en titanpumpe for å håndtere en 85 graders saltløsning som inneholdt NaCl-krystaller og fritt klor-pumpen viste en levetid på over ti år. I transportsystemer for klorgass tar titanrør opp styrken og tetningsbegrensningene man tidligere har møtt med ikke-metalliske materialer.
Klor-alkaliindustrien har gjennomgått tre store utstyrstransformasjoner innen kaustisk sodaproduksjon: fra horisontale tankceller til vertikale diafragmaelektrolysatorer på 1960-tallet, fra grafitt til metallanoder på 1970-tallet og til ionebyttemembranteknologi på 1980-tallet. Titan har vært sentral i de to sistnevnte revolusjonene.
I dag utgjør titanutstyr-inkludert anoder, elektrolysere, kjølere, forvarmere, dekloreringstårn, pumper, ventiler og rør- ryggraden i moderne klor-alkaliproduksjon. Materialets korrosjonsbestandighet, dimensjonsstabilitet og lange levetid har muliggjort høyere strømtettheter, lavere energiforbruk, utvidede utstyrskampanjer og redusert miljøpåvirkning. Klor-alkaliindustrien er fortsatt en av de største forbrukerne av titan i den kjemiske sektoren, og titan fortsetter å injisere ny fart i industriell utvikling.
