Den grundlæggende årsag til, at titanium dominerer klor-alkaliudstyr, ligger i dets passiveringsadfærd. Når det udsættes for oxiderende miljøer, danner -især fugtig klorgas- titanium hurtigt en stabil, beskyttende oxidfilm på overfladen. Dette passive lag beskytter det underliggende metal mod aggressivt kemisk angreb under forhold, der hurtigt ville nedbryde rustfrit stål, kobberlegeringer og endda mange nikkel-baserede materialer. I våde klormiljøer med høje-temperaturer udviser titanium korrosionshastigheder i størrelsesordenen kun mikron pr. år. Denne kombination af termodynamisk ustabilitet i bulk (standard elektrodepotentiale på Ti²⁺/Ti ved -1,63V) og kinetisk stabilitet gennem overfladepassivering giver titanium sin unikke position i klor-alkalimetallurgi.
Elektrolytiske celler
Den mest betydningsfulde anvendelse af titan i klor-alkaliproduktion er i elektrolytiske celler. Metalanodeelektrolytiske celler og ion-membranelektrolysatorer anvender titanium som substrat for dimensionsstabile anoder (DSA)-titanbasisstrukturer belagt med ædelmetaloxider såsom ruthenium, iridium eller deres kombinationer.
Overgangen fra grafitanoder til titanium-baserede DSA-anoder markerede en teknologisk revolution i branchen. Titaniumanoder tilbyder stabile dimensioner gennem hele deres levetid, hvilket muliggør præcis elektrodeafstandskontrol og ensartet strømfordeling. Denne dimensionsstabilitet udmønter sig direkte i lavere cellespænding og reduceret strømforbrug. DSA-teknologien, der var banebrydende i 1950'erne og kommercialiseret i slutningen af 1960'erne, blev hurtigt vedtaget i USA, Italien, Japan og Tyskland.
I ion--membranelektrolysatorer bruges titan i vid udstrækning, ikke kun til anoder, men også til anolytcirkulationssystemer, brinehåndteringssystemer og forskellige varmevekslere. De anodiske rum i disse celler er konstrueret af titanium for at modstå det stærkt oxiderende anolytmiljø.
Våd klorkøling
Elektrolysen af saltlage genererer store mængder varm, fugtig klorgas, der skal afkøles og tørres før videre behandling. Dette miljø er blandt de mest ætsende, man støder på i industriel kemi. Tidlige forsøg med grafit-, glas-, keramik- og plastkølere stødte alle på fundamentale begrænsninger-korrosion, revner, ældning og dårlig varmeoverførsel.
Titanium kølere ændrede dette landskab fuldstændig. Test har vist, at titanium i varm, fugtig klorgas korroderer med kun 0,0025 mm om året. Rusland var banebrydende for brugen af titanium klorgaskølere i 1963, og USA's Allied Chemical Company fulgte snart efter, og erstattede grafitenheder med titanium. Kina fremstillede sin første titaniumkøler i 1965, og i 1973 fungerede titanium rørformede kølere på tværs af flere provinser.
Fordelene rækker ud over korrosionsbestandighed. Titaniumkølere forkorter køle- og tørreprocessen, reducerer tab af klorgas, minimerer miljøforurening og forbedrer stabiliteten af komprimeret gas. Nogle titanium våde klorkølere installeret i klor-alkalianlæg har været i drift i næsten to årtier uden tegn på nedbrydning.
Brine forvarmning og dekloreringssystemer
Raffinerede brineforvarmere repræsenterer en anden kritisk anvendelse. Disse varmevekslere skal opretholde stabil drift ved forhøjede temperaturer i klorid--rige medier. Titaniumrørbundter giver den nødvendige korrosionsbestandighed, mens de leverer pålidelig varmeoverførselsydelse.
I dekloreringssystemer er titanium det foretrukne materiale til dekloreringstårne og de pumper og ventiler, der bruges til vakuumdeklorering. Disse komponenter skal modstå angreb fra resterende frit klor i processtrømmen. Titanium udstyr forlænger effektivt vedligeholdelsesintervallerne og sikrer kvaliteten af genbrugt saltlage.
Pumper, ventiler og transportsystemer
Titaniumpumper og -ventiler spiller en væsentlig rolle i medium transport gennem klor-alkalianlægget. I membranelektrolyse- og kviksølvelektrolyseprocesser tilbyder titaniumpumper den mest økonomiske løsning til håndtering af kaliumhypochlorit- og natriumhypochloritstrømme. En bemærkelsesværdig sag involverede et amerikansk firma, der brugte en titaniumpumpe til at håndtere en 85 graders saltopløsning indeholdende NaCl-krystaller og frit klor-pumpen viste en levetid på over ti år. I systemer til transport af klorgas adresserer titaniumrør de styrke- og tætningsbegrænsninger, man tidligere har mødt med ikke-metalliske materialer.
Klor-alkaliindustrien har gennemgået tre store udstyrstransformationer i produktionen af kaustisk soda: Fra vandrette tankceller til vertikale diafragmaelektrolysatorer i 1960'erne, fra grafit til metalanoder i 1970'erne og til ion-membranteknologi i 1980'erne. Titanium har været centralt i de to sidstnævnte revolutioner.
I dag udgør titaniumudstyr-inklusive anoder, elektrolysatorer, kølere, forvarmere, dekloreringstårne, pumper, ventiler og rørledninger-rygraden i moderne klor-alkaliproduktion. Materialets korrosionsbestandighed, dimensionsstabilitet og lange levetid har muliggjort højere strømtætheder, lavere energiforbrug, udvidede udstyrskampagner og reduceret miljøbelastning. Klor-alkaliindustrien er fortsat en af de største forbrugere af titan i den kemiske sektor, og titanium fortsætter med at tilføre nyt momentum til industriel udvikling.
