Applicazione delle leghe di titanio nell'industria del cloro-alcali

L'industria dei cloro-alcalini produce soda caustica, cloro gassoso e idrogeno tramite elettrolisi della salamoia satura, i cui prodotti trovano ampia applicazione nella fabbricazione della carta, nel settore tessile, nel trattamento delle acque e in altri settori. Il mezzo di produzione è altamente corrosivo e gli ioni cloruro tendono a provocare vari danni corrosivi alle apparecchiature. Il titanio e le sue leghe presentano un'eccezionale resistenza alla corrosione da ioni cloruro, un'elevata resistenza specifica e una saldabilità e lavorabilità favorevoli. Essendo materiali critici resistenti alla corrosione-per le unità cloro{5}}alcaline, hanno spinto il settore a passare dalle apparecchiature basate sulla grafite-a strutture operative metalliche, su larga-scala e a ciclo-lungo.

 

 

Il titanio forma spontaneamente un film di passivazione del biossido di titanio denso e stabile in ambienti contenenti ossigeno, che può autoripararsi rapidamente una volta danneggiato. La sua resistenza alla corrosione in mezzi contenenti cloro- supera di gran lunga l'acciaio inossidabile 316L e i normali metalli non-ferrosi. Il tasso di corrosione del titanio è estremamente basso in acqua clorata a temperatura ambiente e in cloro gassoso umido a 80 gradi, con appena alcuna corrosione per vaiolatura o tensocorrosione osservata.

 

Il titanio vanta un'elevata resistenza specifica, con una densità pari solo al 60% di quella dell'acciaio, che alleggerisce il peso morto delle apparecchiature. Presenta una buona plasticità e processi maturi per la lavorazione a freddo, l'espansione dei tubi e la saldatura; i giunti saldati offrono prestazioni paragonabili al metallo di base, consentendo la fabbricazione di scambiatori di calore, componenti elettrolitici, tubi, valvole e altre apparecchiature. Il titanio commercialmente puro di grado 1 e grado 2 è comunemente adottato negli impianti cloro{5}}alcalini.Lega di titanio-palladio Ti-0,2Pdè selezionato per migliorare la resistenza alla corrosione laddove la corrosione interstiziale presenta rischi elevati.

 

 

1. Elettrolizzatori a membrana a scambio ionico-e anodi dimensionalmente stabili

Il titanio funge da substrato per gli anodi DSA rivestiti con strati di rutenio-iridio, in sostituzione degli anodi di grafite. Questa tecnologia riduce il consumo di energia, garantisce una durata di 5-8 anni e migliora la purezza della soda caustica. Il titanio viene utilizzato anche per i telai degli anodi, i serbatoi di circolazione e i serbatoi di stoccaggio della salamoia diluita per proteggere le membrane-a scambio ionico.

 

2. Raffreddatori di gas di cloro umido e apparecchiature per lo scambio di calore

I raffreddatori in titanio puro Gr2 per cloro gassoso umido hanno una durata di oltre 15 anni, mantenendo uno scambio termico stabile con una manutenzione minima. Il titanio viene applicato anche ai preriscaldatori della salamoia, agli evaporatori caustici e ad altri scambiatori di calore per resistere agli ioni cloruro e prevenire perforazioni e perdite.

 

3.Sistemi di declorazione, torri e serbatoi di stoccaggio

Le torri di declorazione, le torri di lavaggio e vari serbatoi di stoccaggio entrano in contatto con la salamoia carica di cloro-, dove l'acciaio inossidabile subisce una grave corrosione. I materiali in titanio garantiscono una produzione continua, riducono le impurità dei metalli pesanti e salvaguardano le membrane a scambio ionico-.

 

4. Tubazioni, pompe e valvole in titanio

Tubi, pompe e valvole in titanio vengono utilizzati per trasportare anolita, cloro gassoso umido e salamoia diluita. Le pompe e le valvole in acciaio inossidabile hanno una durata operativa inferiore a 2 anni, mentre le controparti in titanio possono funzionare per più di 8 anni, riducendo i rischi di perdite e arresti non pianificati. Le flange e i raccordi per tubi in titanio mitigano efficacemente la corrosione interstiziale.

 

 

Sebbene l’investimento iniziale per le apparecchiature in titanio sia superiore rispetto alle alternative in acciaio al carbonio e acciaio inossidabile, presenta notevoli vantaggi durante l’intero ciclo di vita. Le apparecchiature in acciaio inossidabile e non-metalliche sono soggette a corrosione e richiedono frequenti revisioni e sostituzioni che comportano interruzioni della produzione, perdite, contaminazione del prodotto e rischi per la sicurezza ambientale. Le apparecchiature in titanio sono caratterizzate da una lunga durata e da bassi requisiti di manutenzione, il che riduce le perdite dovute agli arresti della produzione, stabilizza la qualità della soda caustica e del cloro gassoso, prolunga la durata dei componenti della membrana a scambio ionico-di alto valore-e riduce i costi complessivi a lungo termine-. I materiali in titanio sono stati ampiamente adottati negli anodi, nei processi di raffreddamento con cloro umido e di declorazione per progetti di soda caustica con membrana a scambio ionico di nuova costruzione, rinnovati ed espansi-in tutta la Cina, agendo come materiale fondamentale a supporto della produzione di cloro-alcali su larga scala ed ecologica.

 

 

I materiali in titanio sono ancora esposti a rischi di corrosione in condizioni operative di cloro-alcali. La corrosione interstiziale tende a verificarsi in corrispondenza degli spazi tra flange, bulloni e guarnizioni. Tali rischi possono essere mitigati adottando leghe di titanio-palladio, ottimizzando le strutture di assemblaggio e standardizzando i processi di produzione. Sono necessarie ulteriori misure preventive contro l'infragilimento da idrogeno e la corrosione galvanica causata dal contatto con metalli diversi.

 

Con i progressi nella tecnologia nazionale di lavorazione del titanio e la diminuzione dei costi dei materiali in titanio, l'ambito di applicazione del titanio nel settore dei cloro-alcalini continuerà ad espandersi. Le direzioni di sviluppo del settore includono tubi saldati in titanio di grande-diametro e recipienti a pressione rivestiti in titanio-su misura per la produzione di soda caustica su larga-scala, nonché formulazioni ottimizzate per anodi di titanio rivestiti per ridurre il consumo di energia dell'elettrolisi e promuovere il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni di carbonio. Un sistema di riciclaggio maturo per i rottami di titanio consente l'utilizzo circolare delle risorse di titanio, riducendo ulteriormente il costo del-ciclo di vita-dell'intero ciclo di vita delle apparecchiature e facilitando lo sviluppo di alta-qualità del settore dei cloro-alcali.

 

 

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