Un excellent matériau pour les anodes dans l’industrie du chlore-alcali : le titane

Le point de fusion du titane est de 1680 degrés et la densité est de 4,54 g/cm3. Il est plus lourd que l'aluminium mais 43 % plus léger que l'acier. Le titane est très résistant, 6 fois plus résistant que l’aluminium. Par conséquent, parmi les matériaux de structure, le titane possède une résistance spécifique très élevée. Un autre grand avantage du titane est sa forte résistance à la corrosion par diverses substances.

Le titane est largement utilisé dans l’industrie du chlore-alcali, d’une part en raison de son excellente résistance à la corrosion des solutions humides de chlore et de chlorure de sodium, et d’autre part parce que ses propriétés électrochimiques le rendent approprié pour une utilisation comme matériau d’anode. Les États-Unis ont commencé à fabriquer des équipements de chlore-alcali dès les années 1960, et cette application s'est développée rapidement, avec un taux de croissance annuel composé de 8 %. En 2021, environ 50 % de la production mondiale de chlore utilise des anodes revêtues de ruthénium-titane. Dans la production russe de chlore, plus de 80 % des équipements et des canalisations sont en titane. L'ensemble de l'industrie du chlore-alcali, qui produit du chlore et d'autres oxydes, des produits chimiques toxiques, des chloramines et de la poudre décolorante, représente plus de 60 % des équipements en titane utilisés dans le secteur chimique. Dans l'industrie du chlore-alcali, le Japon utilise des anodes en titane, qui sont les produits en titane les plus utilisés au Japon. Depuis le début des années 1980, l'industrie chinoise du chlore-alcali a commencé à utiliser des anodes en titane et a obtenu de bons avantages économiques.

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 années; économisant environ 15% d'électricité et environ 5% de vapeur. La qualité du produit est bonne. La soude caustique produite par le réservoir d'anode en graphite est violet rougeâtre, tandis que la soude caustique produite par le réservoir d'anode en titane est incolore et a une faible teneur en impuretés organiques ; le diaphragme en amiante a une longue durée de vie. Le diaphragme du réservoir d'anode en graphite ne peut être utilisé que pendant environ 180 jours, tandis que le diaphragme du réservoir d'anode en titane a une longue durée de vie car il n'est pas bloqué par des particules de graphite, ce qui permet non seulement d'économiser de l'amiante, mais nécessite également moins de travaux d'entretien ; les anodes en titane n'utilisent pas d'asphalte ni de plomb et sont vertes et respectueuses de l'environnement.

Dans le processus de production de chlore de l'entreprise de chlore-alcali, le chlore gazeux évacué de la cellule électrolytique a non seulement une température élevée, mais contient également une grande quantité d'humidité. Doit être refroidi et séché avant utilisation. Le processus de refroidissement comprend une méthode directe et une méthode indirecte. Le refroidissement direct par pulvérisation d'eau formera non seulement une grande quantité d'eau contenant du chlore, mais polluera également l'environnement. La perte de chlore est importante, la consommation de H2SO4 est importante et les conditions de travail sont également mauvaises. Si un refroidisseur indirect en acier inoxydable est utilisé pour le refroidissement, la durée de vie est difficile à dépasser 10 jours, tandis qu'un refroidisseur en graphite ne peut être utilisé que pendant environ 90 jours. Le titane est un excellent matériau pour la fabrication de refroidisseurs et présente une résistance extrêmement forte à la corrosion par le chlore humide, avec un taux de corrosion inférieur ou égal à 0,0025 mm/an. Par conséquent, l’utilisation de refroidisseurs en titane dans le traitement du chlore-alcali peut raccourcir le temps de refroidissement et de séchage, réduire la perte de chlore et réduire la pollution de l’environnement. Deuxièmement, il peut créer les conditions nécessaires à un fonctionnement stable et à un séchage complet du gaz comprimé.

In the U.S. chemical industry, >50 % du titane est utilisé dans les refroidisseurs pour la production de chlore-alcali. Les tubes de refroidissement d'Allied en graphite n'ont duré que 2 à 3 ans. Après le passage aux tubes en titane, ils peuvent être utilisés pendant plus de 10 ans. L'utilisation de tubes en titane à paroi mince élimine le besoin d'incruster des bandes de graphite sur le refroidisseur et peut résister à une conduction thermique extrêmement élevée. Par exemple, un refroidisseur en titane de 78 m2 conduit autant de chaleur qu'un refroidisseur en graphite de 140 m2. Les refroidisseurs utilisés en Union soviétique et dans l'industrie russe du chlore-alcali sont tous en titane. Indicateurs économiques de refroidissement au chlore humide, tube en graphite de Shanghai Liaoyuan Chemical Company, indicateurs techniques et économiques du refroidisseur à tube en titane. Il ressort de ces données que le refroidissement indirect avec du chlore humide est beaucoup plus efficace que le refroidissement direct par pulvérisation avec de l'eau.

Après que la Shanghai Liaoyuan Chemical Company soit passée aux refroidisseurs indirects en titane, elle a pu économiser 400 000 tonnes/an d'eau, 1 360 tonnes/an d'acide sulfurique pour le séchage et 1 400 tonnes/an de chlore gazeux. Les refroidisseurs à tubes en titane durent beaucoup plus longtemps que les refroidisseurs à tubes en graphite.
Pompes, vannes, etc.

Les pompes en titane qui utilisent des méthodes à membrane ou l'électrolyse du mercure pour produire du chlore peuvent générer les plus grands avantages économiques. La pompe en titane de la société américaine Piffic a une durée de vie allant jusqu'à 10 ans. L'usine chimique n°2 de Pékin a utilisé des pompes 6BA-12 en fonte de titane, des vannes d'arrêt Dg100 et Dg150 et des roues en titane de pompe à vide en céramique à anneau d'eau HTB-7011 dans le processus de déchloration sous vide. Après un an et demi de fonctionnement, ils sont toujours intacts. Aucun signe de corrosion. Diverses vannes en titane peuvent être utilisées efficacement sous des pressions élevées allant de la pression normale à 5 000 N/cm2.