(河南佰利聯(lián)化學股份有限公司，河南焦作 454191)

氯堿化工是與國民經濟發(fā)展緊密相關的基礎化工行業(yè)，隨著國內氯堿行業(yè)的快速發(fā)展，中國已成為世界氯堿大國，兩大主營產品燒堿、聚氯乙烯的產能、產量已居世界之首?？v觀氯堿工業(yè)發(fā)展歷程，生產工藝裝備的優(yōu)化升級，采用節(jié)能新技術、新裝備，助推氯堿工業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展。

1 近年國內燒堿、聚氯乙烯發(fā)展情況

1.1 燒堿發(fā)展情況

我國燒堿生產歷經苛化法、水銀電解法、隔膜電解法、金屬陽極隔膜法，及目前先進的離子膜法工藝。目前國內燒堿生產主要有離子膜法和隔膜法兩種工藝，其中離子膜法占居主導地位，新建燒堿項目均采用離子膜法，這對燒堿產品結構優(yōu)化升級和行業(yè)整體節(jié)能降耗水平提高具有很大促進作用。

近十年來，燒堿產能一直處于快速增長狀態(tài)，2005年起我國燒堿產量超過美國，成為世界第一。2010年國內燒堿產能3 021萬t，突破了3 000萬t大關。其中離子膜堿產能2 547萬t，占總產能的84.3%;隔膜堿產能 474 萬 t，占總產能的 15.7%。隨著新建、擴建離子膜生產裝置的投產運行，2011年國內離子膜法燒堿產能將繼續(xù)提高。2010年度全國生產燒堿2 087萬t，同比增長12.8%。2000－2010年間國內燒堿供需情況見表1。

表1 2000～2010年國內燒堿供需情況

1.2 聚氯乙烯發(fā)展情況

十年間，中國聚氯乙烯產業(yè)獲得了迅猛發(fā)展，產能和產量年均增長率分別超過了25%和20%。國內聚氯乙烯生產主要有電石乙炔法和石油乙烯法兩種，由于我國特有的富煤少油資源結構，逐步形成了具有中國特色的以電石為原料路線的PVC產業(yè)。

表2 2000－2010年國內PVC供需情況

表3 近年國內PVC原料路線情況

2 國內燒堿、聚氯乙烯能耗技術指標

近年來，國家出臺了一系列和氯堿行業(yè)相關的法規(guī)和政策，尤其是2010年出臺了十余項政策，促進氯堿行業(yè)推廣清潔生產技術。這些政策的出臺，新技術新工藝的推廣應用，極大地促進了燒堿、聚氯乙烯生產技術水平的提高和能耗的降低。表4、表5為近三年行業(yè)離子膜燒堿和PVC的能耗指標。

表4 近三年離子膜燒堿能耗技術指標

表5 近三年PVC能耗技術指標

3 國內氯堿裝置已采取的節(jié)能措施與裝備

作為氯堿產品供應大國，近年來我國氯堿工業(yè)取得了長足發(fā)展，其間伴隨著離子膜電解槽、新型石墨合成爐、氯氣透平壓縮機、大型聚合釜等先進裝置和技術的研發(fā)應用，使中國氯堿工業(yè)穩(wěn)步向前發(fā)展。

3.1 離子膜電解槽

離子膜法生產燒堿是當今世界公認的最先進的制堿方法，具有能耗低、無污染、產品質量高、生產規(guī)模大、自動化程度高等優(yōu)點。離子膜電解槽是離子膜制堿工藝的關鍵設備，與隔膜槽相比具有占地面積小、產品品質高、自動化程度高、運行電流密度高、減少了蒸發(fā)裝置等優(yōu)點。目前離子膜電解槽的發(fā)展趨勢為復極式、自然循環(huán)、高電流密度和大型化。具有代表性的生產企業(yè)有日本旭化成、德國伍迪，以及我國藍星(北京)化工機械有限公司等。

3.2 氯化氫合成爐

2000年以前，國內氯化氫合成大都采用夾套冷卻式鋼制爐或鋼制蒸汽爐，結構不合理，單爐產率低，腐蝕嚴重，使用壽命短，反應熱得不到有效利用，因腐蝕產生的三氯化鐵使PVC生產管路堵塞，同時影響氯化氫或鹽酸的質量。江蘇南通星球石墨設備有限公司研發(fā)生產了新型二合一石墨氯化氫合成爐，目前已在多家氯堿企業(yè)應用。該裝置具有工藝流程短、設備選材合理、使用壽命長、單套產量大、DCS控制手段先進、可遠距離輸送、氯化氫質量高、反應熱利用率高等特點。

3.3 氯化氫合成余熱利用

氯化氫合成余熱一直是氯堿企業(yè)較為重視的一股熱源，如果余熱不能利用，不但會白白損失這些可觀的副產熱能，在運行中還要消耗大量電能［1］。2009年7月，國內首套全自控副產低壓、中壓蒸汽氯化氫石墨合成爐在浙江巨化股份有限公司成功應用。單臺蒸汽爐在滿負荷運行狀態(tài)下，每天可產生1.2 MPa的中壓副產蒸汽90 t，年可新增經濟效益400萬元。該裝置的投運，不但可將副產蒸汽并入蒸汽管網用于生產，還能大大減少合成氯化氫過程中的循環(huán)水用量以及電耗。

3.4 高壓液氯生產

氯氣液化有高溫高壓法、中溫中壓法和低溫低壓法三種，不同制備方法電能消耗不同。高壓法消耗的電能僅為低壓法的一半，節(jié)能效果十分明顯。而且氯氣壓力越高，氯氣液化越容易。氯氣壓力上升至1 MPa以上時，普通的冷卻水就可以實現(xiàn)氯氣的相變化，根本不需要冷凍裝置。隨著高性能、高排出壓力的氯氣壓縮機的問世，液氯生產過程采用高壓法的企業(yè)越來越多。據(jù)了解，日本德山曹達就有單臺氯氣離心式壓縮機出口壓力達到1.2 MPa(G)，現(xiàn)在線運行中。

3.5 氯氣輸送大型透平壓縮機

我國氯堿行業(yè)氯氣輸送設備原來主要為納氏泵，一些新建或產能大于10萬t/a的氯堿廠，正逐步用大型氯氣透平壓縮機取代納氏泵。盡管透平機存在所要求的氯氣水分低、一次性投資大等問題，但比起低效率、高能耗、維修頻率高、費用大的納氏泵，節(jié)能和效率是顯而易見的。目前，幾乎所有新上的氯堿項目，氯氣的壓縮輸送均采用透平壓縮機。國外的壓縮機生產企業(yè)，如德國KKK集團生產的氯氣透平壓縮機，已被多家氯堿企業(yè)采用。

3.6 大型聚合釜成套技術

伴隨著國內PVC生產技術的進步和發(fā)展，國內聚合釜已由20世紀初的以30 m3釜型為主發(fā)展到目前以70 m3釜型為主，近幾年100 m3以上釜型也開始在多家企業(yè)使用。

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國產化大型PVC成套工藝技術在消化吸收國外先進技術的基礎上已經形成獨特的技術體系。目前國內具有代表性的大型聚合釜有無內冷卻管的105 m3釜和120 m3釜，帶有8根內冷卻管的108m3釜，頂伸式攪拌的135 m3釜。聚合釜的大型化不僅僅是聚合釜體積的加大，而且是伴隨著產品質量、生產效率、生產控制水平、安全環(huán)?？煽啃缘奶岣?，以及消耗和成本的降低。如108 m3釜與70 m3聚合釜比較，PVC產品質量可接近乙烯法質量指標，生產過程安全節(jié)能，每噸產品電耗可降低100 kW·h，汽耗可降低100 kg，節(jié)能效果顯著。

4 目前新發(fā)展的氯堿裝置節(jié)能技術介紹

4.1 膜極距電解槽

隨著離子膜燒堿生產技術的快速發(fā)展，離子膜電解槽在不斷更新?lián)Q代，目前已完成低電密—高電密—膜極距的過渡。膜極距電解槽具有槽電壓低、電耗低的優(yōu)勢，是離子膜電解槽節(jié)能技術的發(fā)展方向［2］。膜極距電解槽相比普通離子膜電解槽節(jié)電90 kW·h/t燒堿以上。目前北京藍星化工股份有限公司已成功開發(fā)出膜極距電解槽，已在河北冀衡化學股份有限公司和寧波東港電化有限責任公司運行，取得了良好效果。該技術可應用到老型電解槽的改造上。

4.2 氧陰極電解槽

我國氯堿工業(yè)的總耗電量占整個工業(yè)用電的5%左右，其電能主要消耗在氯堿工業(yè)的核心裝備——離子膜電解槽上，世界主要氯堿工業(yè)國都在積極研究新型離子膜電解槽制備技術——氧陰極離子膜電解槽。氧陰極電解槽，以氧氣電極還原反應代替氫析出還原反應，陰極不再有氫氣析出，從而降低了各環(huán)節(jié)的電壓，大大降低了電解電耗［3］。2010年5月10日，藍星(北京)化工機械有限公司與北京化工大學聯(lián)合，在國內首次開發(fā)出氧陰極(ODC)低槽電壓離子膜法電解制燒堿技術，達到國際領先水平，是國際氯堿工業(yè)領域的重大技術突破，可使我國氯堿工業(yè)降低電耗30%，并建立了200 t/a新型氧陰極離子膜電解槽試驗裝置，將對我國氯堿工業(yè)的節(jié)能減排產生巨大推動作用。

4.3 干法乙炔技術

干法乙炔是相對于濕法乙炔發(fā)生用水量而言的。在干法乙炔工藝中，電石被稍過量的水(理論量為1 t電石需0.56 t水)分解，反應得到的電石渣是含水質量分數(shù)為4%～10%的干粉末。

目前國內主要有4家企業(yè)擁有干法乙炔技術:①由北京瑞思達化工設備有限公司和山東壽光新龍電化集團聯(lián)合研發(fā)的干法乙炔技術;②深圳市冠恒通科技發(fā)展有限公司從日本金剛石公司引進的干法乙炔技術;③四川宜賓天原股份有限公司自主研發(fā)的于法乙炔技術;④四川成都新都凱興科技有限公司開發(fā)的新技術。干法乙炔技術有效地解決了濕法乙炔生產過程中所產生的電石渣漿問題，節(jié)能、節(jié)水，減少了占地面積，節(jié)省了投資和運行費用，將是電石法聚氯乙烯行業(yè)實現(xiàn)清潔生產的重要措施之一［4］。

4.4 煤制乙炔技術

煤制乙炔是利用等離子體炬產生的高溫等離子氫和煤粉進行化學反應，產生含乙炔的混合氣體，經過分離和提濃，可得到高質量乙炔。采用該方法生產的乙炔用電消耗與煤制電石生產方法相比大幅降低、成本低廉、清潔高效，對環(huán)境污染小。在環(huán)境和資源問題越來越突出的今天，煤制乙炔在國際上已成為一個發(fā)展方向，南非等國家的技術處于世界領先地位，而中國涉足該領域的企業(yè)很少。

2001年，新疆天業(yè)集團與清華大學、復旦大學合作開發(fā)了擁有自主知識產權的等離子體裂解煤制乙炔技術;2006年建成一個最大炬功率2 MW的等離子體裂解煤制乙炔實驗裝置，年產乙炔1 600 t;2009年，新疆天業(yè)集團又建成了一個最大炬功率5MW的等離子體裂解煤制乙炔裝置，可年產乙炔4 000 t，整套技術水平達到國際領先。

4.5 二氯乙烷和乙炔制氯乙烯技術

該技術采用二氯乙烷與乙炔直接一步法反應，代替目前普遍采用的氯化氫與乙炔通過氯化汞觸媒反應的電石法工藝。該技術使用非汞催化劑，非汞催化重整一旦產業(yè)化，噸 PVC電石耗量可下降50%，極大地減少對原料電石的依賴，大幅降低產品成本，提高產品質量，而且完全消除汞污染，徹底解決電石法PVC產業(yè)汞污染這一世界難題。

目前德州實華化工有限公司與中科院上海高等研究院合作承擔國家“973”課題——“乙炔二氯乙烷非汞催化重整制氯乙烯項目”，已取得突破性進展，篩選出了若干非汞催化劑，催化劑活性良好，具備了進行中試研究的各項條件。

5 氯堿生產過程中還具有節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)

燒堿和聚氯乙烯樹脂生產過程中，還有具有節(jié)能潛力的工序與環(huán)節(jié)未進行開發(fā)，如乙炔發(fā)生反應熱、燒堿電解熱等低品位余熱的利用。

5.1 乙炔發(fā)生反應熱利用

乙炔發(fā)生反應是一強烈的放熱反應，以年產20萬t聚氯乙烯裝置計算，放出的熱量約為6.4×107kJ/h，相當于每年排放23萬t蒸汽。而乙炔生產過程中反應溫度一般控制在80～90℃。溫度太低，反應速度慢，溶于液相的飽和乙炔量較多，乙炔收率低，損失量大;溫度太高，壓力高，影響安全穩(wěn)定生產。因此多余的熱量需不斷的移走，目前主要靠冷卻塔帶走熱量，此部分熱量未回收利用。

5.2 燒堿電解熱利用

燒堿電解產生的成品燒堿、循環(huán)燒堿、濕氯氣、濕氫氣溫度約85℃，目前燒堿采取循環(huán)水冷卻降溫，濕氯氣、濕氫氣直接去氯氫處理工序降溫，熱量未加以利用。以20萬t燒堿裝置計算，每年損失的熱量相當于19萬t蒸汽。

6 氯堿節(jié)能挖潛研究開發(fā)方向的建議

中國氯堿工業(yè)經過了60余年的發(fā)展歷程，燒堿、聚氯乙烯兩個重要產品無論是生產能力還是產量，均居世界首位。從長遠來看，氯堿工業(yè)作為高耗能行業(yè)，要不斷加大技術創(chuàng)新力度，大力開發(fā)和推廣節(jié)能新工藝、新技術，充分利用高新技術改造提升傳統(tǒng)氯堿工業(yè)，提高生產效率，促進產業(yè)升級，從氯堿生產大國向氯堿強國轉變。要不斷加強干法乙炔、膜極距電解槽在全行業(yè)的推廣，密切關注燒堿離子膜電解槽氧陰極技術、新型制氯工藝，加大對以煤、天然氣為原料制取烯烴等先進技術的發(fā)展與應用，提高氯堿行業(yè)能源利用率，研究開發(fā)氯堿裝置低品位余熱綜合利用新技術，以自主創(chuàng)新節(jié)能技術助推氯堿行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

［1］王孝弟，馮 杰.首套全自控鹽酸副產蒸汽爐投運［N］.中國化工報，2009－09－21(2).

［2］中國氯堿工業(yè)協(xié)會.中國燒堿和聚氯乙烯行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及2009年技術工作重點［J］.中國氯堿，2009，(1):4.

［3］藍 藍.節(jié)能型氧陰極離子膜電解槽技術取得重大突破［J］.中國化工信息，2010，(20):16.

［4］崔小明，聶 穎.干法乙炔生產技術的研究開發(fā)現(xiàn)狀［J］.化工科技市場，2009，32(10):4－5.