(河南佰利聯(lián)化學(xué)股份有限公司，河南焦作 454191)

氯堿化工是與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密相關(guān)的基礎(chǔ)化工行業(yè)，隨著國內(nèi)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(chǎn)品燒堿、聚氯乙烯的產(chǎn)能、產(chǎn)量已居世界之首?？v觀氯堿工業(yè)發(fā)展歷程，生產(chǎn)工藝裝備的優(yōu)化升級，采用節(jié)能新技術(shù)、新裝備，助推氯堿工業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展。

1 近年國內(nèi)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(chǎn)歷經(jīng)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(jìn)的離子膜法工藝。目前國內(nèi)燒堿生產(chǎn)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(dǎo)地位，新建燒堿項(xiàng)目均采用離子膜法，這對燒堿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jìn)作用。

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

表1 2000～2010年國內(nèi)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(chǎn)業(yè)獲得了迅猛發(fā)展，產(chǎn)能和產(chǎn)量年均增長率分別超過了25%和20%。國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，逐步形成了具有中國特色的以電石為原料路線的PVC產(chǎn)業(yè)。

表2 2000－2010年國內(nèi)PVC供需情況

表3 近年國內(nèi)PVC原料路線情況

2 國內(nèi)燒堿、聚氯乙烯能耗技術(shù)指標(biāo)

近年來，國家出臺了一系列和氯堿行業(yè)相關(guān)的法規(guī)和政策，尤其是2010年出臺了十余項(xiàng)政策，促進(jìn)氯堿行業(yè)推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)。這些政策的出臺，新技術(shù)新工藝的推廣應(yīng)用，極大地促進(jìn)了燒堿、聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)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(biāo)。

表4 近三年離子膜燒堿能耗技術(shù)指標(biāo)

表5 近三年P(guān)VC能耗技術(shù)指標(biāo)

3 國內(nèi)氯堿裝置已采取的節(jié)能措施與裝備

作為氯堿產(chǎn)品供應(yīng)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(jī)、大型聚合釜等先進(jìn)裝置和技術(shù)的研發(fā)應(yīng)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(chǎn)燒堿是當(dāng)今世界公認(rèn)的最先進(jìn)的制堿方法，具有能耗低、無污染、產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)規(guī)模大、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。離子膜電解槽是離子膜制堿工藝的關(guān)鍵設(shè)備，與隔膜槽相比具有占地面積小、產(chǎn)品品質(zhì)高、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行電流密度高、減少了蒸發(fā)裝置等優(yōu)點(diǎn)。目前離子膜電解槽的發(fā)展趨勢為復(fù)極式、自然循環(huán)、高電流密度和大型化。具有代表性的生產(chǎn)企業(yè)有日本旭化成、德國伍迪，以及我國藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司等。

3.2 氯化氫合成爐

2000年以前，國內(nèi)氯化氫合成大都采用夾套冷卻式鋼制爐或鋼制蒸汽爐，結(jié)構(gòu)不合理，單爐產(chǎn)率低，腐蝕嚴(yán)重，使用壽命短，反應(yīng)熱得不到有效利用，因腐蝕產(chǎn)生的三氯化鐵使PVC生產(chǎn)管路堵塞，同時(shí)影響氯化氫或鹽酸的質(zhì)量。江蘇南通星球石墨設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)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(yīng)用。該裝置具有工藝流程短、設(shè)備選材合理、使用壽命長、單套產(chǎn)量大、DCS控制手段先進(jìn)、可遠(yuǎn)距離輸送、氯化氫質(zhì)量高、反應(yīng)熱利用率高等特點(diǎn)。

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(huì)白白損失這些可觀的副產(chǎn)熱能，在運(yùn)行中還要消耗大量電能［1］。2009年7月，國內(nèi)首套全自控副產(chǎn)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(yīng)用。單臺蒸汽爐在滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，每天可產(chǎn)生1.2 MPa的中壓副產(chǎn)蒸汽90 t，年可新增經(jīng)濟(jì)效益400萬元。該裝置的投運(yùn)，不但可將副產(chǎn)蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)用于生產(chǎn)，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(chǎn)

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(shí)，普通的冷卻水就可以實(shí)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(jī)的問世，液氯生產(chǎn)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(dá)就有單臺氯氣離心式壓縮機(jī)出口壓力達(dá)到1.2 MPa(G)，現(xiàn)在線運(yùn)行中。

3.5 氯氣輸送大型透平壓縮機(jī)

我國氯堿行業(yè)氯氣輸送設(shè)備原來主要為納氏泵，一些新建或產(chǎn)能大于10萬t/a的氯堿廠，正逐步用大型氯氣透平壓縮機(jī)取代納氏泵。盡管透平機(jī)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(fèi)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(xiàng)目，氯氣的壓縮輸送均采用透平壓縮機(jī)。國外的壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，如德國KKK集團(tuán)生產(chǎn)的氯氣透平壓縮機(jī)，已被多家氯堿企業(yè)采用。

3.6 大型聚合釜成套技術(shù)

伴隨著國內(nèi)PVC生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，國內(nèi)聚合釜已由20世紀(jì)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(chǎn)化大型PVC成套工藝技術(shù)在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)形成獨(dú)特的技術(shù)體系。目前國內(nèi)具有代表性的大型聚合釜有無內(nèi)冷卻管的105 m3釜和120 m3釜，帶有8根內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)控制水平、安全環(huán)?？煽啃缘奶岣撸约跋暮统杀镜慕档?。如108 m3釜與70 m3聚合釜比較，PVC產(chǎn)品質(zhì)量可接近乙烯法質(zhì)量指標(biāo)，生產(chǎn)過程安全節(jié)能，每噸產(chǎn)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(shù)介紹

4.1 膜極距電解槽

隨著離子膜燒堿生產(chǎn)技術(shù)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(shù)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(lán)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(xué)股份有限公司和寧波東港電化有限責(zé)任公司運(yùn)行，取得了良好效果。該技術(shù)可應(yīng)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(gè)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(shù)——氧陰極離子膜電解槽。氧陰極電解槽，以氧氣電極還原反應(yīng)代替氫析出還原反應(yīng)，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(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司與北京化工大學(xué)聯(lián)合，在國內(nèi)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(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，是國際氯堿工業(yè)領(lǐng)域的重大技術(shù)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(yàn)裝置，將對我國氯堿工業(yè)的節(jié)能減排產(chǎn)生巨大推動(dòng)作用。

4.3 干法乙炔技術(shù)

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(yīng)得到的電石渣是含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～10%的干粉末。

目前國內(nèi)主要有4家企業(yè)擁有干法乙炔技術(shù):①由北京瑞思達(dá)化工設(shè)備有限公司和山東壽光新龍電化集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的干法乙炔技術(shù);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(jìn)的干法乙炔技術(shù);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(shù);④四川成都新都凱興科技有限公司開發(fā)的新技術(shù)。干法乙炔技術(shù)有效地解決了濕法乙炔生產(chǎn)過程中所產(chǎn)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(yùn)行費(fèi)用，將是電石法聚氯乙烯行業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的重要措施之一［4］。

4.4 煤制乙炔技術(shù)

煤制乙炔是利用等離子體炬產(chǎn)生的高溫等離子氫和煤粉進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生含乙炔的混合氣體，經(jīng)過分離和提濃，可得到高質(zhì)量乙炔。采用該方法生產(chǎn)的乙炔用電消耗與煤制電石生產(chǎn)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(gè)發(fā)展方向，南非等國家的技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，而中國涉足該領(lǐng)域的企業(yè)很少。

2001年，新疆天業(yè)集團(tuán)與清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)合作開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的等離子體裂解煤制乙炔技術(shù);2006年建成一個(gè)最大炬功率2 MW的等離子體裂解煤制乙炔實(shí)驗(yàn)裝置，年產(chǎn)乙炔1 600 t;2009年，新疆天業(yè)集團(tuán)又建成了一個(gè)最大炬功率5MW的等離子體裂解煤制乙炔裝置，可年產(chǎn)乙炔4 000 t，整套技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先。

4.5 二氯乙烷和乙炔制氯乙烯技術(shù)

該技術(shù)采用二氯乙烷與乙炔直接一步法反應(yīng)，代替目前普遍采用的氯化氫與乙炔通過氯化汞觸媒反應(yīng)的電石法工藝。該技術(shù)使用非汞催化劑，非汞催化重整一旦產(chǎn)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(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且完全消除汞污染，徹底解決電石法PVC產(chǎn)業(yè)汞污染這一世界難題。

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

5 氯堿生產(chǎn)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(chǎn)過程中，還有具有節(jié)能潛力的工序與環(huán)節(jié)未進(jìn)行開發(fā)，如乙炔發(fā)生反應(yīng)熱、燒堿電解熱等低品位余熱的利用。

5.1 乙炔發(fā)生反應(yīng)熱利用

乙炔發(fā)生反應(yīng)是一強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，以年產(chǎn)20萬t聚氯乙烯裝置計(jì)算，放出的熱量約為6.4×107kJ/h，相當(dāng)于每年排放23萬t蒸汽。而乙炔生產(chǎn)過程中反應(yīng)溫度一般控制在80～90℃。溫度太低，反應(yīng)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(chǎn)。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(chǎn)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(jì)算，每年損失的熱量相當(dāng)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(jīng)過了60余年的發(fā)展歷程，燒堿、聚氯乙烯兩個(gè)重要產(chǎn)品無論是生產(chǎn)能力還是產(chǎn)量，均居世界首位。從長遠(yuǎn)來看，氯堿工業(yè)作為高耗能行業(yè)，要不斷加大技術(shù)創(chuàng)新力度，大力開發(fā)和推廣節(jié)能新工藝、新技術(shù)，充分利用高新技術(shù)改造提升傳統(tǒng)氯堿工業(yè)，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，從氯堿生產(chǎn)大國向氯堿強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。要不斷加強(qiáng)干法乙炔、膜極距電解槽在全行業(yè)的推廣，密切關(guān)注燒堿離子膜電解槽氧陰極技術(shù)、新型制氯工藝，加大對以煤、天然氣為原料制取烯烴等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)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(shù)，以自主創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)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(chǎn)蒸汽爐投運(yùn)［N］.中國化工報(bào)，2009－09－21(2).

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

［3］藍(lán) 藍(lán).節(jié)能型氧陰極離子膜電解槽技術(shù)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(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀［J］.化工科技市場，2009，32(10):4－5.