氯碱工业发展概述
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2015年4期 65
氯碱工业发展概述
段小霞
青海省工业职业技术学校，青海 西宁 810000
摘要：氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气及其衍生物系列产品的基本化学工业，它不仅为化学工业提供原料，而且其产品广泛用于各行业，对国民经济具有重要作用。通过蒸发操作的几种工艺流程比较，对各种流程进行过程原理分析，考虑水、电、汽等能源消耗以及原料的供给和运输费用等情况。结合某地区的自然条件及化工厂的工艺参数，对该地区年产1万吨100%氢氧化钠蒸发工段进行核算,将含10.2%的氢氧化钠的饱和食盐水，蒸发至42.0%的成品碱,以满足该地区对氯碱产品的需要。 关键词：氯碱；电；蒸发；工艺参数 中图分类号：F426.71 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)04-0065-02
1 概述
氯碱工业属于基本化工原料工业，氯碱工业及其相关产品涉及国民经济和人民生活的诸多领域，除应用于化学工业本身外，在轻工、纺织、石油化工、有色冶金和公用事业等领域也均有很大用途。氯碱工业的主要产品——烧碱、氯气、氢气还被广泛应用于医药、冶金、电力、国防、军工、建材和食品加工等工业部门，耗碱和耗氯产品，已达数千种。据测算，每万吨氯碱可创造5—7亿元工业产值。发展氯碱工业，是相关产业部门的迫切愿望，其发展水平，在一定程度上反应出一个国家国民经济的发展程度。
电解食盐水溶液生产氯碱的同时，可联产氯气和氢气，而氯气又可进一步加工成盐酸、聚氯乙烯、氯溶液、氯烃、农药等，这一工业部门通常称为氯碱工业，它是现代电化学工业中规模最大的部门之一，在国民经济中占有相当重要的地位。
烧碱有两种生产方法：一种是化学法或称苛化法，另一种是电解法。
1.1 苛化法生产烧碱
烧碱的生产具有悠久的历史，早在中世纪人们就发现了存在于盐湖中的纯碱，后来发明了以纯碱水溶液与石灰乳为原料，通过苛化反应生成烧碱的方法即苛化法。在19世纪末电解法出现之前，苛化法一直是世界上生产烧碱的主要方法。电解法在原料利用和能量消耗上的优势， 迅速替代苛化法成为烧碱生产的主要方法。至今，在世界发达国家中已基本无苛化法生产烧碱，在我国苛化法的烧碱产量大约占总产量的2%，世界烧碱产量中它所占的比例更低。
1.2 电解法及发展概况
根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的区别，电解法又分为：隔膜法、水银法和离子交换膜法。1807年英国人Davy 最早开始电解食盐的研究，由于各种原因直到1867年德国人Siemems 研究成功直流发电机后，工业化电解食盐水溶液制烧碱才得以实现。隔膜法于1890年在德国首先出现，随后1892年水银法电解槽在美国取得专利。电解食盐工业生产遇到的首要难题就是如何将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠分开，不致发生混合爆炸和生成次氯酸钠的副反应，以上两种方法都成功的解决了这一难题。
上述两种方法奠定了不同的烧碱生产工艺基础，并一直沿用至今。直到20世纪50年代，在有机高分子材料研究进展的推动下，电解法制碱技术引进高分子材料开始研究离子交换膜（简称离子膜）法电解制碱技术。与隔膜法和水银法相比，离子膜法具有能耗低、产品质量高、装置占地面积大、生产能力大及能适应电流波动大等优点。
2 氯碱工业的特点 2.1 原料易得
电解法制碱所用的食盐为工业原盐，可以是食盐、湖盐和井盐，也可直接采用卤水。所以原料来源广，价格便宜。
2.2 能源消耗大
其用电量仅次于电解法生产铝，美国氯碱工业用电量约占总发电量的2%。而目前国内的生产能力水平为：隔膜法每生产1t100%的烧碱需耗电约2580度，蒸汽5t ，总能耗折合
标准煤约为1.815t 。所以采用新技术，提高电解槽的电能效率和碱液蒸发时的热能利用率，降低烧碱生产的电耗和蒸汽消耗，始终是氯碱生产企业的核心技术工作。
2.3 氯与碱的平衡
电解食盐水溶液时，按固定质量比例（NaOH:Cl2=1:0.885），同时产出烧碱和氯气两种产品。在一个国家或地区，烧碱和氯气的需求量不一定符合这一比例，从而出现氯碱工业中烧碱和氯气的供需平衡问题。一般而言，在发展中国家的工业发展初期氯气用量较少，氯气的储存和运输困难，所以通常以氯气需求量来决定烧碱产量，而易出现烧碱短缺现象；而在石油化工和基本有机原料发展较快的发达国家，因氯气用量较大，而出现烧碱过剩。这一矛盾通过国家或地区间的贸易手段求得缓解，但烧碱与氯气的平衡始终是氯碱工业发展中的一个固定矛盾。
2.4 腐蚀和污染严重
氯碱工业的主要产品烧碱和氯气等具有强腐蚀性，生产过程中使用的原材料如石棉、汞等，以及所产生的含氯废气等都会对环境造成污染。防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。
3 氯碱工业发展概况
氯碱工业是基本化学工业之一，它的产品烧碱和氯气在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。
电解食盐水溶液生产氯碱的同时，可联产氯气和氢气，而氯气又可进一步加工成盐酸、聚氯乙烯、氯溶液、氯烃、农药等，这一工业部门通常称为氯碱工业，它是现代电化学工业中规模最大的部门之一，在国民经济中占有相当重要的地位。
氯碱工业是耗盐大户，应把节约原盐资源放在降低物耗的首位。“十一五”期间应通过采用先进工艺技术和调整产品结构降低盐耗，离子膜法制烧碱比隔膜法制碱耗盐节约100kg ；生产42%隔膜制碱比生产30%隔膜制碱耗盐可节约0.119 2吨，若生产50%隔膜制碱比30%隔膜制碱耗盐可节约一百五十公斤。因地制宜调整用盐结构，走盐化一体化道路，如安徽省岩盐储量17亿吨，其大型盐化一体化工程规划到2015年将建成144万吨/年电石，80万吨/年烧碱、100万吨/年 PVC 等的盐化工生产基地。促进了氯碱工业用盐多样化，也提高了资源的利用率。氯碱生产中每生产1吨烧碱副产0.025吨氢气，目前不少中小型氯碱厂还没有很好的耗氢产品，多数厂只生产部分盐酸，有的则随意放空，白白浪费掉，故氢气的平均利用率仅百分之六十左右。廉价优质的氢能资源是十分宝贵的，近些年来加氢化工产品、医药试剂达百余种。氯碱行业副产氢气主要用于合成盐酸、电石乙炔法PVC 和氯丁橡胶的生产。其他耗氢产品及其衍生产品非常多，主要有白炭黑、多晶硅、环己烷、环己醇、环己酮、尼龙1010、四氢呋喃和硝基苯加氢制苯胺、蒽醌催化氢化再经氧化制双氧水、葡萄糖高压催化加氢制山梨醇、硝基苯相转移催化法(FTC 法)加氢制对氨基苯酯、苯经加氢制环己烷再经氧化等反应制己内酰胺等多种高附加值（下转第 67 页）