化工领域分析--氯碱工业
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(1)氯碱工业
产品
1.32%氢氧化钠
2.50%氢氧化钠
3.固体氢氧化钠(片碱)
4.高纯盐酸(含有35% ~ 38% HCl)
5.工业盐酸(含有31% HCl)
6.次氯酸钠(工业级(以有效氯计)一级13%; 二级10%)
7.氯气、液氯(液态氯气)
8.PVC(聚氯乙烯树脂,氯碱工业一般都伴随PVC树脂)
9.氢气
工业氢:(GB/T3634-1995)
H2≥99.90%(优等品);
H2≥99.50%(一等品);
H2≥99.00%(合格品)
纯氢:(GB/T7445-1995)
H2≥99.99%;
高纯氢:(GB/T7445-1995)
H2≥99.999%;
超高纯氢:(GB/T7445-1995)
H2≥99.9999%;
氯碱工业特点
1、能源消耗大:主要是用电量大。氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝,电能是氯碱工业的重要原料之一。在美国,氯碱工业用电量占总发电量的2%,1988年中国氯碱工业生产的耗电量占年总发电量的1.5%。因此,电力供应状况和电价对氯碱产品的生产成本影响极大,各国始终的把降低能耗作为电解法的核心问题。通过运用先进设备,提高电解槽的电能效率和碱液蒸发热能的利用率,来降低烧碱的电耗和蒸汽消耗。因此,开辟节约能源新途径,具有重要意义。
2、氯与碱的平衡:电解食盐水溶液时,按固定质量比例(1:0.85)同时产出烧碱和氯气两种产品。在一般情况下,发展中国家在工业发展初期用氯量比较小,由于氯气不宜长途运输,所以总是以氯气的需要量来决定烧碱的产量,因此往往会出现烧碱短缺的现象。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家地区,氯的用量就较大,因此就出现烧碱过剩。
3、腐蚀和污染:氯产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性,在生产过程中使用的原料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染
制碱方法
①隔膜电解法
隔膜电解法:以多孔隔膜将阳极室和阴极室分隔,避免了两级产物的混合。
阳极:碳,人造石墨,金属阳极
隔膜材料:石棉水泥,石棉纸,真空吸附石棉纤维隔膜,改性隔膜。
典型的隔膜电解槽:Hooker H-4电槽,MDC型电槽
■原理
■工业之间的简单生产流程
■生产流程
■C30-Ⅲ型金属阳极隔膜电解槽
②水银电解法
水银电解法:在氯碱电解槽中不采用隔膜,而改用水银作阴极材料,使析氯反应和生成NaCl的反应分别在电极槽和解汞槽中进行,从根本上避免了两种产物的混合,直接获得高浓度、高纯度的烧碱。
缺点:生产过程中水银的流失。
世界:水银法工厂始建于1897年。
中国:1952年锦西化工厂建成了国内第一套水银电解装置,目前产量最大的为天津化工厂。
③离子膜电解法
离子膜电解法:使用对离子具有选择透过性的离子交换膜,如全氟阳离子交
换膜,只允许钠离子由阳极区进入阴极区,不允许OH-,Cl-和水分子通过,不仅使两极产物隔离,避免了导致电流效率下降的各种副反应,且从阴极区直接获得高纯度的烧碱。
优点:产品质量高、能耗低,可免除石棉和水银产生的公害。
缺点:投资大、技术要求高,短期尚难取代原有的两种工艺。
■原理
■生产流程
离子交换膜电解法与隔膜电解法的区别
●增加了二次盐水精制工序
●需向电解槽的阴极区加入纯水
●由电解槽阳极区引出的稀盐水可再度使用
●阴极室输出的液碱可直接作为商品
各国氯碱产业分析
■中国
中国氯碱工业发展简述
我国氯碱工业的发展可以追溯到1929年,著名爱国实业家吴蕴初先生在上海创办了国内第一家氯碱企业——天原电化厂,从此揭开国内氯碱工业从无到有的篇章。同其它国家相比,我国氯碱工业起步相对滞后,晚于欧美、日本等国家和地区。但是在氯碱工作人员的不懈努力下,中国现已拥有全球规模最大的氯碱化工产业集群。建国前的20年当中,我国只有10个氯碱厂(点),烧碱最高年产量仅为1.5万吨,氯产品只有液氯、漂白粉、盐酸、三氯化铁等简单几种,然而这在当时已实属不易。建国后,国民经济需求的不断扩大带动着氯碱企业规模的壮大。从第一个五年计划开始,烧碱产量便以20%左右的速度增长。
新中国建立前的氯碱厂规模较小,产品品种单一,产量很少。1949年-1977年1949年10月1日,建国之初,全国各氯碱厂在原重工业部化工局的领导下,迅
速进行恢复生产和改扩建。1978年,在十一届三中全会精神的指引下,我国氯
碱产品产量稳步增长。到1990年,烧碱产量达331万吨,仅次于美国和日本,位于世界第三位。1995年,烧碱产量达496万吨,其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨,占总产量的11.3%。到2000年,烧碱年产量将达540万吨,其中用离子膜电解法生产的将达180万吨,占33.3%。2001年,我国正式加入世界贸易组织(WTO),成为其第143个成员,2003年中国经济逐步提速,GDP保持在年均10%以上的增长速度。截至2010年底,中国烧碱产能共计3021万吨/年,在产生产企业共计176家,单个企业平均产能17.17万吨/年;中国聚氯乙烯产能共计2043万吨/年(含糊树脂),在产生产企业共计94家,单个企业平均产能21.73万吨/年。
生产能力、产量
进入21世纪后,中国氯碱行业总的产能、产量迅猛增长。
表 1 全国烧碱的中生产能力和生产总量
年份全国总生产能力(万吨/年)生产总量(万吨/年)
1999 730 525.5
2000 800 667.88
2001 884.44 713.52
2002 ~ 823
2003 1100 939.9
国内氯碱企业
齐鲁石化氯碱厂(1999年)
齐鲁石油化工股份有限公司氯碱厂,1985 年9月建厂。
1999 年,总共生产隔膜烧碱22.1万吨、聚氯乙烯20.8 万吨。隔膜电解槽电流效率年均在97%以上,聚氯乙烯优等品率达97%,在全国家电行业使用率达95%,成为家电行业惟一替代进口的树脂。聚氯乙烯产能达到23万吨/年,氯乙烯产能达到23.4万吨/年。燃料消耗明显降低,并增加了离子膜烧碱等新品种。
在建厂初期,出现了三个主要问题。经过深入调查分析,重点抓住三个问题作为突破口:一是蒸发装置的设备反复泄漏问题;二是氯乙烯装置DC-201反应器和冷换设备的腐蚀泄漏问题;三是聚氯乙烯产品的包装质量问题。