一、氯气生产工艺耗能情况介绍

　　氯是一种重要的化工原料，化工产品中以氯气为原料生产的产品所占的比例逐年增加，特别是聚氯乙烯和异氰酸酯强劲需求的拉动下，我国氯碱工业迅猛发展。在上海化学工业区，氯气的需求量也在逐年增长。目前氯的来源绝大多数来源于电解，从国内外的市场发展情况来看，氯的需求量将越来越大。

　　当今世界，生产氯气的工艺技术基本上都是采用食盐电解法，主要的工艺技术还是隔膜法、离子膜法和水银法三者并存的格局。目前日本几乎全部采用离子膜法生产烧碱;而美国以采用隔膜法制碱为主，约占2/3左右，其余为水银法和离子膜法。近年来水银法制碱比例有所下降，而离子膜法制碱比例有所增加。其中欧洲采用水银法制备烧碱的比例占50%以上，离子膜法只占不到10%，其余为隔膜法。但是近几年来世界各地的趋势是纷纷将水银法淘汰，改用离子膜法生产烧碱，原因是避免汞污染。

　　目前我国的氯碱生产工艺技术是隔膜法制烧碱和离子膜法制烧碱并存的格局，其中近年来我国先后引进日本旭硝子公司、日本旭化成公司、日本氯工程公司、日本德山曹达株式会社、意大利迪诺拉公司、英国ICI帝国化学公司、美国西方公司、德国伍德公司等近多套离子膜法烧碱装置。另外，国内北京蓝星公司的复极式离子膜电解槽也已建成170余套，使国内的离子膜法烧碱生产技术得到迅速发展。离子膜法制备烧碱技术列为重点发展工程，至2010年我国的离子膜法烧碱生产能力已超过50%以上。离子膜法制备氯气和烧碱具有能耗低、产品质量高、基本没有污染、生产调节灵活性强等优点，是目前世界上最先进的清洁工艺制氯碱技术。

　　相对隔膜法而言，离子膜法电解制氯碱技术是属于能耗低、质量高;又无汞、石棉等污染的最新节能型制碱技术。目前上海氯碱化工股份有限公司电解槽选用复极式“膜极距”电解槽，复极槽特点是高电压、低电流，使得整流装置的额定直流电压、额定直流电流适当，从而使整流效率可达98%，故复极槽的吨碱电耗低于隔膜槽，每吨烧碱比普通隔膜槽减少了电耗约200Kwh左右。

　　电力消耗在氯气生产中占产品成本大约50%，离子膜电解法生产氯气，每生产一吨氯气，耗电解电约2650kwh，再加上动力消耗约150kwh，每得到一吨氯气的实际电能消耗约2800 kwh。

　　二、氯资源循环利用节能情况

　　在上海化学工业区的产品链中，上游为上海赛科石油化工有限责任公司(SECCO)的乙烯装置及下游产品装置，中游为上海氯碱化工股份有限公司(SCAC)的烧碱和EDC装置，下游为拜耳(上海)聚合物有限公司(BAYER)的PC装置和MDI装置以及HDI和在建的TDI装置、上海巴斯夫聚氨酯有限公司(SBPC)的TDI装置、上海联恒异氰酸酯有限公司(SLIC)的MDI装置。

　　上海氯碱公司的烧碱和EDC项目是上海90万吨/年乙烯工程的子项，也是上海化学工业区的配套项目。既接收赛科公司提供的乙烯，又向BAYER、BASF、SLIC等公司的PC、MDI、TDI等装置提供液氯和烧碱，同时消化吸收MDI、TDI装置的副产氯化氢，是在化工区形成循环经济产品链中的重要环节。

　　目前，位于上海化学工业区的上海氯碱化工股份有限公司华胜化工厂有一套年产36万吨EDC装置，每年需耗氯约27.9万吨，折算年耗电约7.8亿度。至2012年，EDC产能将扩建到72万吨，消耗的氯化氢相对应的氯气需年耗电达到15.6亿度，折合标煤约65.5万吨。能源消耗非常惊人。

　　随着上海化学工业区招商引资、引入外资的深入开展，Bayer公司将在化工区新建一套TDI装置，同时将继续扩能现有的MDI装置的产能;SBPC/SLIC也分别在2011年大修期间将现有装置分别进行了扩产改造，进一步扩大了对氯的需求。

　　2010年底，拜耳公司宣布计划到2016年大幅扩大其高级别材料在华的产能，聚氨酯原材料MDI的产能将增加一倍以上，而高性能聚碳酸酯的产能则将达到相当的规模，为此拜耳公司向上海氯碱公司提出了新的供氯需求，同时返还等量的HCl以综合循环利用，年节约电能消耗近9亿度，化工区一体化氯资源循环利用的节能降耗优势将更进一步被体现出来

　　三、制氯气新技术及节能情况

　　1、盐酸电解技术

　　在氯的使用过程中，例如在甲烷的氯化、胺的光气化制造异氰酸酯，及氯代烷烃脱氯化氢变成烯烃等生产过程中，在得到产品的同时，生成大量的氯化氢气体，如果不能加以充分利用，将直接影响生产的正常进行。为了解决这类问题，采用盐酸电解生产氯气和氢气是一种非常有效的方案。

　　目前盐酸电解工艺采用的基本上都是赫斯特-拜耳-伍德工艺。?化氢气体由底部进入盐酸吸收塔，塔顶向下喷淋稀盐酸(约17%)或水，通过等温或绝热吸收，生产质量浓度为28%~33%的浓盐酸，然后经过冷却器、活性炭过滤器后与电解后的稀盐酸混合，以保证加入电解槽中的盐酸的浓度。在电解槽内，盐酸在电极表面上生成氯气和氢气，产生的氯气经过干燥、压缩、液化后送下游循环使用。最早的盐酸电解槽采用的是石墨电极隔膜槽技术。

　　目前，盐酸电解技术已比较成熟，已经达到工业化生产，在上海化工区拜耳公司也有一套相当规模的工业化装置，而且，其采用的是目前最为先进的离子膜法氧阴极技术(ODC)，其优势就是耗电低，生产一吨氯气的耗电量仅约1150kwh，比传统的食盐电解在能源消耗方面有相当的优势。其缺点是：由于腐蚀性大，对工艺设备材料的要求非常高，一次性投资比较大。

　　2、盐水氧阴极电解(ODC)技术

　　盐水氧阴极电解(ODC)技术比传统的离子膜电解技术可节约电能约30%，并会间接减少同等的CO2排放，是一个能保护环境、节能的生产工艺，是电能和CO2减少排放的一个里程碑。

　　氧阴极离子膜电解槽的阳极与传统的离子膜电解槽完全一样，但是在阴极室上增加了一层通氧层。电槽在阳极侧生产氯气;在阴极侧生产烧碱，只是将在阴极析出的氢气与外供的氧气发生反应生成水，所以在阴极侧没有氢气放出，降低了阴极放电电位，一般可使槽电压降低0.85~1.00V，吨碱直流电耗下降700~800 kwh。

　　目前，德国拜耳公司约2万吨/年工业化装置于2011年上半年投运，预计该技术很快将趋于成熟。对于对氢气产品没有需求或可以适当平衡的氯碱企业来说，采用氧阴极电槽技术，可以达到节能降耗、低碳减排以及增加经济效益的目的。

　　3、DEACON技术

　　HCl催化氧化法制备氯气最早是由Deacon在1875年首先提出来的，所以称之为Deacon技术。其化学计量式可以表示为：

　　HCl(g)+1/4O2(g)←→1/2H2O(g)+1/2Cl2(g)+6.8kcal

　　传统的Deacon过程在一段反应器中进行，以CuCl2为催化剂，反应温度为430～475℃。但在实际应用中该方法存在以下工程问题：(1)受反应平衡的限制，HCl的转化率较低，不到80%;升高温度有利于提高反应速率，但会降低转化率;降低温度虽然可以提高反应的转化率，但是减小了反应速度。(2)因转化率不高，未反应的HCl与可能凝结的H2O结合生成盐酸，带来严重的设备腐蚀问题，同时凝结的H2O使催化剂粘度增加，降低了催化剂的流化性。(3)高温过程中活性组份CuCl2容易挥发，导致催化剂流失。

　　在Deacon过程的基础上，许多研究者进行了广泛而深入的研究，提出了许多改进方案，主要为两个方面：(1)催化剂的改进，解决催化剂的流失问题;(2)反应过程的改进与开发，使HCl的转化率接近100%，同时也解决了设备腐蚀问题。目前实现了工业化的有日本住友化学工业株式会社。2000年12月，住友公司建成了中试装置，并于2003年5月建成了年产10万吨的工业化装置。

　　由于氯化氢的氧化反应是一种放热反应，从减轻催化剂的热劣化和确保工艺运转的稳定性与易操作性的观点考虑，很重要的一点是要抑制在催化剂填充层中的过度热点，过度的热点还会引起反应的失控，并且氯化氢和氯还会引起设备材料的高温气体腐蚀问题。日本住友化学工业株式会社开发了列管式固定床反应器，此反应器的特点是氯化氢转化率高;处理量大，单个反应器的生产能力可达40万吨/年;反应热可转化为蒸汽回收，减少了系统能耗;而且整个工艺流程对环境友好，只有少量废水排放。

　　DEACON工艺在经济方面的的优点为：(1) 使用的催化剂催化效率高且寿命长，催化剂方面的费用少;(2) 通过盐酸循环系统，几乎所有的氯化氢原料都可以被转化为氯气，原料利用率高;(3) 与电解法相比，从设备投资到运行成本都比较低。

　　DEACON技术的最大优势在于能耗消耗极低，只消耗动力电，每生产一吨氯气，消耗的动力电仅约180 kwh，远远低于电解法的能源消耗，属低碳、经济的工艺技术路线，具有很大的发展前景。