中国氯碱行业发展现状及技术装备进展情况

张 鑫，李素改

（中国氯碱行业协会，天津 300192）

1 中国氯碱行业发展现状

（1）氯碱行业发展概况

截止2011年底，全国烧碱总产能3 412万t/a，其中，离子膜法烧碱3 035万t/a，占总产能比例达89%，隔膜法377万t/a，占总产能的11%，并且逐年减少。烧碱生产的181家企业中，企业平均产能18.9万t/a。产能超过40万t/a以上规模的企业数量已增至20家，其中，山东、江苏、浙江、天津、山西、河南、内蒙古、新疆、四川等地区是国内烧碱生产的主要区域。2011年新扩建烧碱产能全部为离子膜法工艺，其中，山东和江苏新增产能分别达到了167.5万t/a和100万t/a，分别居全国新增产能的第一和第二位。

聚氯乙烯（含糊树脂）总产能中，电石法装置生产能力为1 723万t/a，占总产能的比例为79.7%，乙烯法装置产能为439万t/a，占总产能的20.3%。94家中，产能40万t/a以上规模的企业已增至18家。聚氯乙烯产能主要分布在山东、内蒙、河南、天津和新疆。中国共有7个省区聚氯乙烯产能超过100万t级水平。2011年新扩建聚氯乙烯产能186万t（含13万t糊树脂产能），其中，河南新增32万t，居新扩建产能第一。

2011年全国烧碱、聚氯乙烯产能占世界总产能比例情况见表1。

表1 2011年全国烧碱、聚氯乙烯产能占世界总产能比例

由于中国特有的“缺油、贫气、富煤”资源能源结构，电石法聚氯乙烯产能在国内聚氯乙烯装置总能力中所占比重逐年提高。

生产技术方面，中国自行研究开发具有国际先进水平的工艺、技术、装置在生产实践中得到应用。中国现已成为除美国、日本、西欧等发达国家之外能够自主制造烧碱、聚氯乙烯大型核心设备（离子膜电解槽和100 m3以上聚合釜）的国家。特别是离子膜国产化的成功应用，将为中国氯碱行业的发展提供强有力的保障。聚氯乙烯生产过程废弃物治理、综合利用、干法乙炔工艺技术的工业化应用等有力地促进了电石法聚氯乙烯向大型化、清洁化方向发展，对平衡中国能源需求结构产生重要影响。

产品结构方面，伴随氯碱企业规模和技术实力的整体提升，耗氯产品种类也日趋丰富。目前，氯碱企业可生产200余种氯产品，形成了漂白消毒剂系列、环氧化合物、甲烷氯化物、氯化聚合物、光气系列、氯代芳烃系列、氯乙烯系列以及精细化学品等十余个大系列。

近年来，伴随着需求的增加，全球氯碱行业迅猛发展。与此同时，全球氯碱/二氯乙烷—氯乙烯—聚氯乙烯的产业格局发生了巨大变革，传统的北美及欧洲产业巨头鼎立的同时，亚洲特别是以中国为代表的新兴市场的崛起成为市场的亮点和焦点。目前，中国已经取代美国成为全球最大的氯碱供应国。作为新兴的氯碱生产大国，中国的氯碱产品逐步融入国际市场，在全球市场的主导地位不断提升。特别是聚氯乙烯期货的推出，对于中国聚氯乙烯市场的健康发展及争夺国际市场话语权具有重要的影响。

（2）中国氯碱行业已具有一定竞争力

综合来看，中国氯碱行业经过八十多年的发展，积累了丰富的经验，呈现出了较强的竞争力。相比发达国家，在资源和能源方面，中国部分地区拥有氯碱行业发展所需的丰富资源和能源。西部地区的大型煤电盐化一体化发展模式和东部地区的氯资源多次利用发展模式进一步提高了资能源的利用效率和产业集中度。

在企业规模和自主创新方面，国外发达国家引领着技术研发的方向，但中国氯碱行业紧跟世界先进技术研发趋势，通过吸收引进、自主创新，在能源和资源消耗、产品质量、清洁生产、安全环保等方面逐渐缩小了与发达国家之间的差距。排名前10位的烧碱和聚氯乙烯企业规模甚至超过了部分国外知名公司，初步形成了一批具有国际竞争力的大型氯碱企业集团。

在产业集中度方面，烧碱和聚氯乙烯企业平均规模逐渐提高，缩小了与国外发达国家之间的差距，产业集中度逐渐提高，中国氯碱行业的蓬勃发展也吸引了国外跨国企业在中国投资建厂，中国已经发展成为全球增长最迅速的氯碱行业集群。

在国际需求方面，中国烧碱和聚氯乙烯的出口目的地范围不断扩大，出口数量逐年增加，销往近一百多个国家和地区。在国际贸易中，中国烧碱和聚氯乙烯出口数量和价格已成为决定国际市场价格的风向标；随着国家对氯碱行业的发展、节能减排、安全生产等方面的政策严格要求，促使中国氯碱企业通过激烈的市场竞争和优胜劣汰、壮大企业规模并进一步提高产业集中度，培育具有较高技术水平、较强经营管理能力的人才，完成从粗放型向集约型的转变；中国已成为世界最大的烧碱出口国和氯产品需求国。

在产品结构方面，虽然在一些氯产品领域还存在缺少高端产品、系列产品等问题，但是中国具有较强的自主研发和技术创新能力，部分氯碱企业的技术开发战略由高度重视应用技术开发向不断增强战略技术储备转变。此外，聚氯乙烯期货市场的健康发展，也将有助于中国聚氯乙烯价格夺取全球市场的定价权。中国市场已成为全球跨国氯碱企业的战略重心，中国氯碱行业若能抓住经济全球化带来的机遇，并积极应对挑战，一定能迎来更广阔的发展空间并诞生一批中国的跨国氯碱公司。

（3）中国氯碱行业发展面临的主要问题

虽然中国氯碱行业整体竞争力有所提高，但仍然存在以下主要问题。

a.缺乏有效调控，产能扩张过快；

b.氯碱行业集中度低，布局不合理；

c.产品结构不合理，新产品研发和市场开发力度不够；

d.氯碱行业与石油和化学工业相结合发展力度差；

e.氯碱行业在清洁生产方面还存在一些问题。

2 氯碱行业装备进展情况

（1）变电整流技术

变电整流技术近来主要向高电流、大型化发展，随着1台或1组（2台串联）电解槽产量超过2万t/a。为节约用电及设备投资，变电整流组合开始从“一拖一”向“一拖二”组合方式转变；变电整流也从“同相逆并联”开始转化为“非同相逆并联”；整流从“二极管”进入“晶闸管”时代。控制系统从现场控制进步到采用中控计算机进行远程操作、控制、显示和记录。整流控制的精度明显提高；变电整流效率从原先的94%提升到98%，节电效果明显。

另外，整流设备生产企业也改进了整流的密闭风冷系统，避免了传统的整流在大气中自然冷却时灰尘和潮湿地侵入。

（2）电解槽装备水平不断提高

离子膜电解法制碱技术因其具有节能、产品质量高、污染低等诸多优点而被世界公认为技术最先进和经济最合理的制碱方法。膜极距或超窄极距电解槽近年来在节能降耗上取得了进展。2008年以来，日本旭化成NCZ电解槽、蓝星（北京）化工机械公司NBZ电解槽和日本氯工程n-BiTAC电解槽为代表的膜极距电解槽，以及英国INEOS公司推出的Bichlor复极膜极距电解槽及伍德迪诺拉公司推出的超窄极距电解槽BM2.7，已被广泛应用。新建项目绝大部分都采用了膜极距或超窄极距电解槽。膜极距电解槽与传统的电解槽比较，从电解槽的结构、电极的材质、涂层的活性、电解性能等方面都有了很大的提高。在当前行业内最流行的高电流密度电解槽中，膜极距电解槽节能优势更加明显。

（3）盐水精制技术的发展

目前，氯碱企业采用的一次盐水精制工艺已由传统的道尔澄清桶+砂滤器工艺转化成了薄膜液体过滤工艺(表面膜过滤技术)。传统工艺自20世纪40年代至20世纪末基本没有大的改进。近几年，随着烧碱生产能力的不断增长，电解技术的不断进步，特别是离子膜电解槽的广泛应用，对盐水质量的要求越来越高，从而使膜分离技术在氯碱盐水生产中得到较多的应用与较大的发展，这也改变了盐水工序操作的不稳定性和抗干扰能力弱的问题。此外表面膜过滤技术应用于烧碱盐水精制工序使得中国烧碱生产走向规模大型化道路。除此之外，中国一次盐水精制技术又相继开发了陶瓷膜过滤器和CN过滤器，效果良好。目前，已在部分企业投入运行。

近年来，纳滤膜脱除盐水中硫酸根新技术广泛应用于氯碱行业，改变了传统主流的氯化钡法除硫酸根。不仅解决了环保问题，还达到了节能减排、降低成本的目的。

（4）淡盐水真空脱氯技术

淡盐水脱氯常用的主要有3种工艺技术。一是空气吹除法，利用罗茨风机向淡盐水塔内大量鼓风，脱除淡盐水中溶解的氯气，脱除的氯气含有大量的水汽和空气，再用用烧碱吸收制造次氯酸钠。二是采用喷射泵法，这种工艺是采用氯水加压或蒸气直接进入喷射泵形成真空，进行真空脱氯。此技术已在山东滨化应用。三是采用钛机械真空泵（水环式）直接抽真空，在负压状态下淡盐水沸腾脱氯，抽取的氯气经冷却分离回收到氯气总管中。钛真空泵原先进口的较多，现国内钛真空泵技术已成熟，完全可以满足各类规模的要求。近年来机械真空泵脱氯技术占主流。

（5）氯气、氢气处理技术

随着氯碱规模大型化，透平机被大量使用。由于节能、自动化程度高、运行稳定成为各氯碱厂家的首选。超过10万t/a的烧碱装置，大都采用输送能力大（最大可达20 000 Nm3/h）、震动小、调节范围大的离心式透平机，实际交流电耗大大降低。透平机技术以其节能环保优势将取代硫酸纳氏泵，这已成为行业发展趋势。

（6）蒸发技术

隔膜碱的蒸发普遍采用三效逆流或四效逆流工艺，设备有列文式蒸发器和悬筐式循环蒸发器，把隔膜碱蒸发到30%。这种工艺随着隔膜碱的淘汰将会不断减少。

离子膜法烧碱蒸发是把32%碱蒸浓到48%或50%，主要有双效逆流或三效逆流工艺；从蒸发形式上有升膜蒸发和降膜蒸发；蒸发设备类型有旋转薄膜蒸发器、板式蒸发器、列管式降膜蒸发、列文式循环蒸发器等。

固碱生产技术由间歇法大锅熬制生产发展到目前的成套装置连续化生产。锅式法生产因其间歇操作、生产能力低、设备笨重、占地面积大、热利用率低、劳动强度大等缺点已被成套装置连续化生产取代。自1989年齐鲁石化公司引进第一套粒碱装置制造精制隔膜粒碱以来，陆续从国外引进了多套粒碱技术，并且逐步使装置大型化。目前，单套产能已到达15万t/a。国内自主研发的微粒碱技术达到单套生产能力10万t/a水平。粒碱生产以其易包装和使用具有独特的优势产销国内外，将替代部分片碱，引领固碱市场的发展。

（7）大型国产化聚氯乙烯成套技术装备

由于中国富煤少油，近十几年聚氯乙烯新建项目大部分都采用电石法生产工艺。改革开放30年多来，中国电石法成套装置规模也由最初的5万t/a PVC生产线发展到现在20万t/a PVC生产线。天津大沽化工股份有限公司是中国氯碱行业龙头企业，经过40年的发展，特别是近10年来的消化吸收国外先进技术，自主创新，开发设计了拥有自主知识产权的成套全自动20万t/a PVC生产线的工艺技术，实现了中国大型PVC生产从工艺到设备的全套国产化。在成套工艺装备中，如生产工艺密闭化、热水入料工艺、反应过程中连续注水工艺、粗料预测、紧急事故终止技术、20万t/a汽提塔装备和20万t/a的内热式沸腾干燥床等技术装备极大地提高了聚氯乙烯生产的自动化水平、安全、环保水平及节能降耗水平。

(8）大型化聚氯乙烯聚合釜

聚合釜制造工艺复杂，设备投资高，是生产PVC树脂的主要设备。中国PVC聚合釜技术发展经历了从30 m3、70 m3到目前的135 m3的大型聚合釜的转变,装置生产强度也由30 m3的5 000 t/a提高到135 m3的67 000 t/a。自主研发的135大型聚氯乙烯聚合釜工艺技术，具有生产能力大、设计指标高、釜内抛光和组装精度高、外观和内在质量好等特点。此外，在聚合釜的设计标准和制造工艺上取得了重大突破，其中，有半管夹套设计、直叶桨式搅拌器、上传方式、扭矩变矩器调速及大轴径机械密封等均为世界领先技术。该聚合釜各项技术指标达到了世界先进水平，标志着中国大型PVC研制已达到世界先进水平。

3 氯碱行业未来装备发展方向

随着氯碱行业技术水平的不断进步，以及国家对于基础化工原材料行业在能源消耗、清洁生产和环境保护等方面政策的日益严格，氯碱行业装备发展也呈现新的特点。

（1）烧碱生产装置向大型、节能和资源高效利用方向发展

烧碱隔膜电解槽将陆续退出市场。2011年产能统计数据显示，目前，中国还有377万t/a隔膜法烧碱生产装置。根据《产业结构调整指导目录（2011年本）》中有关规定，隔膜法烧碱被列入淘汰类，将于2015年年底前淘汰。未来烧碱离子膜电解槽比例将进一步提高。

膜极距改造、氧阴极烧碱电解技术是行业实现离子膜烧碱单位产品综合能耗下降的重要手段之一。国务院近期印发的《节能减排“十二五”规划》中，针对氯碱行业提出了离子膜烧碱单位产品综合能耗要在“十二五”末从351 kg标煤/t下降到330 kg标煤/t的要求，这对于氯碱行业节能减排工作来说任务非常严峻。据协会不完全统计，目前，国内膜极距离子膜电解槽产能约占离子膜法烧碱总产能的1/3，至少还有约1 000万t离子膜烧碱装置可以进行膜极距改造，相比普通离子膜电解槽，通过膜极距技术改造可以使烧碱电耗下降至少100 kW·h/t以上。此外，由蓝星（北京）化工机械有限公司和北京化工大学联合攻关的氧阴极离子膜电解技术已进入工业化运行评测阶段。采用氧阴极技术可以使烧碱单位产品电耗下降约1/3，节能效果显著。由于采用氧阴极技术不再产生氢气，该技术对于以电石法聚氯乙烯配套烧碱的企业，特别是中西部的氯碱企业而言，采用的比例不会很大。对于东部地区主要以直接消耗氯气的氯产品为主的氯碱企业而言，则具有较好的市场推广应用前景。

高电密、大型电解槽发展趋势。目前，膜极距离子膜电解槽普遍运行电流密度在5.0～5.5 kA/m2，未来的膜极距离子膜电解槽的运行电流密度将达到8 kA/m2，单槽产能达到4万t。随着电流密度的提高，对于精制盐水的指标要求将更加严格、苛刻。

氯化氢催化氧化制氯技术将提高氯资源的循环使用率。随着催化技术的不断进步，氯化氢催化氧化制氯技术正在实现工业化。目前，上海巴斯夫和烟台万华都在建设氯化氢催化氧化制氯装置，用于MDI生产过程中副产氯化氢的回收处置。目前，获得氯资源的最佳工业方式是电解盐水，即为通常所说的电解技术。因此，氯化氢催化氧化制氯技术不仅可以降低氯气单位产能能耗，还可以提高氯资源的循环使用率。

（2）聚氯乙烯生产向原料多元化和汞污染防治方向发展

聚氯乙烯生产原料多元化。随着中国煤制烯烃技术和示范项目的不断成熟，以及美国页岩气开采带动了乙烯基（乙烯、二氯乙烷、氯乙烯）产品的出口，再加上东部具有港口优势的地区以进口甲醇制烯烃方式获得乙烯资源，这都使得中国乙烯法聚氯乙烯生产工艺的原料呈现了多元化发展趋势。目前，中国聚氯乙烯生产工艺主要以电石法工艺为主，未来随着生产原料的多元化，大型乙烯法工艺装置将增多，西部地区可适当结合煤制烯烃项目建设乙烯法装置，从二氯乙烷到氯乙烯生产的整条乙烯氧氯化工艺装备；东部地区可结合当地乙烯资源或进口原料优势建设乙烯法装置，选择建设整套乙烯氧氯化法装置或氯乙烯直接聚合装置等方式。

电石法聚氯乙烯生产对汞污染防治的要求更加严格。国际汞公约第五次政府间谈判委员会会议将于2013年1月13-18日在瑞士日内瓦召开，这也是国际汞公约最终一次谈判。随着国际汞公约框架体系的最终达成，对中国电石法聚氯乙烯生产将产生重要影响。这就要求电石法聚氯乙烯行业进一步减少汞的用量和更加严格汞的排放。对于电石法聚氯乙烯生产装置而言，新型氯乙烯合成转化器、高效除汞器、触媒抽翻系统、盐酸解析、废酸除汞、废水除汞技术和装备等是未来老企业改造和新项目建设将采用的。

“十二五”将是中国氯碱行业发展的重要历史机遇期，行业在结构调整和可持续发展方面任重而道远，必须抓住这一时机，全方位提升行业技术和装备水平，完成产业升级，实现行业可持续发展，使中国真正成为一个负责任的氯碱强国。