淺談氯堿企業的發展規劃，助推開元化工可持續發展

龐有峰 胡芳 胡華斌

摘 要：焦作煤業（集團）開元化工有限責任公司（簡稱“開元化工”）以氯堿為基礎，規劃了向三氯氫硅、環氧氯丙烷、環氧樹脂、氯化亞砜等材料產業擴建或延伸，打造多條產業生態鏈，將一條產業生態鏈的副產品用作另一個產業生態鏈的投入或原材料，通過廢物交換、循環利用、清潔生產等手段，以最大限度地充分利用資源或減少負面環境影響，最終實現開元化工可持續發展的目標。

關鍵詞：氯堿; 三氯氫硅; 環氧氯丙烷; 環氧樹脂; 氯化亞砜

1929年，愛國實業家吳蘊初先生在上海建立了天原電化工廠，從此揭開我國氯堿工業發展的序幕。新中國成立后，氯堿工業經過70年的發展而不斷壯大，以鹽為原料，電解制成燒堿、氯氣、氫氣，氯氣進一步生產以甲烷氯化物、環氧氯丙烷、環氧丙烷、氯乙酸、氯化石蠟、PVC等為代表的200余種耗氯產品，其中PVC占比最大[1]。據中國氯堿工業協會統計顯示，2018年我國燒堿生產企業161家，總產能已達4259萬噸，占世界總產能的44%;聚氯乙烯（PVC）生產企業75家，總產能達2402萬噸，占世界總產能的41%。迅猛擴增的氯堿裝置不僅對能源和資源需求快速增長，同時還帶來了嚴重的環境污染、資源的高消耗、廢物的高排放，使得資源瓶頸和環境問題日益突出，影響了氯堿工業的可持續發展。為此，選擇以“減量化、再回收、再利用、資源化”為原則、以提高資源利用效率為核心、促進資源利用由“資源——產品——廢物”的線性模式向“資源——產品——廢物——再生資源”的循環模式轉變，以盡可能少的資源消耗和環境成本來發展的循環經濟模式，實現氯堿工業的可持續發展[2]。

針對氯堿行業的循環經濟建設，試圖通過氯堿化工園區的生態化改造促進氯堿工業的穩定、健康、可持續發展。近年來，不少氯堿企業內已經出現了資源優勢型企業沿產業鏈縱向整合、市場優勢型企業向上游生產領域延伸、規模優勢型中央企業橫向整合，以及地方性優勢企業強強聯手等多種多樣的行業資源重組和整合方式。而開元化工隸屬于焦作煤業（集團）有限責任公司，成立于2009年10月，注冊資金為3.5億元，占地743畝，現有員工678人，主要從事20萬噸/年離子膜燒堿、2萬噸/年三氯氫硅、3萬噸/年環氧氯丙烷、4萬噸/年環氧樹脂項目主副產品的制造和銷售。然而，理論上每噸離子膜燒堿會副產0.8875噸的氯，但氯氣外用戶需求量過少、競爭激烈、銷售壓力過大，急需發展平衡液氯的項目、提高產品附加值。為此，開元化工在現有項目基礎上規劃了10萬噸/年離子膜燒堿項目、4萬噸/年三氯氫硅項目、12萬噸/年環氧氯丙烷項目、4萬噸/年環氧樹脂項目、2萬噸/年氯化亞砜項目、5000噸/年對苯二甲酰氯項目、10萬噸/年甲烷氯化物項目，不同項目之間按產品鏈及產業網絡關系有機組合，形成循環產業鏈網，實現物料互供、資源共享、循環利用。

1.離子膜燒堿

開元化工采用離子膜法電解氯化鈉溶液生產氫氧化鈉和氯氣和氫氣，產品燒堿可用作環氧環氯項目的原料;副產氯氣用于合成鹽酸、液化包裝外售;副產氫氣用于合成鹽酸、鍋爐供熱，其生產工序主要有化鹽、精制、電解、氯氫處理和氯氫合成，詳見圖1。

2.三氯氫硅

開元化工采用硅氫氯化法生產三氯氫硅，即以硅粉為原料，在流化態沸騰爐（FBR）中與氯化氫進行氯化反應[3]，反應產物再經分離、提純，直至得到滿足質量要求的產品，其工藝流程包括氯化氫合成、三氯氫硅合成及三氯氫硅分離三道生產工序，詳見圖2。

3.環氧氯丙烷

開元化工采用甘油法生產環氧氯丙烷（ECH），其生產工藝主要包括鹽酸解析、甘油氯化和二氯丙醇環化等操作單元[4]，即：濃鹽酸和氯化鈣在解析塔中發生解析反應生成氯化氫;干燥后的氯化氫與甘油在氯化釜中發生氯化反應，經脫水和精餾后得到二氯丙醇;二氯丙醇與燒堿在環化反應器中發生環化反應，經脫水和精餾后得到產品環氧氯丙烷，詳見圖3。

4.環氧樹脂

開元化工環氧樹脂產品有E-51、E-44、E-39D、EX-23-80A和E-21，以環氧氯丙烷、雙酚A為原料，先采用二步法合成E-51和E-44，再以E-51為基礎原料，采用Advancement法合成EX-23-80A、E-39D和E-21[5]。環氧樹脂生產的具體步驟如下：在堿性條件下，雙酚A與過量的環氧氯丙烷在預反應釜中進行開環醚化預反應;在反應釜中進行縮合反應;在回收釜中共沸蒸餾回收過量的環氧氯丙烷后，物料依次進入精制釜、過濾器、脫溶劑釜而加苯萃取、過濾、脫苯后制得E-51或E-44;再以E-51為原料，在催化劑存在下，與四溴雙酚A在溴化釜中進行溴化反應，后在混合釜中與丙酮混勻制得EX-23-80A;與雙酚A在添加一釜、添加二釜中進行添加反應分別制得E-39D、E-21，詳見圖4。

5.氯化亞砜

目前，國內外生產氯化亞砜的工藝技術主要有氯磺酸法、聯產法、三氧化硫氣相法、二氧化硫氣相法等[6-7]。但是，二氧化硫氣相法實現了氣相連續合成氯化亞砜的新工藝，具有技術先進、成品無色透明、質量穩定可靠、基本無三廢產生的特點。所用原料二氧化硫、硫磺、氯氣等，成本低、利用率高，反應不完全的二氧化硫經液化分離后可循環使用，精餾產生的釜底料一氯化硫可返回維持系統平衡，該法單程轉化率達50%，最終收率達100%，可連續工業化生產，是國內氯化亞砜今后發展的重點。開元化工擬采用二氧化硫氣相法生產氯化亞砜。在一氯化硫反應釜中投入一定量的硫磺，然后通入氯氣，生成的一氯化硫通過計量槽通入到二氯化硫合成氣化器生成二氯化硫，氣化后通入到混合器。同時將氯氣、二氧化硫氣化后通入到混合器，混合后經過合成反應器催化反應，經分餾、精餾后得氯化亞砜成品，詳見圖5。

6.對苯二甲酰氯

根據所用氯化劑的不同，對苯二甲酰氯的生產工藝可分為氯化亞砜法、五氯化磷法、三氯化磷法和光氣法等[8]。其中，以對苯二甲酸為原料，氯化亞砜為氯化試劑，在催化劑的存在下一步生產對苯二甲酰氯，然后采用減壓蒸餾法、重結晶法提純對苯二甲酰氯產品，詳見圖6。該技術工藝簡單、條件溫和、產物易分離，因而投資不大，易產業化。

7.甲烷氯化物

隨著甲醇工業的迅速發展，甲醇氫氯化法由于氯利用率高、產品質量好，在經濟上和技術上的優勢越來越明顯[9-10]。因此，開元化工擬采用甲醇氫氯化法，利用離子膜燒堿項目副產的氯化氫氣體與新鮮甲醇蒸汽在一定溫度、壓力下混合進入氫氯化反應器（列管固定床式反應器，管內裝有催化劑），在催化劑作用下反應生成一氯甲烷和水，以及過量的氯化氫、少量未反應的甲醇和副產物二甲醚，這些混合氣先后經激冷、分離、除沫、干燥、壓縮得到甲烷氯化物產品，詳見圖7。

綜上所述，開元化工不僅開展生態設計、綠色采購、清潔生產、廢物最小化等來提高企業的綜合生態效率，而且也注重尋求企業之間的搭檔合作，比如向周邊企業焦作市華德瑞化工有限公司和河南佰利聯化學股份有限公司供應液氯、向焦作市偉祺新潔能源有限公司供應氫氣;河南三木實業集團有限公司、河南尚宇新能源股份有限公司分別承包了開元化工的環氧樹脂項目和三氯氫硅項目，如圖8開元化工產業鏈圖所示。開元化工堅持以生態工業為理念，副產氫氣、氯氣、鹽酸、回收鹽等均由“廢”變成“資源”，全部循環利用、吃干榨凈，基本上做到無“三廢”排放。各條產業生態鏈實現了物料的充分循環利用并互為依托，從而降低了資源的消耗，減少了廢棄物的排放。同時，不同項目之間物料和副產物全部通過管道運輸，大大降低了成本和運輸危險性，提高了整體效益。

結論

為滿足開元化工多樣性發展的需要，對離子膜燒堿項目主副產品流動的路線、流量和組成進行調整，不斷拓展開元化工的產業生態鏈，即以離子膜燒堿項目為中心向外輻射拓展，逐步延伸、擴張產業生態鏈。另外，以市場交易為基礎，各產業生態鏈之間相互依賴，參與企業以實現共同利益為目標，組成以戰略聯盟為主要形式的工業共生發展模式，實現產業共生和系統物質的閉路循環及能量的梯級利用，以最大限度地充分利用資源或減少負面環境影響，最終實現開元化工可持續發展的目標。

參考文獻：

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