有機硅產業鏈中氯循環的可行性探究

＊金 暉

（浙江省天正設計工程有限公司 浙江 310012）

1.有機硅產業工藝概述

有機硅材料的生產就是將硅元素通過化學反應引入有機物主鏈的工藝過程。硅元素在自然界中主要以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在，其成分復雜，不大適合作有機硅的原料。有機硅材料生產的初起原料一般是金屬硅，最終產品一般是以硅元素為主鏈的硅樹脂、硅橡膠、硅油及硅烷偶聯劑等產品。要實現這一轉化，一般應包括以下幾個工藝過程：金屬硅與氯甲烷（或氯化氫）在流化床中反應合成有機氯硅烷 （氯硅烷單體），之后通過水解、醇解或裂解得到硅烷中間體或硅烷偶聯劑，硅烷中間體再經過聚合、縮合或交聯可得到硅樹脂或硅橡膠。有機硅材料的生產是一個復雜的產業體系，只考慮其中一步或幾步工藝過程都很難在嚴酷激烈的競爭中很好的生存。

2.有機硅產業鏈

有機硅材料功能優越，用途廣泛，是國家鼓勵發展的產業。作為非常龐大復雜的產業體系，有機硅行業自然也擁有產業鏈，依據前文所述工藝原理，有機硅產業鏈的結構如 圖1所示：

圖1 有機硅產業鏈的結構

由圖1可見，傳統有機硅產業鏈主要包括生產原料、有機硅單體、中間體、有機硅下游產品以及這些下游產品深加工制得的新產品和新材料等的生產。

當前，伴隨著能源、環保以及政策等因素的影響，有機硅產品的價格有較大的波動，同時由于市場競爭越來越激烈，整個有機硅行業都面臨著極大的壓力。

在這種形勢下，各有機硅產品生產企業更加需要具備產業鏈思維，重視產業鏈的作用，從整個產業鏈的宏觀角度出發，制定企業發展規劃，或者盡量延伸上下游產業鏈，或者最大限度開發產業鏈現有資源，這樣才能提高企業自身的競爭力和影響力，才能在殘酷的市場競爭中立于不敗之地。

3.建立有機硅產業鏈的必要性

作為有機硅產業鏈的一部分，任何企業、任何個人都必須了解整個有機硅產業鏈，在有機硅產品的研發、生產、銷售過程中，必須要具備產業鏈思維，主要原因有以下幾點：

（2）明確跟自身有供需關系的上下游企業，尋找優質的供應商跟客戶，拓展企業自身在整個產業鏈上的資源。

（3）明確有機硅產業鏈上跟自身處于相同地位的競爭者，分析競爭同行的優勢和劣勢，做到知己知彼。

（4）明確有機硅產業鏈上跟自身有互補作用的企業，開拓合作伙伴，共同開展業務，攜手面對挑戰。

（5）明確整個有機硅產業鏈上各環節的市場規模及技術進展，重新布局自身的產品，最大程度豐富產品類型，提升自身的競爭力。

4.有機硅產業問題的思考

一般來說，有機氯硅烷單體都具有兩大反應特性：一般都能夠水解生成硅氧烷混合環體，放出氯化氫氣體；一般都可在醇中醇解脫除Si-Cl鍵上的Cl原子生成HCl。

要實現有機硅產業鏈延伸，一方面不僅是要對有機硅材料的上下游產品生產技術進行研究，打通其中的技術瓶頸，還應對有機硅產業副產品鹽酸的去向有切實可行的解決辦法。

眾所周知，有機硅最終產品中是不含有氯元素的。氯元素在有機硅生產過程中僅起到媒介作用，有機氯硅烷中的氯元素都是在水解、醇解過程中以氯化氫的形式副產，按照常規工藝，如果不對副產氯化氫進行合理利用，一般是將副產氯化氫制成鹽酸外銷。而鹽酸在國內市場上已嚴重過剩，已經成為制約化工行業發展的瓶頸。鹽酸過剩已成為氯堿化工、氟化工、有機硅行業都不得不面臨的問題：其毒性、腐蝕性及給環保帶來的壓力不容忽視。

a.鋼護筒在拋棱體前施打，僅靠原始海床很難在風浪中保持穩定，故在施打鋼護筒完畢后，要盡快開始棱體拋填，幫助鋼護筒穩固。

而氯化氫又是有機硅產業不可缺少的原料，如果能利用好這一特性，實現有機硅產業鏈的延伸是完全可行的，這對有機硅產業規劃有長遠的影響。

我們可以利用這一特性來建立有機硅產業鏈的氯循環，通過延伸企業的產業鏈，以氯化氫為媒介，將水解、醇解中副產的氯化氫進行循環利用，基本可以達到氯元素的零排放，生產過程中副產稀鹽酸可以通過鹽酸解析[1]的方法來補充生產過程中氯化氫的不足。

這樣不僅可以大大緩解有機硅生產中副產鹽酸的去向問題，還能節省項目建設投資，減少氯化氫吸收不完全的外排，對環保十分有利。

5.有機硅產業鏈氯循環的可行性

通過對有機硅產業鏈工藝原理的研究，找出各工藝過程之間的內在聯系，能夠發現實現氯循環在有機硅產業鏈中是具有可行性的。下文通過有機硅產業鏈工藝原理進行闡述：

(1)氯甲烷的合成

有機硅的加工與生產基本少不了氯甲烷的參與，氯甲烷合成的主要方法[2]主要有兩種：一是甲醇與氯化氫在氣固相固催化劑定床中進行氫氯化反應，其二是甲醇與氯化氫氣體在裝有液相催化劑的反應釜及冷凝器中回流轉化。反應機理如下：

之后經脫水、精制、壓縮冷凝后處理得到氯甲烷。

(2)有機氯硅烷單體的合成

有機氯硅烷單體種類繁多，但其合成方法主要是采用硅粉與氯甲烷（或氯化氫）在流化床中高溫轉化[3]，可得到各種有機氯硅烷混合物。主要反應機理如下：

其反應產物RnSiCl4-n是各種氯硅烷單體的混合物，經過氣固相分離、脫氯甲烷、產品分離、精制可得到各種有機氯硅烷產品。

(3)氯硅烷的深加工

氯硅烷單體還不能作為最終產品使用，還需通過深加工將其轉化為硅樹脂、硅橡膠、硅油的中間體及硅烷偶聯劑，主要的方法有：將氯硅烷單體水解[4]得到硅烷水解物及其他硅氧烷混合環體，硅烷水解物再經裂解可以得到混合環體及DMC及D4,或將氯硅烷單體進行醇解[5]得到烷氧基硅烷。反應機理如下：

烷氧基硅烷就是一種偶聯劑，通過水解或醇解得到的中間體可以自聚或與其他中間體進行聚合縮合或進一步交聯，可以得到硅樹脂、硅橡膠或硅油。

(4)氯化氫的循環利用

從上面氯硅烷的深加工工藝原理可以看出，氯硅烷中的氯元素通過水解或醇解都轉化為了氯化氫，而氯化氫又是合成氯甲烷或氯硅烷的原料，因此在有機硅產業鏈的規劃設計中可以充分利用這一特點做到氯元素的循環：即將氯硅烷單體在水解、醇解中產生的氯化氫進行綜合利用到有機硅產業最前端，作為合成氯甲烷的原料，工藝過程中損失的氯元素可以通過鹽酸解析得到氯化氫以補充產業鏈上的需求。

通過對上述有機硅行業基本工藝過程的梳理，在規劃有機硅產業時，有必要將上述因素通盤考慮，盡量延伸有機硅產業鏈，而不是按常規將副產氯化氫直接制成鹽酸的措施，這樣既可以節省項目實施中膜吸收制鹽酸的設備投資，還可以減少氯化氫吸收不完全的排放。再結合生產中的資源綜合利用，必定能在嚴酷的產業競爭中立于不敗之地。

6.有機硅產業鏈的規劃設計

通過前文對有機硅產業鏈工藝原理的研究與梳理，可以看出要通過氯循環來實現有機硅產業鏈的延伸，企業最少應考慮規劃建設以下有機硅裝置：

（1）硅粉加工裝置：包括硅塊破碎、篩分及硅粉儲存及硅粉氣流輸送；

（2）氯甲烷合成裝置：包括氯甲烷合成、精餾分離提純、干燥壓縮及液化；

（3）有機氯硅烷合成裝置：包括流化床轉化、固液分離、脫氯甲烷及有機氯硅烷的精餾提純；

（4）有機氯硅烷水解裂解裝置：包括有機氯硅烷水解、裂解、環體精餾；

（5）有機氯硅烷醇解裝置：包括醇解及烷氧基硅烷的精餾提純。

當然上述裝置相互間關系還是可以適當調整的，通過建設上述裝置，氯元素在產業鏈中就基本可以進行循環，也是豐富有機硅材料品種的必要途徑。是實現有機氯硅烷氯循環產業鏈的基礎，通過上述步驟，有機硅中的氯被釋放出來。缺少其中任何步驟，都有可能無法使氯元素進行循環或導致企業產品單一。

在規劃有機硅產業鏈時，首先應對市場進行調研分析，找出市場最需要的產品以確定各裝置的產品種類及建設規模。

當然要得到有機硅最終產品還需要對上述裝置得到的產物進行進一步加工，但后續的聚合、縮合與交聯基本不影響氯循環的利用，但產業鏈的延伸能夠增加產品附加值，因此有機硅企業必須盡量延長其產業鏈。