■ 中国氯碱工业协会 李素改
中国多煤缺油少气，石油对外依存度逐年提高。在此背景下，中国氯碱工业走出了一条以煤为原料的一体化循环经济发展模式。煤电化一体化是我国氯碱行业最主要的发展模式，在此基础上，氯碱行业正从传统氯碱产品向氯精细化工新材料领域延伸。耗氯占比最大的PVC也呈现了明显的从通用型向全系列、专用化、复合改性、特种应用等方向发展的趋势。在成为世界氯碱生产大国的过程中，技术进步已越来越成为中国氯碱产业转型升级的主导力量，一批清洁生产技术推动着氯碱行业的能耗不断下降。
布局渐合理 发展趋平稳
氯碱工业是国民经济的重要组成部分，是基础化工原料行业。目前我国能够生产耗氯产品主要品种70多个；消耗氢气的产品主要有PVC、合成盐酸、其他加氢产品、氢燃料锅炉以及氢燃料电站等。
其中，PVC以电石法和乙烯法两种工艺路线并存的现状发展。我国的能源现状决定了国内PVC生产方法以电石法生产为主，尤其是煤炭资源丰富的新疆、内蒙、陕西等西北地区，是以电石法PVC工艺路线为主的区域，氯碱行业得到了快速发展。宽松的经济环境和有利的外贸政策，对国内PVC行业的发展起到了良好的推动作用。但产能快速扩张的同时，同质化竞争加剧、低端产品产能结构性过剩等一系列问题影响着电石法PVC行业的可持续发展。
“十二五”期间，落后产能不断退出，集群化、园区化成为中国氯碱产业发展的主流。如以新疆天业、宜宾天原、中泰化学为代表的电石法PVC一体化产业链，以上海化工区、宁波万华园区为代表的氯资源多次利用、多产业协同的产业链，均以集群化园区化方式布局，在产业协同、资源综合利用、公用工程设施共享、废物循环利用、污染高效治理、物流成本节约等方面形成了明显的优势特色。行业经过高速发展期和更加理性的平缓发展期，转型升级步伐加快，布局逐渐趋于合理，已经逐步形成东部沿海，中部和西部地区不同的成长路线和发展特点的产业区域。
2016年，国内共有烧碱生产企业158家，总产能为3945万吨，其中离子膜法2921万吨，隔膜法24万吨；PVC生产企业75家，总产能2 326万吨，其中电石法1851万吨，乙烯法453万吨，天然气法22万吨。
自2008年国际金融危机之后，中国国内经济增速放缓,氯碱工业在经历自2000年开始长达八年的高速发展后，发展速度逐步趋于平稳。主要体现在全国烧碱和PVC产能年均增速总体持续下滑。从总量上看，到2016年，烧碱和PVC等主要氯碱产品产能、产量继续稳居世界首位，完成了从产能扩张到经济结构调整、产业转型升级的转变过程。我国已成为名副其实的氯碱生产大国。截至2016年底，世界烧碱产能约为9470万吨，PVC产能约为5800万吨，中国产能分别占比达41.6%和40%。
“十二五”能耗下降23% 政策体系不断完善
在成为世界氯碱生产大国的过程中，技术进步已越来越成为中国氯碱产业转型升级的主导力量，一批氯碱清洁生产技术、装备技术、节能技术、安全生产技术、污染物防治和处理技术得以研发突破、引进消化和良好应用，资源综合利用水平不断提高，同“十一五”阶段相比，“十二五”行业万元产值能耗和水耗分别下降了23%和47%，主要污染物的排放强度大幅度降低。行业高度重视的汞污染防治技术的研发和应用均取得突破，低汞触媒工艺已被行业普遍采用，电石法PVC从高汞到低汞再到无汞的汞污染防治路线图已经形成，一些领先企业已开始推进无汞触媒、无汞工艺技术的研发和工业化应用探索。
氯碱行业属于高能耗行业。2016年国内烧碱产能3945万吨，产量3284万吨，电解交流电耗国内平均值为2288千瓦时/吨，全年烧碱电解耗电约为80亿千瓦时。根据国家统计局统计，2016年12月全国工业用电量达到3921亿千瓦时，烧碱产品耗电量占到了全国工业总用电量的2%左右。2016年，30%烧碱（折百）吨碱综合能耗为328千克标煤/吨，电解交流电耗国内平均值为2288千瓦时/吨，折标系数按0.1229千克标煤/千瓦时计算，折合综合能耗为281千克标煤/吨，约占综合能耗的85%。
烧碱单位产品综合能耗中，电解槽电耗占产品综合能耗比例非常大，因此，烧碱节能降耗的意义主要来源于电解槽的节能降耗。
国家《节能减排“十二五”规划》提出，2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%（比2005年的1.276吨标准煤下降32%）。“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。主要节能指标中，对氯碱行业主要产品烧碱提出了较为具体的指标要求，即单位产品烧碱（离子膜）综合能耗由2010年的351千克标准煤/吨下降到331千克标准煤/吨。
为进一步适应促进节能减排，推动产业结构调整的有关要求，国家发改委资源节约和环境保护司于2013年组织完成了《烧碱单位产品能源消耗限额》（2007版）国家标准的重新修订及《PVC树脂单位产品能源消耗限额》国家标准的制定工作。新标准中，对新建装置单位产品能耗限额准入值提出了更加严格的要求。烧碱和PVC两大主要产品的准入值均以行业先进值为基础，两项标准已于2014年4月底颁布实施；2015年完成了《取水定额第29部分：烧碱》和《取水定额第38部分：PVC）》制定工作，送审稿已于2016年底上报国家相关部委。
引进技术+自主研发 企业布局节能新工艺
技术进步主导着行业的节能降耗。近年来，国内氯碱企业通过积极引进国外先进技术和自主研发两条腿走路，不断推进氯碱行业的节能工作。
1． 零极距（膜极距）离子膜电解槽技术
2008年以来，国内新建氯碱项目绝大部分采用了膜极距离子膜电解制碱技术，该技术已成为烧碱行业节能减排取得重大进展的助力之一。北京蓝星化工股份有限公司通过自主研发的零极距NBZ-2.7电解槽，自2009年已经成功应用到国内氯碱企业，并取得了良好的效果，近几年在国内市场已经有了较高的占有率。该技术不仅适用于新建项目，而且还可以对原有的有极距电解槽改造成膜极距电解槽。目前电解槽生产企业除国内的蓝星（北京）化工机械有限公司外，国外公司如：日本旭化成高电密零极距（NCZ）电解槽、伍德迪诺拉公司推出的超窄极距电解槽BM2、日本氯工程研制的新型“零极距”n-BiTAC电解槽在国内都有实际应用。
膜极距复极式离子膜电解槽是通过降低电解槽极间距离来降低阴极侧溶液的电压降，从而达到节电的效果。因极间距离比有极距电槽均匀，使得电流密度分布更均匀，槽电压也相应降低。膜极距电解槽电压较普通有极距电解槽可降低0.2V左右。根据电化当量公式计算，电解槽槽电压每降低0.1V，吨碱可节电约70千瓦时。
2． 氧阴极烧碱电解生产技术
氧阴极电解制碱技术是近年来发展起来的一项新型电解技术。技术原理是以氧气还原反应代替氢析出的还原反应，阴极的理论分解电压降低，阳极室内氯化钠在水中电离，阳极反应的基本原理是阴离子Cl-被氧化生成Cl2，阴极反应的基本原理是O2和水被还原生成OH- 。整个电化学反应概括为：4NaCl+O2+2H2O→4NaOH+2Cl2↑
国内蓝星北化机与北京化工大学合作的国家科技支撑计划“氧阴极低槽电压离子膜法电解制烧碱技术”中试项目，于2013年7月通过科技部验收。国外氧阴极技术研发历史较长，拜耳公司烧碱氧阴极技术工业化应用，进入商业化推广阶段，2015年3月25日，拜耳的第三代工业化实验已经完成。
中国第一套氧阴极工业化装置，已在滨化集团股份有限公司投产运行，该项目采用伍德迪诺拉公司电解槽和拜耳公司氧阴极技术，建设完成了年产8万吨烧碱装置，已于2015年底投产4万吨。从运行情况来看，氧阴极和现行的普通阴极（镍网+活性涂层） 相比，在相同电流密度的运行条件下，可以在理论上达到节能近26.7%的效果。从节能减排的角度来看，氧阴极电解装置相比最先进的零极距电槽，每万吨烧碱节约2300吨标煤左右，减少CO2排放8400吨左右，节能减排效果非常突出。
3． 氢燃料电池技术
氢燃料电池是将氢气转化为电能的电池，其基本原理是电解水的逆反应。在质子膜交换(PEM)燃料电池中，在阳极的氢分裂成电子和质子，质子透过质子膜，在阴极与氧气(来自于空气)以及电子反应。经过外部荷载，阳极释放的电子到达阴极。
2015年1月9日营创三征（营口）精细化工有限公司与荷兰的MTSA Technopower、Nedstack Fuel Cell Technology和Akzo Nobel Industrial Chemicals四方签署合作协议，由营创三征引进荷兰三方装置技术，利用营创三征氯碱副产氢气资源，建造全球首套2MW氢燃料电站，该氢燃料电站作为示范项目，获得欧盟氢能利用项目支持，已于2016年8月建成投入运行。如果氯碱副产氢气全部用于燃料电池发电，氯碱企业电解单元耗电30%将被回收，其中包括20%的电能和10%的热能。
氢燃料电池技术与氧阴极电解技术都是源于对氢气的解决方案，燃料电池技术是针对氯碱已经产出的氢气资源，通过燃料电池堆回收电解单元电耗20%的电能和10%的热能；而氧阴极技术是针对不需要氢气、只需要碱和氯的企业，通过氧阴极降低了单元槽电压，使电解槽只产碱和氯，不再产氢气，将以往产氢气的电能节省下来。可以认为氧阴极技术是氢燃料电池与电解槽串联起来的集成化装置，而利用氢燃料电站则是燃料电池与电解槽分开的两套独立装置。看似不同的两个技术其实原理一致，由于一个是集成形式，一个是分离形式，两种技术在实际应用上存在较大差别。
4． 氯化氢合成余热利用技术
新型节能环保氯化氢石墨合成炉主要功能是以氢气和氯气为原料生产氯化氢气体，同时用来副产0.8 MPa蒸汽。该合成炉是以石墨为主要原料，根据氯化氢合成的原理及石墨的优越性能，适用于氯碱、多晶硅等化工行业生产氯化氢的专用设备，具有高节能、零排放、长寿命、高附加值等特点。
——热能利用率高
每合成1吨氯化氢气体可副产低压、中压蒸汽0.65～0.8吨。以生产150吨/天100%氯化氢合成装置为例，氢化氢合成系统装置满负荷生产时日产蒸汽约105吨。蒸汽单价以200元/吨计，年开车330天，则年创效益约693万元。
——蒸汽可直接并入管网
氯化氢合成系统副产0.2～1.6MpaG低压或中压蒸汽，可直接并入低压或中压蒸汽管网；而副产0.2～0.3Mpa蒸汽的合成炉，需要建立单独的蒸汽用户网。
——动力消耗低
系统单套正常运行时热水循环仅需一台4千瓦纯水泵的动力消耗，动力消耗很低。
5． 电石渣浆乙炔回收装置
乙炔气体在电石渣浆中的溶解度与温度和压力密切相关，利用乙炔在不用温度或压力条件下与水溶液两组分饱和蒸汽分压相差较大的物理性质，可采取对电石渣浆抽真空脱析工艺技术将电石渣浆中的乙炔气体进行脱析回用，即将电石渣浆送入一密闭的容器中进行抽真空、减压，将溶解在电石渣浆中的乙炔气体脱析出来，从而达到回收利用的目的。