氯碱的生产工艺及行业发展概况的资金申请

第一节 氯碱的简介

氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。（资金申请）

第二节 氯碱的生产工艺

由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基础化学工业之一。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺。

1.隔膜法

隔膜电解法以多孔隔膜将阳极区和阴极区分隔，避免了两极产物的混合。隔膜电解法的原理如图2所示。饱和盐水由阳极区加入，阴极区生成的碱及未分解的盐水则不断流出。通过适当调节盐水流量，可使阳极区液面高于阴极区液面，从而产生一定的静压差，使阳极液透过隔膜流向阴极室，其流向恰与阴极区OH一向阳极区的电迁及扩散方向相反，从而大大减少进入阳极区的OH一数量，抑制析氧反应及其他副反应的发生，阳极效率提高到90%以上。而阴极区由于OH一流失减少，碱液质量浓度可提高到100～140g/L。

氯化钠溶液存在以下两种电离方程：

NaCl =Na+ + Cl-

H2O= （可逆）H+ + OH-

所以，食盐水中含有Na+ 、H+ 、Cl- 和OH- 四种离子。当接通电源后，在电场的作用下，带负电的Cl-和 OH- 移向阳极，带正电的Na+和H+移向阴极，在这种条件下，电极上发生如下反应：

在阳极 2Cl - － 2e= Cl 2 ↑

在阴极 2H + + 2e=H 2 ↑

即在阳极室放出 Cl 2 ，阴极室放出 H 2。由于阴极上有隔膜，而且阳极室的液位比阴极室高，所以可以阻止 H 2 跟 Cl 2 混合，以免引起爆炸。由于H+不断放电，破坏了水的电离平衡，促使水不断电离，造成溶液中 OH - 的富集。这样在阴极室就形成了NaOH溶液，它从阴极室底部流出。电解食盐水的总反应可以表示如下：

2NaCl+2H2O= 2NaOH+H 2 ↑+ Cl 2 ↑

用这种方法生产的碱液比较稀，其中含有多量未电解的NaCl，需要经过分离、浓缩，才能得到固态NaOH。

以上这种石棉隔膜由于电耗高，污染严重，现在已被氯碱行业摒弃，代之以新型的离子交换膜，介绍如下：

2、离子交换膜法

在这种电解槽中，用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同，它具有选择透过性。它只让Na + 带着少量水分子透过，其它离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl溶液，往阴极室注入水。在阳极室中Cl - 放电，生成 C1 2 ，从电解槽顶部放出，同时 Na + 带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中 H + 放电，生成 H 2 ，也从电解槽顶部放出。但是剩余的 OH - 由于受阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室，这样就在阴极室里逐渐富集，形成了 NaOH溶液。随着电解的进行，不断往阳极室里注入精制食盐水，以补充NaCl的消耗；不断往阴极室里注入水，以补充水的消耗和调节产品NaOH的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳离子交换膜能阻止Cl - 通过，所以阴极室生成的NaOH溶液中含NaCl杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯度高，而且能耗也低，所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。

第三节 氯碱行业发展概况及价格走势分析

氯碱平衡是氯碱行业逃不过的一个话题，烧碱和氯气是由电解食盐水获得，两个产品相伴而生，每吨碱固定产 0.88 吨的氯。而 PVC 是主要的耗氯产品，氯碱平衡的关注焦点主要在于烧碱和 PVC 行业两个方面，PVC 的行业情况我们此前已经介绍过了，这里不再赘述。烧碱同样作为我国重要的基础化工原料，目前行业共有厂家 158 家，产能 3945 万吨，占全球产能的 43%。中国主要的烧碱产能分布在山东，占全国的 26.6%。烧碱的下游主要有氧化铝、造纸、印染、化纤等行业。其中氧化铝行业占比达到 1/3。

通常而言，烧碱价格和 PVC价格存在一定的跷跷板效应，烧碱好的时候，PVC 就差，烧碱差的时候，PVC 就好。我国氯碱行业的定产策略也随着 PVC 行业规模的扩张，从 90年代的以碱定氯逐渐过渡到以氯定碱。一般来说西北的大型氯碱厂以生产 PVC 为主，烧碱则是副产品。但是依然存在部分厂家，以上海氯碱化工厂和山东地区配套氧化铝产业的氯碱厂为代表，依然采用以碱定氯的模式。氯作为副产物，用来生产 PVC、漂白水、盐酸。在烧碱的需求旺季，过剩的氯无法消化，由于液氯不易储存，在下游拿货不积极的情况下，就会出现液氯以 1 元/吨的价格出售，甚至是倒贴出售，倒贴最高价甚至达到800 元/吨。即出现以碱补氯的情况。目前我国山东地区有烧碱产能 1000 多万吨，配套的PVC 产能 301 万吨，在氧化铝和烧碱的旺季，厂家为了消化多余的氯，也会向市场投放相当数量的 PVC，这部分产能一定程度上压制了 PVC 的价格。

上一轮以碱补氯。历史上上一轮以碱补氯发生在 2011-2012 年，彼时，受日本地震及国内能源价格上涨的影响，国内氯碱行业整体供需格局发生了较大改变。烧碱价格因货源紧俏而快速上行，华北地区32%离子膜烧碱价格在 2010 年底 400 元上涨至 600 元，而2011年 3 月的日本大地震将烧碱价格中枢继续上推，在2012 年高点达到 840 元/吨，景气周期长达 2 年之久。与之相反的也是液氯市场因供给过剩和需求不振带来的的低迷，价格从2010 年四季度的 2000 元/吨下跌至 2012 年中的 300 元/吨。

以碱补氯重现。16 年下半年氧化铝、化纤等行业表现良好，接货积极性较高，造纸及印染企业在下半年起也存在一定盈利空间。氧化铝行业是烧碱行业的主要下游消费领域，下半年起上涨明显，其中主产区山东地区氧化铝价格由年初的1650元/吨左右上涨至2017年 1 月份的 2950 元/吨，行业的开工负荷处于相对高位，对烧碱价格的上涨起到最为直接的支撑。虽然到 17 年 5 月份目前氧化铝价格回落在 2600 左右，但产量显示，截止 2017年 5 月，全国氧化铝产量 3721.75 万吨，同比增长 19.7%。产量保持高增长，对烧碱价格提供强力支撑。

16 年 9 月，烧碱率先提价，华东地区 96%片碱中间价从 2550 元/吨上调至 3500 元/吨，涨幅达到 37%。实际上以碱补氯的行情从那时就已经开始，但是四季度在运力局限的情况下，PVC 现货价格飙涨至触及 9000 元，出现了难得的碱氯两旺的局面。PVC 的价格在高点并没有持续太久就下滑至 6000 元线，而烧碱的景气行情则一直持续，在 5 月份还一度上涨至 4400 元/吨。在此价格下，每吨烧碱盈利可以高达 2000 元。以碱补氯的情况再度出现。

碱虽然强，但氯并不弱：虽然烧碱强势高位运行，但是值得说明的是，今年的 PVC 并不差。一方面是 PVC 开工率的高企，另一方面，上半年 PVC 价格中枢在 6000 元/吨左右，相比去年上半年的 5200 元/吨提高了 800 元，而价差方面，当前 PVC-电石价差比去年年中上浮了 734 元，虽然不及去年年末的高点，但是在当前位置 PVC 企业盈利还是相当明显。

电解铝行业停复产成本较高，限产影响可能超预期。电解槽一旦停产，复产需要 3~4 个月的准备时间，且需要 800~1000 元/吨产能的重启成本，若四季度取暖限产政策执行，则对电解铝的实际影响时间可能超过7个月，届时，随着烧碱的下行，PVC供给有所减少，价格将得到支撑，本轮碱氯失衡可能得到缓解。而烧碱价格下行， 对以碱定氯的企业影响较大，对于西北地区以氯定碱的企业而言，影响次之。

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