兰州晶元化工-品种烧碱

化工-品种烧碱

一、基本简介

烧碱（Sodium hydroxide），即氢氧化钠，无机化合物，危险化学品，化学式为 NaOH，又称火碱、苛性碱，具有强碱性、强腐蚀性和强吸湿性，可作酸中和剂、配合掩蔽剂、沉淀剂、沉淀掩蔽剂、显色剂、皂化剂、去皮剂、洗涤剂等，用途非常广泛。

根据物理形态不同，烧碱可划分为液体工业用氢氧化钠（IL）和固体工业用氢氧化钠（IS）。固体烧碱（包括片状、粒状、块状等）为白色，有光泽，允许微带颜色。液体烧碱为无色透明、稠状液体。根据《***人民共和国国家标准 工业用氢氧化钠》（GB/T209-2018）规定，工业用氢氧化钠

液体烧碱简称液碱，通常为无色透明液体，根据氢氧化钠质量分数，液碱可以细分为30%液碱、32%液碱、42%液碱、45%液碱、48%液碱、49%液碱、50%液碱等，其中32%液碱和50%液碱是主流型号。

固体烧碱简称固碱，包括片碱和粒碱两种形态，国内主要以片碱为主，根据氢氧化钠质量分数，固碱可以细分为73%固碱、95%固碱、96%固碱、99%固碱、99.5%固碱等，其中99%片碱是主流型号。

作为“三酸两碱”中的一员，烧碱与纯碱都是重要的基础化工原料。烧碱上游主要是原盐和电力行业，下游包括氧化铝、造纸、纺织印染、洗涤剂、医药、水处理、石油、食品加工等行业。具体来看，烧碱主要用于生产纸浆、氧化铝、肥皂、染料、水处理、人造丝，冶炼金属、石油精制、棉织品整理、产物的提纯，以及食品加工、木材加工及机械工业、化学工业（制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐、生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生）等方面。烧碱上游较为简单，消费端较为复杂，其下游与国民生活密切相关，涵盖“衣食住行”等各个领域，近十年其需求呈现稳定增长的态势。

二、烧碱生产工艺

烧碱生产工艺包括苛化法和电解法两种，其中苛化法即纯碱苛化法，电解法又可分为隔膜法、离子交换膜法。目前离子交换膜电解法是烧碱行业主流的生产工艺。

我国烧碱行业起源于1929年上海天元电化厂的成立，起初苛化法在国内的应用较为广泛，但2000年以后，电解法逐步取代苛化法成为主要的生产方法，目前国内在产的烧碱企业都使用离子交换膜电解法。

（1）苛化法生产烧碱工艺

苛化法制烧碱以纯碱为原料，主要依靠碱矿资源，生产成本较低，经济效益高。但因我国碱矿资源有限、苛化法产量较小,，政策予以限制，2000 年前后，我国企业淘汰该生产工艺。苛化法生产工艺并不复杂，其反应式为：

CaO+H2O= Ca(OH)2、Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+ CaCO3↓

苛化法主要包括三个生产步骤：苛化、蒸发、盐析。在苛化阶段，苛化槽中需配置纯碱溶液，加入生石灰（生石灰与水比例为 1:3），不断搅拌发生苛化反应，而后过滤得到清卤液。在蒸发阶段，制作合格的清卤液依次进行中浓蒸发和高浓蒸发，去除硫酸钠、碳酸钠和氯化钠杂质，获得高浓度氢氧化钠。在盐析阶段，高浓液进一步析出晶体、过滤，送入冷析桶，达标后的产品用间歇沉淀槽进行沉淀，即可得到片碱。

轻质碳酸钙可作橡胶、塑料 、造纸、涂料、油墨等行业 的充填剂，也可用于冶金、玻璃、石棉等生产中，此外还可作工业废水之中和剂、油毛毡、防粘剂、牙粉 、牙膏、食品及化妆品的原料。利用苛化废泥制碳酸钙是一种变废为宝 的有效途径。苛化法每生产一吨烧碱 ，在理论上可生产1.25吨碳酸钙。

（2）离子交换膜电解法

根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同，电解法可以划分为隔膜法和离子交换膜法。目前离子交换膜电解法是我国烧碱生产的主流工艺。其化学反应式是：

2NaCl+2H₂O = 2NaOH+Cl₂↑+H₂↑。

电解法是通过生产钠汞齐来使分开，得到烧碱的方法。其电解槽由电解室和解汞室组成，该工艺的优点是电解槽流出溶液产物中氢氧化钠浓度较高，其质量分数可高达 50%，无需蒸发增浓；产品质量高，含盐低。但由于该工艺能耗高，且是有害物质，目前该工艺已基本被淘汰。

隔膜电解法是利用多孔渗透性的石棉隔膜作为隔层，以石墨为阳极，铁为阴极，把阳极产生的与阴极产生的氢氧化钠和氢气分开，获得烧碱的一种方法。其主要工序包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、处理、氢气处理和废气吸收。隔膜电解法对精盐水质量要求较低，仅需进行一次精制。在电解槽中加入精盐水，从阳极室流入阴极室，在阳极室得到、阴极室得到电解液和氢气。隔膜电解液中，氢氧化钠含量仅为10.8%，氯化钠含量高达16.4%，因此隔膜法蒸发电解液时采用流程复杂的四效逆流蒸发技术,能耗高, 操作难度大。由于蒸发过程中将产生约 10%的固体结晶盐, 对加热室磨损、腐蚀较严重, 加热室平均寿命仅为 3 年左右, 大大增加了隔膜烧碱成本。在处理时，需经过洗涤、冷却除雾、干燥、压缩 4 道工序，在处理氢气时，需经过氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥 4 道工序。隔膜电解法具有生产强度小、产品纯度低、环境污染大等缺点，目前已被取代。

离子交换膜电解法是应用化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜，将电解槽的阳极室和阴极室分开，从而获得烧碱、一种方式。离子交换膜具有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，所以在电解之后只有阳极电解物 Na+与 H+离子通过，而阴极电解物 CL-、OH-以及电解产生的气体-氢气与均无法通过，从而避免两种气体混合发生爆炸的危险，还可以避免产生杂质从而影响烧碱纯度。在盐水电解时，电解槽阳极加入精制盐水, 阴极加入高纯水, 经电解后在阳极室得到淡盐水和, 在阴极室得到电解液和氢气。离子膜电解法具有总投资少、对环境污染较小、能耗与生产成本低等显著优势，但是该法对于盐水的要求更高，需要进行二次精制，且离子膜价格较为昂贵，易于损坏。通过离子膜电解法得到的液碱的浓度较高，一般可以达到32%，而杂质氯化钠的含量仅为0.004%，离子膜电解法是烧碱制作的未来发展方向。

三、烧碱的仓储物流

液体烧碱具有较强的腐蚀性，不能用锌罐或者铝罐包装，一般使用普通碳素钢或镍不锈钢制作的储罐贮存，50%液碱在 12℃开始凝固，故存储温度不宜过低，应储存于干燥、通风良好的库房，一般仓储费每天为 1-1.4 元/吨。固体烧碱通常使用三层塑编袋包装，贮存在通风、干燥的库房或者货棚。由于烧碱与空气接触容易产生化学反应生成碳酸钠，故烧碱的储存容器应该完整、密封，同时也要注意防水、防潮，避免潮解，一般仓储费每天为1.2-1.7元/吨。

烧碱运输有铁运、汽运、水运和管道运输等多种运输方式。在液碱贸易中，汽运多用于省内和周边省份销售，半径一般在300公里以内，超过300公里半径会以水运代替。国内水运分为内河运输和海运：内河运输多依托京杭大运河，自山东和苏北向苏南和浙江运输；海运多是自山东向福建和广东运输。国内部分化工工业园区中有配套氯碱企业和下游企业的管道运输，比如上海氯碱化工股份有限公司与化工园区内的部分下游企业之间通过管道运输液碱。

固碱没有运输半径限制，它的运输方式更多样化，铁运、 汽运、水运都比较常见。西北地区有到华东、华南和西南地区的铁路专运线，运输半径可达2000公里；而内陆生产企业多以汽运为主，一般运输半径在300-500公里。

四、烧碱产业链简介

从产业结构来看，烧碱上游是电力和原盐，生产1吨烧碱需要 2300-2400度电，需要1.4-1.6吨原盐，其分别占到烧碱生产成本的 60%和20%。多数氯碱企业都自建电厂以降低成本，所以煤炭价格对烧碱生产成本形成一定的影响。整体而言，我国工业用电与原盐价格走势相对稳定，所以烧碱在成本端的波动幅度不大。

烧碱作为重要的基础性原料，下游应用十分广泛，主要包括氧化铝、印染、化纤、化工等领域。其中氧化铝是烧碱的大消费行业，占烧碱消费市场30%以上；印染、化纤行业消费占比为12.6%；化工行业消费占比12%左右；其余各行业较为分散，占比均不足10%。

（1）常见的下游产品

氧化铝：化学式 Al2O3。是一种高硬度的化合物，熔点为 2054℃，沸点为 2980℃，在高温下可电离的离子晶体，广泛用于生产聚合氯化铝、硫酸铝、油漆颜料、混凝土外加剂等。

瓦楞纸：由挂面纸和通过瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞纸粘合而成的板状物，一般分为单瓦楞纸板和双瓦楞纸板两类，具有成本低、质量轻、加工易、强度大、印刷适应性样优良、储存搬运方便等优点。烧碱在其中是造纸助剂的作用。

甲酸：甲酸是基本有机化工原料之一，被广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。目前，世界甲酸产能合计131.7万吨，主要分布在中国、德国、芬兰、俄罗斯、美国。

甲酸钠：工业上由一氧化碳与氢氧化钠在150-170℃、约 2MPa 下反应而得。实际上,甲酸钠的生产过程是草酸生产的一部分,用于吸收反应的氢氧化钠溶液的浓度为 25%-30%。

氧氯化锆：氢氧化锆盐酸法采用锆英石与烧碱熔融,漂洗、除硅之后与硫酸作用,在加入氨水,得到氢氧化锆沉淀,用盐酸溶解沉淀物,得到氯氧化锆,经蒸发浓缩、冷却结晶、晶体粉碎,制得二氯氧化锆成品。

（2）应用领域及其原理

化学工业：氢氧化钠的特性决定了这一产品在大量的化学反应中是不可缺少的重要物质。氢氧化钠是生产聚碳酸酯，超级吸收质聚合物，沸石，环氧树脂，磷酸钠，亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。

纸浆和造纸：氢氧化钠在造纸工业中发挥着重要的作用。由于其碱性特质，它被用于煮和漂白纸页的过程。

食品工业：氢氧化钠可以被广泛使用于下列生产过程：容器的清洗过程；淀粉的加工过程；羧甲基纤维素的制备过程；谷氨酸钠的制造过程。

水处理：氢氧化钠被广泛应用于水处理。在污水处理厂，氢氧化钠可以通过中和反应减小水的硬度。在工业领域，是离子交换树脂再生的再生剂。氢氧化钠具有强碱性，且在水中具有相对高的可溶性。由于烧碱为液态，所以容易衡量用量，被方便的使用在水处理的各个领域。氢氧化钠目前被使用在水处理方面的如下课题：消除水的硬度；调节水的 pH 值；对废水进行中和；离子交换树脂的再生；通过沉淀消除水中重金属离子。

人造纤维和纺织：在纺织工业中，氢氧化钠被用于纤维的终处理和染色。主要用途 ：丝光处理法人造纤维 。

冶金：氢氧化钠被用于处理铝土矿，在铝土矿中含有氧化铝，铝金属即存在于氧化铝中。由于工艺技术的提高，氧化铝（矾土）是世界上使用第二多的金属。氢氧化钠还被用于生产锌合金和锌锭。

肥皂和洗涤：氢氧化钠一直被用于传统的生活用途，直到今天，肥皂、香皂和其它种类的洗涤用品对烧碱的需求量依然占烧碱的15％左右。主要用途：肥皂：制造肥皂是烧碱古老和广泛的用途，在制造肥皂的过程中，烧碱被用来中和脂肪酸。洗涤剂：氢氧化钠被用于生产各种洗涤剂，甚至现在的洗衣粉也是由大量的烧碱制造出来的，烧碱被用于硫化反应后对过剩的发烟硫酸进行中和。