摘　要 本文主要介紹了魯奇二氧化氯生產(chǎn)工藝和此工藝在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。此外，還列舉了魯奇工藝的應(yīng)用和工程實(shí)例。
　　關(guān)鍵詞 魯奇工藝　二氧化氯

Process of Chlorine Dioxide - ClO₂

　　Abstract this paper mainly introduced the Lurgi’s process to chlorine dioxide, the technical and economic advantage of Lurgi’s process. Furthermore, the applications and the reference of Lurgi’s process were particularized.
　　Keyword Lurgi’s process chlorine dioxide

　　1 簡(jiǎn)介

　　二氧化氯（ClO₂）是一種漂白劑。在加熱或暴露在光照下，任何低濃度下可能發(fā)生爆炸。基于此，純二氧化氯不可以運(yùn)輸，只能采用現(xiàn)場(chǎng)制備并以稀二氧化氯水溶液形式存在。
　　魯奇為漂白化學(xué)品的生產(chǎn)提供基本及詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)工作，供應(yīng)成套的車間裝置，承建生產(chǎn)車間，監(jiān)督車間的建設(shè)工作和試車過程，提供滿足造紙和紙漿等工業(yè)應(yīng)用需要的單一或復(fù)合式工藝。如：
　　單一魯奇工藝：僅生產(chǎn)二氧化氯
　　集成魯奇工藝：組合魯奇的氯堿膜電解工藝生產(chǎn)二氧化氯，氯氣和氫氧化鈉。

　　魯奇工藝裝置已經(jīng)在歐洲市場(chǎng)成功進(jìn)行了30多年的商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。工藝采用鹽酸而不是硫酸同氯酸鈉進(jìn)行反應(yīng)。

　　總反應(yīng)式如下：
　　1/2 Cl₂ + 2H₂O → ClO₂ + 2H₂

　　2 工藝訣竅

　　·魯奇工藝是指采用氯氣作為原料，不產(chǎn)生任何副產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)制備二氧化氯的工藝。

　　3　產(chǎn)品

　　魯奇工藝的最終產(chǎn)品為二氧化氯–ClO₂.。
　　生產(chǎn)的二氧化氯以水溶液的形式存在： 　　8 - 10 g/l ClO₂ 　　Approx.1,5 g/l Cl₂

　　除了ClO₂ 以外，組合的魯奇電解膜工藝還產(chǎn)生氯氣（Cl₂），氫氣（H₂）和氫氧化鈉（NaOH）。
　　由于工藝內(nèi)部產(chǎn)生的所有物質(zhì)都被循環(huán)使用，沒有任何的副產(chǎn)品，如氯酸鈉/氯化鈉濃鹽水可重新用于電解，氯氣可用于氯化氫合成。通過這種方式，使得魯奇工藝構(gòu)成一個(gè)閉式系統(tǒng)。

　　4 原料，公用和消耗數(shù)據(jù)

　　原料
　　　　在單一魯奇工藝中，只有氯氣一種原料，在集成魯奇工藝中，只有氯氣和鹽兩種原料。
　　公用
　　　　·電能
　　　　·冷卻水
　　　　·冷凍水
　　　　·蒸汽
　　消耗數(shù)據(jù)
　　　　以下數(shù)據(jù)以1 噸100% ClO₂ 計(jì)算：

氯氣 0,75 T 電，直流電解 8700 KWh 電，交流驅(qū)動(dòng) 200 KWh 冷凍水(10 °C) 125 m³ 冷卻水(delta T = 18 °C) 270 m³ 蒸汽(4,5 bar) 3,5 t.

5 市場(chǎng)和應(yīng)用

　　本工藝可用于水處理系統(tǒng)，紙漿和造紙工業(yè)。在歐洲作為部分工業(yè)中氯氣漂白的全替代品（氯氣，次氯酸鹽和二氧化氯有相同的作用，TCF-全無氯）。紙漿工業(yè)一直在尋求全無氯溶液即用二氧化氯代替氯氣。現(xiàn)在，對(duì)二氧化氯的興趣日益濃厚。對(duì)紙漿和造紙工業(yè)來說，與采購氯酸鹽比較，低廉的生產(chǎn)成本及迅速的投資回報(bào)使得魯奇工藝處于優(yōu)先選擇的位置。

6 商務(wù)方面

　　典型的工廠規(guī)模
　　　　魯奇建造的工廠規(guī)模從6 - 40 噸/天ClO₂.。
　　典型的投資費(fèi)用（預(yù)算）
　　　　不同規(guī)模工廠的投資費(fèi)用見下表。報(bào)價(jià)以德國F.O.B港口價(jià)為基礎(chǔ)。報(bào)價(jià)包括機(jī)械設(shè)備，電氣設(shè)備，儀表和配管，不包括建筑，安裝和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。估價(jià)范圍可在±30 %浮動(dòng)。

工廠規(guī)模t_ClO2/天 費(fèi)用 備注 4 6.0 （百萬德國馬克） 8 8.5 （百萬德國馬克） 12 10.5 （百萬德國馬克） 16 13.0 （百萬德國馬克） 20 14.5 （百萬德國馬克） 24 16.0 （百萬德國馬克）

7 魯奇技術(shù)

7.1 優(yōu)點(diǎn)
　　·氯氣是唯一的原料。
　　·由于工藝內(nèi)部產(chǎn)生的所有物質(zhì)都被循環(huán)使用，沒有任何的副產(chǎn)品，如氯酸鈉/氯化鈉濃鹽水可重新用于電解，氯氣可用于氯化氫合成。通過這種方式，使得魯奇工藝構(gòu)成一個(gè)閉式系統(tǒng)。
　　·電能消耗低，采用特殊設(shè)計(jì)的陰陽電解池。
　　·蒸汽消耗低，無需進(jìn)行氯酸鹽等的蒸發(fā)和結(jié)晶。
　　·高達(dá)99%的工廠可利用性，僅需處理氣體和液體，無需洗滌或煮沸。
　　·幾分鐘內(nèi)可針對(duì)實(shí)際的需求快速動(dòng)作。
　　·清潔，無排放物的工藝。
　　·低廉的二氧化氯生產(chǎn)成本。
7.2 操作條件
　　操作條件相當(dāng)?shù)木徍停?br> 　　·出廠的二氧化氯溶液溫度為11°C左右。
　　·中間產(chǎn)物NaClO₃-NaCl-鹽水溫度為75°C左右。
　　·氫氣和氯氣以中間產(chǎn)物的形式，1.01 - 1,1 bar壓力下輸送到合成單元中。
　　·用于二氧化氯發(fā)生器的鹽酸濃度大約為32wt-%，溫度為T = 35 °C，壓力大約為4 bar。
7.3 工藝
　　氯酸鈉電解
　　　　氯酸鈉電解裝置為滿足二氧化氯生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，由兩排串聯(lián)到變壓器和整流器單元的電解池組成，
　　　　按下列總反應(yīng)式，通過電解氯化鈉溶液產(chǎn)生富集的氯酸鈉溶液：

　　　　NaCl + 3H₂O → NaCl₃ + 3H₂

　　　　基本上，氫氣在陰極被分離，氯氣在陽極被分離。然而，由于電解池中電解質(zhì)的充分混合，氯氣不會(huì)從陽極逸出，但是同陰極同步形成的氫氧根反應(yīng)生成次氯酸鹽。次氯酸鹽隨后化學(xué)轉(zhuǎn)化成氯酸鹽，無需額外的電能。
　　二氧化氯生成
　　　二氧化氯的生成主要依據(jù)下列HCl 同NaClO₃總反應(yīng)式進(jìn)行：

　　NaClO₃ + 2HCl → ClO₂ + 1/2Cl₂ + NaCl + H₂O

　　　從鹽酸儲(chǔ)罐來的鹽酸同NaClO₃電解循環(huán)來的氯酸鈉進(jìn)入反應(yīng)器。消耗掉包括氯化鈉的電解液同未反應(yīng)的氯酸鈉送回氯酸鈉電解單元。
　　　在吸收塔中用冷凍水洗滌二氧化氯、氯氣和空氣混合氣而分離出二氧化氯。含水的二氧化氯儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中。溶液包括大約8～10 g/l 的ClO₂和約1,5 g/l的Cl₂.。
　　氯化氫的合成
　　氯化氫按下列反應(yīng)式產(chǎn)生：

　　Cl₂ + H₂ → 2HCl

　　合成單元設(shè)計(jì)成可以產(chǎn)生工藝中所要求的32%鹽酸。合成單元在氫氣少量過量的情況下操作以保證所有的氯氣轉(zhuǎn)化成氯化氫。合成單元包括一個(gè)吸收器以將氯化氫轉(zhuǎn)化成鹽酸。32%的鹽酸收集在抽吸罐中，隨后送到二氧化氯反應(yīng)器中。
　　采用連續(xù)觀察燃燒室中的火焰對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在火焰失效的情況下，氯化氫合成單元自動(dòng)停機(jī)，用氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃。

8 工程實(shí)例參考

工廠/ 客戶 規(guī)模 備注 POTLACH, Lewiston/Idaho 2 times 20 t/d ClO₂ 1992 P.T. Inti Indorayon Utama,Indonesia 15 ClO₂ 1993, Integrated Lurgi Process DOKEM, Oernskoeldsvik, Sweden 7,5 t/d ClO₂ 1992, CellChem / Lurgi DOMTAR Inc., Quévillon, Québec 22 t/d ClO₂ 1995

　　表2 魯奇完成的二氧化氯工廠實(shí)例 （限于篇幅，未列出完成的所有工廠的名單，如需要，可提供自1971年以來魯奇所完成的項(xiàng)目詳細(xì)清單）

二氧化氯工廠參考 客戶/ 工廠地址 開車時(shí)間 工藝 產(chǎn)量(噸/天) 備注 Sepap Steti, Czech Republic 1971 4 Riocell Guaiba, Brazil 1982 Munich 12 Maschinenfabrik Andritz/ for PASKOV, Czech Republic 1982 Munich 8 Crown Zellerbach CAMAS, WA, USA 1989 Munich 6 P.T. Inti Indorayon Utama, Medan, Indonesia 1989 Lurgi 15 Integrated Lurgi Process Kymmene Corporation Kuusankoski, Finland 1991 Lurgi 35 Cellchem / Lurgi Willamette Industries Marlboro, SC, USA 1991 Lurgi 15 BAHIA SUL, Brazil 1991 Lurgi 18 CELPAV, Brazil 1992 Lurgi 9 Potlatch Corporation Lewiston, Idaho, USA 1992 Lurgi 40 2 trains DOKEM, Oernskoeldsvik 1992 Lurgi 7.5 Cellchem / Lurgi Domtar Inc. Quevillon, Quebec, Canada 1992 Lurgi 22 P.T. Inti Indorayon Utama, Medan, Indonesia 1993 Lurgi 15 Integrated Lurgi Process Straw Products, India 1995 Lurgi 2 Cellchem / Lurgi