摘　要 本文主要介紹了魯奇二氧化氯生產工藝和此工藝在技術上和經濟上的優點。此外，還列舉了魯奇工藝的應用和工程實例。
　　關鍵詞 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生爆炸。基于此，純二氧化氯不可以運輸，只能采用現場制備并以稀二氧化氯水溶液形式存在。
　　魯奇為漂白化學品的生產提供基本及詳細的工程設計工作，供應成套的車間裝置，承建生產車間，監督車間的建設工作和試車過程，提供滿足造紙和紙漿等工業應用需要的單一或復合式工藝。如：
　　單一魯奇工藝：僅生產二氧化氯
　　集成魯奇工藝：組合魯奇的氯堿膜電解工藝生產二氧化氯，氯氣和氫氧化鈉。

　　魯奇工藝裝置已經在歐洲市場成功進行了30多年的商業運轉。工藝采用鹽酸而不是硫酸同氯酸鈉進行反應。

　　總反應式如下：
　　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，不產生任何副產品，現場制備二氧化氯的工藝。

　　3　產品

　　魯奇工藝的最終產品為二氧化氯–ClO₂.。
　　生產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生氯氣（Cl₂），氫氣（H₂）和氫氧化鈉（NaOH）。
　　由于工藝內部產生的所有物質都被循環使用，沒有任何的副產品，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，使得魯奇工藝構成一個閉式系統。

　　4 原料，公用和消耗數據

　　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
　　消耗數據
　　　　以下數據以1 噸100% ClO₂ 計算：

氯氣 0,75 T 電，直流電解 8700 KWh 電，交流驅動 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 市場和應用

　　本工藝可用于水處理系統，紙漿和造紙工業。在歐洲作為部分工業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）。紙漿工業一直在尋求全無氯溶液即用二氧化氯代替氯氣。現在，對二氧化氯的興趣日益濃厚。對紙漿和造紙工業來說，與采購氯酸鹽比較，低廉的生產成本及迅速的投資回報使得魯奇工藝處于優先選擇的位置。

6 商務方面

　　典型的工廠規模
　　　　魯奇建造的工廠規模從6 - 40 噸/天ClO₂.。
　　典型的投資費用（預算）
　　　　不同規模工廠的投資費用見下表。報價以德國F.O.B港口價為基礎。報價包括機械設備，電氣設備，儀表和配管，不包括建筑，安裝和現場調試。估價范圍可在±30 %浮動。

工廠規模t_ClO2/天 費用 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

7.1 優點
　　·氯氣是唯一的原料。
　　·由于工藝內部產生的所有物質都被循環使用，沒有任何的副產品，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，使得魯奇工藝構成一個閉式系統。
　　·電能消耗低，采用特殊設計的陰陽電解池。
　　·蒸汽消耗低，無需進行氯酸鹽等的蒸發和結晶。
　　·高達99%的工廠可利用性，僅需處理氣體和液體，無需洗滌或煮沸。
　　·幾分鐘內可針對實際的需求快速動作。
　　·清潔，無排放物的工藝。
　　·低廉的二氧化氯生產成本。
7.2 操作條件
　　操作條件相當的緩和：
　　·出廠的二氧化氯溶液溫度為11°C左右。
　　·中間產物NaClO₃-NaCl-鹽水溫度為75°C左右。
　　·氫氣和氯氣以中間產物的形式，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而設計，由兩排串聯到變壓器和整流器單元的電解池組成，
　　　　按下列總反應式，通過電解氯化鈉溶液產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的充分混合，氯氣不會從陽極逸出，但是同陰極同步形成的氫氧根反應生成次氯酸鹽。次氯酸鹽隨后化學轉化成氯酸鹽，無需額外的電能。
　　二氧化氯生成
　　　二氧化氯的生成主要依據下列HCl 同NaClO₃總反應式進行：

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

　　　從鹽酸儲罐來的鹽酸同NaClO₃電解循環來的氯酸鈉進入反應器。消耗掉包括氯化鈉的電解液同未反應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。含水的二氧化氯儲存在儲罐中。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
　　氯化氫按下列反應式產生：

　　Cl₂ + H₂ → 2HCl

　　合成單元設計成可以產生工藝中所要求的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化成氯化氫。合成單元包括一個吸收器以將氯化氫轉化成鹽酸。32%的鹽酸收集在抽吸罐中，隨后送到二氧化氯反應器中。
　　采用連續觀察燃燒室中的火焰對系統進行監控。在火焰失效的情況下，氯化氫合成單元自動停機，用氮氣對系統進行吹掃。

8 工程實例參考

工廠/ 客戶 規模 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目詳細清單）

二氧化氯工廠參考 客戶/ 工廠地址 開車時間 工藝 產量(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