Tendencje w zakresie produkcji chloru

2006-06-13

W przemyśle chloro-alkalicznym istnieje obecnie tendencja do ograniczania produkcji chloru i sody kaustycznej metodą rtęciową lub przeponową na korzyść mniej uciążliwej dla środowiska metody membranowej.

Technologia produkcji

Współczesna technologia produkcji chloru oparta jest na elektrolizie wodnego roztworu chlorku sodu. W zależności od sposobu rozdzielenia przestrzeni katodowej od anodowej w elektrolizerze, rozróżnia się trzy elektrochemiczne sposoby otrzymywania gazowego chloru:

- metoda rtęciowa, w której ciekła rtęć jest materiałem katody;
- metoda przeponowa z udziałem porowatej przegrody, wykonanej z włókien mineralnych;
- metoda membranowa, wykorzystująca jonoselektywną membranę.

We wszystkich wymienionych metodach, najczęściej stosowanym materiałem anodowym jest metaliczny tytan, pokryty warstwą tlenków. Podstawowymi produktami elektrolizy jest chlor i soda kaustyczna. Przeciętnie na każdą tonę Cl2 otrzymuje się 1,1 t 50% roztworu wodorotlenku sodu. Głównym składnikiem zgromadzonego w przestrzeni anodowej gazu jest wilgotny chlor, zanieczyszczony tlenem i niewielką ilością migrującego wodoru. Wydzielony na anodzie gaz jest najpierw oziębiany do ok. 16oC i przesyłany do wież zraszanych kwasem siarkowym. Suchy chlor jest następnie sprężany i skraplany w stosunkowo niskiej temperaturze.

Względy ekologiczne (związane z emisją rtęci) wypierają z użycia energochłonna metodę rtęciową na korzyść technologii membranowej, zużywającej średnio o 25% mniej energii. Ok. 35% światowego potencjału produkcyjnego Cl2 bazuje jeszcze na metodzie rtęciowej. Europejscy producenci dobrowolnie opowiedzieli się za stopniowym zamykaniem rtęciowych instalacji, prowadząc w 2020 r. do całkowitego ich wycofania. Jednocześnie trwają starania do obniżenia emisji Hg do średniego poziomu poniżej 1g na każdą tonę wyprodukowanego chloru.

Przykładowo, Ineos Chlor, największy brytyjski producent przeznaczył ponad 560 mln euro na modernizację 67% swoich mocy wytwórczych w zakładach Runcorn, wykorzystujących dotychczas rtęciowe elektrolizery. Zostały one zastąpione elektrolizerami membranowymi, które pracują z wykorzystaniem własnej technologii Bichlor.

Spośród innych, stosowanych obecnie metod produkcji chloru, należy wymienić elektrolizę stopionych chlorków metali alkalicznych (głównie NaCl i KCl) i metali ziem alkalicznych oraz coraz częściej wykorzystywany proces elektrolizy kwasu solnego. Metody te nie mają większego znaczenia w ogólnoświatowej produkcji chloru. Ich względny udział nie przekracza 5%.

Zastosowanie

Chlor jest niezbędnym surowcem do produkcji zarówno nieorganicznych, jak i organicznych związków, stanowiących często punkt wyjścia przy otrzymywaniu szerokiej gamy produktów. Niektóre z nich nie zawierają w swym składzie chloru, który jest jednym z reagentów, służącym do syntezy niezbędnych związków pośrednich. Należy do nich:

- chlorek winylu, będący wyjściowym surowcem do syntezy polichlorku winylu. Poszczególne gatunki PCW znajdują różnorodne wykorzystanie, m. in. do produkcji rur, profili okiennych, wykładzin podłogowych, tekstyliów, sterylnych przewodów rurkowych i opakowań do przechowywania krwi;

- poliuretany, które w postaci sztywnych lub elastycznych pianek, włókien, folii i kolorowych powłok ochronnych, należą do najczęściej stosowanych materiałów inżynieryjnych. Poliuretanowe pianki stanowią najchętniej używany w Europie materiał do izolacji chłodni. Poliuretany są również szeroko wykorzystywanym materiałem do produkcji materacy i mebli oraz są obecne w podeszwach obuwia i sprzętu sportowego (np. deski surfingowe, rakiety tenisowe, narty);

- poliwęglany, charakteryzujące się bardzo dobrymi własnościami użytkowymi (m. in. wytrzymałość termiczna, doskonała przezroczystość i odporność na obciążenia dynamiczne). Właściwości te stanowią podstawę do otrzymywania szerokiego wachlarza produktów, do których należy zaliczyć przezroczyste elementy przeszkleń budynków, cyfrowe nośniki przekazu informacji (np. płyty CD-ROM, DVD), szkła optyczne, reflektory samochodowe oraz wielokrotnego użytku pojemniki na żywność i napoje;

- silikony, stosowane niemalże we wszystkich sektorach przemysłowych ze względu na swoją stabilność termiczną, smarowność i bierność chemiczną. Szczególnie wymagający sektor medyczny wykorzystuje silikony w wysokojakościowych materiałach, niezbędnych do wyrobu implantów, cewników, sączków i drenów. Silikonowe kauczuki są też stosowane do wyrobu sztucznych zastawek serca. Niektóre silikony wykazują właściwości terapeutyczne i są składnikami maści do ochrony skóry;

- żywice PVDC (polichlorek winylidenu), stosowane przede wszystkim w opakowaniach spożywczych;

- epichlorohydryna, znajdująca m. in. wykorzystanie do produkcji żywic epoksydowych i pestycydów;

- chloropochodne metanu, stosowane do wyrobu różnych gatunków teflonu i środków kosmetycznych;

- rozpuszczalniki organiczne (głównie trichloroeten i tetrachloroeten), wykorzystywane w pralniach chemicznych, jak i do produkcji klejów oraz do odtłuszczania metalowych elementów, jakie są zamontowane w silnikach samolotowych i w układzie hamulcowym samochodów;

- detergenty;

- farby okrętowe;

- środki ochrony roślin (herbicydy, pestycydy);

- środki smarne;

- farmaceutyki, z których blisko 85% zawiera w swym składzie chlor albo są syntetyzowane z jego udziałem. Należą do nich środki terapeutyczne, stosowane m.in. przy leczeniu depresji, nadciśnienia, infekcji, alergii, artretyzmu i AIDS;

- nieorganiczne pig menty (głównie przy otrzymywaniu bieli tytanowej);

- krzemowe półprzewodniki;

- środki dezynfekcyjne, zdolne do hamowania rozwoju najczęściej spotykanych mikroorganizmów, takich jak Salmonella, szczepy Staphylococcus i drobnoustrojów odpowiedzialnych za grzybicę międzypalcową.

Chlorowanie wody zapobiega powstawaniu i rozprzestrzenianiu się wielu chorób (głównie cholera, tyfus, dyzenteria i zapalenie żołądkowo-jelitowe). Dodatek do wody niewielkich ilości Cl2 poprawia jej smak i kontroluje rozwój alg i obrastanie wodociągów. Chlor, wypierany obecnie przez inne środki wybielające, jest także stosowany w przemyśle celulozowo-papierniczym przy otrzymywaniu wysokogatunkowego papieru.

Rynek

Zgodnie z obliczeniami analityków Harriman Chemsult, produkcja chloru w Europie osiągnęła w 2004 r. poziom ok. 12 mln ton przy 3,5% wzroście w porównaniu z poprzednim rokiem. Najnowsze dane za ub.r., zgromadzone przez Euro Chlor wskazują, że kraje unijne oraz Norwegia i Szwajcaria wytworzyły łącznie blisko 10,4 mln t Cl2, co w porównaniu do 2004 r. stanowi niewielki spadek (zaledwie 0,1%). O wiele większy spadek produkcji (8%) odnotowano w ub.r. w USA, spowodowany głównie zniszczeniami, powstałymi w wyniku przejścia fali huraganów przez Zatokę Meksykańską.

Instalacje rtęciowe stanowiły w 2004 r. 46% całkowitego potencjału wytwórczego Europy Zachodniej, produkując 4,7 mln t Cl2. Przebiegająca w I połowie ub.r. restrukturyzacja we francuskiej firmie Arkema doprowadziła do wyłączenia rtęciowej instalacji w St. Auban (Francja) przy jednoczesnym podniesieniu produkcji w wytwórniach zlokalizowanych w innych częściach kraju (Fos i Lavèra). Zarówno w Europie Wschodniej, jak i na kontynencie północnoamerykańskim wytworzono tą metodą po 1,5 mln t chloru, podczas gdy w Azji, Ameryce Łacińskiej i na Bliskim Wschodzie, produkcja Cl2 w elektrolizerach rtęciowych była na stosunkowo niskim poziomie.

W czołówce europejskich producentów jest Dow Chemical, Bayer i Solvay, których moce wytwórcze na terenie Unii Europejskiej przekraczają 1000 mln t/r. Największym polskim wytwórcą są Zakłady Azotowe Anwil we Włocławku, produkujące Cl2 w nowoczesnych elektrolizerach membranowych. Ponadto, chlor jest wytwarzany w następujących zakładach chemicznych: Zachem w Bydgoszczy, Rokita w Brzegu Dolnym, Dwory w Oświęcimiu i w Zakładach Azotowych w Tarnowie-Mościcach. Łączna wielkość produkcji chloru w Polsce osiągnęła w 2004 r. poziom niewiele poniżej 410 tys. ton.

Wykorzystanie mocy produkcyjnych w 2004 r. kształtowało się w Europie Zachodniej na poziomie ok. 80%, podczas gdy Europa Wschodnia wykorzystywała poniżej 60% swego potencjału wytwórczego. Produkcja chloru jest zazwyczaj zlokalizowana w pobliżu bezpośrednich odbiorców. Wynika to z trudności magazynowania i ekonomicznego transportu tego surowca. W przypadku braku innych możliwości, jest on transportowany rurociągiem lub z wykorzystaniem przewozu kolejowego lub drogowego.

Ceny

Europejskie ceny chloru są trudne do określenia, co jest wynikiem wyjątkowego charakteru rynku tego surowca. Przy długoterminowych kontraktach (półroczne lub roczne), zawieranych pomiędzy przemysłowymi partnerami, praktycznie nie istnieją notowania wolnorynkowe. Stosuje się jednak kilka procedur, ustalających wartość rynkową chloru. Jedną z nich jest metoda bazująca na kosztach produkcji jednostki elektrochemicznej (ECU), od której odejmowany jest koszt wytworzenia 1,1 t sody kaustycznej. W innej z kolei metodzie brana jest pod uwagę cena dostarczanego do odbiorcy PCW, pomniejszona o wszystkie koszty jego produkcji i wysyłki, za wyjątkiem chloru.

Tak odmienna metodologia obliczania wartości rynkowej chloru prowadzi nie tylko do różnych wartości bezwzględnych, lecz również może pokazywać całkiem odmienne trendy. Przykładowo, w I połowie ub.r., wartość oparta na ECU miała trend wzrostowy, podczas gdy wartość rynkowa chloru zawartego w PCW wykazywała przeciwstawną tendencję. Zgodnie w szacunkami Tecnon Orbichem, średnia cena chloru w Europie w kontraktach długoterminowych utrzymywała się na początku br. na poziomie ok. 145 euro/t.

Prognozy

Przewidywania analityków z firmy Harriman Chemsult wskazują na wzrost rynku chloru w Europie Zachodniej średnio o 1,3% w stosunku rocznym. Jest to ponad dwukrotnie mniejszy wskaźnik w porównaniu z tempem wzrostu, jaki jest oczekiwany w Europie Wschodniej. Wykorzystanie mocy wytwórczych w Unii Europejskiej będzie wykazywało trend wzrostowy, osiągający w 2008 r. poziom ok. 84%. Prognozowane jest natomiast wykorzystanie potencjału produkcyjnego nawet w 99% na kontynencie północnoamerykańskim.

Technologia membranowa będzie zdobywała w Europie coraz większy udział. Dwie czeskie firmy – Spolana i Spolchemie, rozważają wybudowanie wspólnej, nowoczesnej instalacji, zastępującej stosowane dotychczas elektrolizery rtęciowe. W II połowie br. jest przewidziane oddanie do eksploatacji drugiego obiektu w Rafnes (Norwegia) firmy Norsk Hydro, o mocy wytwórczej 130 tys. t chloru rocznie, uzyskiwanego w procesie membranowym. Niemiecka firma Vinnolit powiększa swój potencjał wytwórczy o 60 tys. t/r, a Shin-Etsu Chemical planuje w 2007 r. zakończyć budowę nowych zakładów w Iberville Parish (USA), przystosowanych do produkcji 454 tys. t Cl2 rocznie.

Inwestycje w rejonie Azji i Pacyfiku obejmują m. in. zakończenie budowy nowego kompleksu DCM Shriram w Indiach i rozpoczęcie rozbudowy instalacji do 240 tys. t/r firmy Vinythai w Tajlandii. Na koniec 2008 r. przewidziane jest natomiast oddanie do użytku nowego obiektu firmy Straits Chemicals w pobliżu Port Elizabeth (Południowa Afryka), wykorzystującego chlorek sodu, pozyskany w instalacji odsalającej wodę morską.

Źródło: Elżbieta Baran - Chlor - Rynek Chemiczny 6/2006