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拜耳法工艺-回复拜耳法工艺(Bayer Process)是一种用于铝土矿矾解析出铝的工艺，被广泛应用于全球铝生产工业。
它是由奥地利化学家卡尔·拜耳在19世纪末发明的，被认为是目前最主要的铝的生产方法之一。
下面我们将逐步介绍拜耳法工艺的步骤和原理。
首先，让我们了解一下铝土矿。
铝土矿是一种含有铝氧化物(铝石)的矿石，主要存在于热带和亚热带地区。
铝土矿中最常见的类型是赤铝土，含有纯度较高的铝氧化物。
赤铝土矿经过矿石的开采、选矿和粉碎后，就可以进行拜耳法工艺。
拜耳法工艺的第一步是将矿石粉碎成细粉，并与石灰石一起混合。
这个混合物被称为矾石泥浆，并被送入高压消化器。
在高压消化器中，矾石泥浆与热的碱液(通常是氢氧化钠)反应。
这个反应的温度可以达到200摄氏度以上，压力也非常高。
这种高温高压的环境有助于将铝氧化物从矿石中溶解出来。
在这个反应过程中，铝氧化物经过水合反应，形成氢氧化铝。
接下来，矾石泥浆和氢氧化铝的混合物被输送到沉降池中。
在沉降池中，物质的比重差异会使固体和液体分离。
固体部分主要是未反应的矿石残渣和氢氧化铝，而液体部分是含有已溶解铝的溶液。
分离后，液体部分被抽出并转移到蒸发器中。
在蒸发器中，液体通过蒸发水分，使溶液浓缩。
这个过程中，水蒸汽会被采集和冷凝，以重复使用。
浓缩后的溶液被称为铝氧化物浸出液。
浸出液被输送到溶解池，通过碳酸化反应氢氧化铝转变回氢氧化铝石，同时反应中放出二氧化碳。
然后，将氢氧化铝石进行分离和干燥，得到氧化铝。
最后，氧化铝经过精炼和提纯，得到最终的铝金属。
这个过程通常称为电解铝法，需要使用大量的电能。
拜耳法工艺的核心原理是利用高温高压的条件，以及化学反应的特性，将铝氧化物从铝土矿中分离出来。
通过一系列的物理和化学过程，将铝从矿石中提取出来，并转化成氢氧化铝和氧化铝的形式，最终得到纯净的铝金属。
总结一下，拜耳法工艺是一种非常重要的铝的生产工艺。
它通过将铝氧化物从铝土矿中提取出来，并经过一系列的物理和化学过程，最终得到纯净的铝金属。
Chemical Propellants & Polymeric Materials２０１１年第９卷第３期· １０ ·拜耳材料科技公司采用氧去极化阴极法从异氰酸酯生产过程中回收氯的工艺介绍于剑昆，吕国会（黎明化工研究院，河南洛阳 ４７１０００）摘 要： 介绍了由拜耳材料科技公司和意大利Ｄｅ Ｎｏｒａ北美公司共同开发的氧去极化阴极（ＯＤＣ）工艺以及包含该工艺的异氰酸酯一体化生产工艺。
详细介绍了ＯＤＣ工艺中所用的电解槽及其主要组成部分和操作参数，重点介绍了用于电解工业盐酸的ＯＤＣ用的催化剂。
通过向阴极区供应纯氧，盐酸在转化为氯气的同时，Ｈ＋在阴极表面与Ｏ２反应生成水，可有效降低电解电压，进而减少能耗约３０％。
关键词：异氰酸酯；盐酸；电解；氧去极化阴极；氯气；工艺中图分类号：ＴＱ１２４．４１８； ＴＱ１１１．３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２０１１）０３－００１０－０９收稿日期：２０１１－０１－１２作者简介：于剑昆（１９７０－），男，高级工程师，现从事化工信息采集和网站编辑工作。
电子信箱：ｙｕｊｉａｎｋｕｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ异氰酸酯是一种重要的有机中间体，在聚氨酯（ＰＵ）工业、涂料、染料等高分子材料中有广泛的应用［１］。
异氰酸酯又可分为芳香族异氰酸酯如ＭＤＩ（二苯基甲烷二异氰酸酯）、ＴＤＩ（甲苯二异氰酸酯）、ＰＤＩ（苯基二异氰酸酯）等和脂肪族异氰酸酯如ＩＰＤＩ（异佛尔酮二异氰酸酯）、ＨＤＩ（六亚甲基二异氰酸酯）等，其中芳香族异氰酸酯主要用作生产ＰＵ制品的原料，用量最大的是ＭＤＩ和ＴＤＩ，随着全球范围内对ＰＵ需求的飞速发展，其产量也得到了快速的提升。
ＭＤＩ主要用于生产ＰＵ泡沫和弹性体，其他用途包括黏合剂、胶黏剂和密封剂等［２］；ＴＤＩ主要用于生产ＰＵ软泡，少量用于硬泡、黏合剂、涂料、弹性体和密封剂等［３］。
ＳＲＩ咨询公司预测，未来５年内，全球ＭＤＩ需求年增长率为５．４％，亚洲的年增长率高达７％，中国需求的年增长率约为１０％［４］；未来１０年内全球ＴＤＩ需求年增长率为４％，中国近几年的年增长率均在７％￣１０％［５］。
拜耳与蓝星签署氧气去极化阴极合作协议2009-10-23 09:22作者：慧聪涂料网【慧聪涂料网】2009年10月22日，拜耳材料科技和中国蓝星（集团）于今天在北京举行的签约仪式上签署了合作协议，拜耳将向中国蓝星提供其创新的氧气去极化阴极（简称ODC），以集成到蓝星的氯化钠溶液电解槽中，用于氯碱工业中的氯气生产。
氯气生产是高能耗的过程。
随着中国成为世界最大和发展最迅速的氯气生产国，拜耳材料科技和中国蓝星集团之间的合作将对氯碱生产带来巨大益处，其中包括可直接降低30%用电量和可间接降低等量二氧化碳的排放。
目前中国从氯化钠电解氯气的年产量约2100万吨，以此计算，利用ODC工艺可将二氧化碳排放量每年降低多达1500万吨。
因此，双方的合作也将为应对气候变化作出贡献。
拜耳材料科技一贯致力于利用科学与创新开发具有环境可持续性、能为应对全球气候变化作出卓越贡献的产品和解决方案。
“我们特殊的ODC能使离子膜电解装置在更低电压环境下工作。
这是一项重大技术突破，有效降低了氯气生产过程中的能耗，从而也间接地减少了二氧化碳排放。
我们的愿景是利用这样的技术创新帮助应对全球气候变化，”拜耳材料科技管理执行委员会成员范翱赛博士表示。
“通过与中国蓝星集团的合作，我们能够共同在中国实现这一愿景，帮助化工行业实现可持续的发展。
”蓝星是中国最成功的化工企业之一，蓝星从创立之初，一直在探索并通过创新来为节约能源，改善水资源而努力。
蓝星所属的蓝星（北京）化工机械有限公司是全球主要的电解槽生产商之一，在中国市场占有47%的市场份额，在全球位居前三位。
“我们致力于为中国化工行业提供最先进的电解系统，”蓝星（北京）化工机械有限公司总经理王建军说。
“在过去的几十年中，通过技术创新，我们已经将电解槽的能源消耗降低了30%，这次与拜耳科技合作，将ODC用于我们的离子膜电解装置，将进一步推动能源节约，为氯气生产提供非常高效且环保的解决方案。
这样，我们将为创造更为高效、环保且可持续的中国化工行业作出贡献。
Chemical Propellants & Polymeric Materials２０１１年第９卷第３期· １０ ·拜耳材料科技公司采用氧去极化阴极法从异氰酸酯生产过程中回收氯的工艺介绍于剑昆，吕国会（黎明化工研究院，河南洛阳 ４７１０００）摘 要： 介绍了由拜耳材料科技公司和意大利Ｄｅ Ｎｏｒａ北美公司共同开发的氧去极化阴极（ＯＤＣ）工艺以及包含该工艺的异氰酸酯一体化生产工艺。
详细介绍了ＯＤＣ工艺中所用的电解槽及其主要组成部分和操作参数，重点介绍了用于电解工业盐酸的ＯＤＣ用的催化剂。
通过向阴极区供应纯氧，盐酸在转化为氯气的同时，Ｈ＋在阴极表面与Ｏ２反应生成水，可有效降低电解电压，进而减少能耗约３０％。
关键词：异氰酸酯；盐酸；电解；氧去极化阴极；氯气；工艺中图分类号：ＴＱ１２４．４１８； ＴＱ１１１．３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２０１１）０３－００１０－０９收稿日期：２０１１－０１－１２作者简介：于剑昆（１９７０－），男，高级工程师，现从事化工信息采集和网站编辑工作。
电子信箱：ｙｕｊｉａｎｋｕｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ异氰酸酯是一种重要的有机中间体，在聚氨酯（ＰＵ）工业、涂料、染料等高分子材料中有广泛的应用［１］。
异氰酸酯又可分为芳香族异氰酸酯如ＭＤＩ（二苯基甲烷二异氰酸酯）、ＴＤＩ（甲苯二异氰酸酯）、ＰＤＩ（苯基二异氰酸酯）等和脂肪族异氰酸酯如ＩＰＤＩ（异佛尔酮二异氰酸酯）、ＨＤＩ（六亚甲基二异氰酸酯）等，其中芳香族异氰酸酯主要用作生产ＰＵ制品的原料，用量最大的是ＭＤＩ和ＴＤＩ，随着全球范围内对ＰＵ需求的飞速发展，其产量也得到了快速的提升。
ＭＤＩ主要用于生产ＰＵ泡沫和弹性体，其他用途包括黏合剂、胶黏剂和密封剂等［２］；ＴＤＩ主要用于生产ＰＵ软泡，少量用于硬泡、黏合剂、涂料、弹性体和密封剂等［３］。
ＳＲＩ咨询公司预测，未来５年内，全球ＭＤＩ需求年增长率为５．４％，亚洲的年增长率高达７％，中国需求的年增长率约为１０％［４］；未来１０年内全球ＴＤＩ需求年增长率为４％，中国近几年的年增长率均在７％￣１０％［５］。
异氰酸酯的生产现有光气法和非光气法２种，但到目前为止，所有工业规模的生产均采用光气法进行。
光气化反应分为２个阶段：第一阶段为放热反应，胺与光气反应生成酰氯和ＨＣｌ，后者还可能与胺反应生成胺盐；第二阶段为吸热反应，生成的酰氯分解生成异氰酸酯和ＨＣｌ，胺盐也进一步与光气反应生成异氰酸酯和ＨＣｌ。
各步反应式如下［６］： Ｒ—ＮＨ２＋ＣＣｌ２Ｏ→Ｒ—ＮＨＣＯＣｌ＋ＨＣｌ－Ｑ （１） Ｒ—ＮＨ２＋ＨＣｌ→Ｒ—ＮＨ２・ＨＣｌ－Ｑ （２） Ｒ—ＮＨＣＯＣｌ→Ｒ—ＮＣＯ＋ＨＣｌ＋Ｑ （３） Ｒ—ＮＨ２・ＨＣｌ＋ＣＣｌ２Ｏ→Ｒ—ＮＣＯ＋ＨＣｌ＋Ｑ （４）在上述光气化反应中，副产的ＨＣｌ如不能加以利用，则工艺不经济，且副产物ＨＣｌ还会增加设备成本和造成环境污染。
采用盐酸电解生产氯气和氢气是一种合理的解决方案，早期的盐酸电解多采用Ｈｏｅｃｈｓｔ－Ｂａｙｅｒ－Ｕｈｄｅ法，电解槽由多组石墨电极和隔膜构成的电解单元串联而成［７］。
为防止电解质喷射事故损坏隔膜，可在电解质入口设置由聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）制成的塑料裙［８］。
盐酸电解与氯碱电解相比，虽然原材料消耗少，但缺点是运行成本和能耗高。
拜耳材料科技（ＢＭＳ）公司和意大利Ｄｅ Ｎｏｒａ北美公司共同研发一种氧去极化阴极（ＯＤＣ）技术，并于２００３年采用该技术在德国Ｂｒｕｎｓｂüｔｔｅｌ建成１套２万ｔ／ａ的盐酸电解装置。
ＢＭＳ公司于２００８年在上海漕泾的异氰酸酯一体化装置中建成１套能力为２１．５万ｔ／ａ的基于ＯＤＣ技术的盐酸循环回收工厂，这也是该技术的第一次大规模应用［１０］。
１ 含ＯＤＣ电解步骤的一体化异氰酸酯合成工艺ＢＭＳ公司在专利［１１］中介绍了一种包含用ＯＤＣ技术回收氯的一体化异氰酸酯生产工艺，它包括如下步骤：１．１ 使一氧化碳与氯气反应合成光气在重整炉中使甲烷与水蒸气反应生成Ｈ２和ＣＯ，其中ＣＯ用于合成光气，Ｈ２用于使硝基化合物还原为相应的胺。
ＣＯ与Ｃｌ２的反应在多管固定床反应器中于２５０￣６００℃下进行，用活性炭作催化剂，借助液态热交换介质或二级冷却循环除去反应热。
反应式如下： ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２ （５） ＣＯ（ｇ）＋Ｃｌ２（ｇ）→ＣＯＣｌ２（ｇ） （６）１．２ 光气化制备异氰酸酯使生成的光气与胺反应得到相应的异氰酸酯和ＨＣｌ。
反应可在液相或气相中进行，在液相中进行时，用氯代芳烃或芳烃作溶剂；优选在气相中进行，该法可节约溶剂约８０％，减少能耗约４０％。
１．３ 异氰酸酯的分离回收首先使反应混合物在闪蒸塔中分为液态和气态２股物流，其中液态物流含异氰酸酯及其同系物、溶剂及少量未反应光气；气态物流包括ＨＣｌ、过量光气和少量溶剂。
使液态物流蒸馏，连续分离其中的光气和溶剂并循环，塔底的异氰酸酯送去进一步提纯，如结晶等。
气态物流中含有机杂质，它们会干扰后面的电化学氧化，特别是会损坏阳离子交换膜及气体扩散电极的催化剂层，因此必须将其除去。
１．４ ＨＣｌ气体的提纯ＢＭＳ公司在专利［１２］中介绍了一种二级冷却提纯ＨＣｌ的方法。
首先使粗ＨＣｌ气体压缩至１．０￣１．５ＭＰａ，在３０￣５０℃下送入第一换热器，用来自第二换热器的－３０￣－１０℃的冷ＨＣｌ冷却，使冷凝液送入蒸发器；离开第一换热器的ＨＣｌ气体温度为－２０￣０℃，被送入第二换热器，并冷却至－３０￣－１０℃，使冷凝液送入蒸发器，同时使离开第二换热器的－３０￣－１０℃的无有机杂质的ＨＣｌ返回第一冷凝器中作冷却介质，自身被加热至１０￣３０℃后离开第一换热器。
还可采用在０．０２￣０．２０ＭＰａ下除去过量光气后，用活性炭或沸石吸附或蒸馏的方式来精制ＨＣｌ气体。
１．５ 配制盐酸水溶液使提纯后的ＨＣｌ气体从下部引入一个绝热吸收塔，用质量分数１６％￣１８％的稀盐酸进行逆流吸收，吸收塔备有筛板或填料，吸收温度优选１０５￣１０９℃，从塔底得到质量分数为２７％￣３０％的盐酸，此时溶剂质量分数优选＜２０×１０－６，光气质量分数优选＜１×１０－６。
塔顶的气相被引入多个串联的管壳换热器，用冷却水作介质，使得到的冷凝液引入一个静态相分离器，使有机相分离并循环使用，盐酸水相返回吸收塔上部。
１．６ 盐酸水溶液的提纯使盐酸水溶液引入备有循环蒸发器的填料塔，直接注入水蒸气进行汽提，然后使气相部分返回吸收单元。
再使塔底的盐酸水溶液用螯合离子交换剂（如罗姆－哈斯公司的Ａｍｂｅｒｊｅｔ ４４００ ＣＩ或朗盛公司的Ｌｅｗａｔｉｔ Ｍ５００）处理，以除去其中的Ｆｅ、Ａｌ和／或Ｓｉ等杂质。
经精制的盐酸在稀释至规定浓度后用于电解制氯，还可用于苯胺和甲醛缩合反应的催化剂。
１．７ 用ＯＤＣ技术电解盐酸ＢＭＳ公司在专利［１３］中介绍了一种使用ＯＤＣ技术的ＨＣｌ二步电解工艺，其工艺流程示意图见图１。
该工艺包括以下步骤：①使ＨＣｌ气体引入气相电解槽，得到含ＨＣｌ和Ｃｌ２的混合气；②将该混合气送入气液分离器，用稀盐酸洗提混合气中的ＨＣｌ，将分离ＨＣｌ后的Ｃｌ２送去干燥，所得较浓的ＨＣｌ被送入液相电解槽；③使该浓盐酸电解为Ｃｌ２，同时生成稀盐酸，循环回上一步骤；④使二步电解产生的Ｃｌ２合并后干燥，再用于合成光气。
１气相电解槽；２气液分离器；３泵；４液相电解槽；５干燥塔图１ ＨＣｌ二步电解法工艺流程示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｗｏ－ｓｔｅｐ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＨＣｌ第一步气相电解槽的结构非常紧凑，电极表面积和隔膜表面积约为常规电解槽的１／３，因而可在常压下操作，恒温７８℃，电流密度可达Chemical Propellants & Polymeric Materials２０１１年第９卷第３期· １２ ·１２ｋＡ／ｍ２。
阴极液用１ｍｏｌ／Ｌ盐酸，且阴极液压力高于阳极侧ＨＣｌ气体压力。
采用耗氧阴极和调节ＨＣｌ气体过量程度，可大大减少Ｈ２的产生，进而降低能耗，ＨＣｌ转化率在４０％￣９０％。
液相电槽在后文中有详细描述。
优选的启动方式是，预先使异氰酸酯合成工艺中产生的ＨＣｌ直接送入气液分离器，当产生的盐酸浓度足以满足操作条件后，再将原料ＨＣｌ连续引入气相电解槽。
该法与传统ＨＣｌ电解法相比，整体能耗低，Ｃｌ２纯度高，且净损失少，反应生成的水补偿了随Ｃｌ２和膜带出的水，降低了工艺的废水量，进而减少了处理废水所需的碱用量。
１．８ 使生成的Ｃｌ２经干燥和提纯后循环使用上面电解生成的Ｃｌ２首先经多步管式换热器冷却，然后经干燥和提纯后循环回光气合成工序。
Ｃｌ２的干燥分为２步：首先在图１的干燥塔中用质量分数为７５％￣８０％的硫酸干燥；随后的干燥在鼓风机中进行，将质量分数为９２％￣９６％的硫酸加入鼓风机中，排出的硫酸质量分数为７５％￣８０％，被引入上述干燥塔。
鼓风机的作用是克服流程上游设备的压力损失，从而可省略Ｃｌ２的压缩和液化。
用硫酸干燥后的Ｃｌ２中会混有ＳＯｘ和硫酸气溶胶，这些含硫杂质会使光气合成用催化剂中毒，因此必须将其除去。
ＢＭＳ公司在专利［１４］中介绍了一种在填料塔中用水循环淋洗来除去Ｃｌ２中含硫气溶胶杂质的方法。
在该方法中Ｃｌ２也被同时吸收，在水相中与溶解的ＳＯｘ反应快速生成硫酸盐和氯化物，因而在循环水外部空间没有硫化合物蒸气压。
当Ｃｌ２溶解量与消耗量相同时，建立起一个平衡，同时水在硫酸气溶胶表面上冷凝增长，在淋洗塔下游的过滤器中被除去。
控制淋洗液温度比气体入口高１０℃以上，可促进上述冷凝增长。
过滤器的过滤介质用玻璃纤维，各过滤器直流排列，借助粒子的布朗运动，甚至很小的液滴也能被很好地分离［１５］。
ＢＭＳ公司在另一篇专利中介绍了一种将Ｃｌ２干燥和芳烃硝化制备有机胺工序中所得硫酸合并后一起浓缩，然后再循环回上述２个工序的一体化工艺［１６］。
由于Ｃｌ２干燥和芳烃硝化所用硫酸浓度不同，浓缩可在几个阶段进行，以提供不同浓度的硫酸，分别循环。
该方法可减少设备投资和能耗，还能减少整个工艺的废水及中和剂用量。
２ ＢＭＳ公司的试验电槽２．１ 一种典型的ＯＤＣ试验电槽ＢＭＳ公司的一个典型的ＯＤＣ试验电槽的结构示意图见图２［１７］。
它能在高的电流密度和低的电压下操作，并且几乎不产生Ｈ２。
１电解槽；２阴极区；３阳极区；４阳极；５耗氧阴极；６阳离子交换膜；７电流分配器；８调节器图２ 一种典型的ＯＤＣ试验电槽示意图Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ＯＤＣｔｅｓｔ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｃｅｌｌ该电槽由含阳极的阳极区、含耗氧阴极的阴极区和阳离子交换膜构成。
