氯碱行业仪表
氯碱工艺是指通过电解盐水生产氯气（Cl2）、氢氧化钠（NaOH，亦称烧碱）以及氢气（H2）的过程。氯气和氢气在化工行业中被广泛应用于多种工艺过程，而氢氧化钠则在化工及油气行业中具有极为广泛的用途，其应用范围涵盖从低品质原油脱硫到食品及肥皂的生产等多个领域。
氯碱工艺产生的氯气（Cl2）通常用于聚合物的生产，其中最常见的是聚氯乙烯（PVC）。从原料生产达到商品级 PVC 需要经过多个工艺步骤：
首先，以乙烯和氯气为原料生成二氯乙烷（EDC）；随后，EDC 通过热裂解反应生成氯乙烯单体（VCM），其为PVC聚合反应的关键前驱体。VCM 在进入聚合工序前需进行纯化处理，并加入聚合抑制剂以防止其发生自发聚合反应。
下文将对各工艺阶段及其对应的分析测量需求进行详细说明。
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电解后产生的氯气通常称为湿氯气。在该工况下，氯气浓度一般接近 90%，同时含有百分比级水分及少量杂质。对该位置氯气浓度的测量用于监控电解工段的运行效率。
当原料盐水中存在铵离子或有机含氮物质时，电解槽内会生成三氯化氮（NCl3）杂质。NCl3 具有不稳定性，当其浓度超过 3% 时可能发生加速分解，该反应为强放热过程，并在氯碱装置中曾引发爆炸事故。因此需对 NCl3 浓度进行监测，以确保装置及人员安全。
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残余氯气流是指在液化装置中未能被冷凝的气体，主要由氯气及上游未去除的气态杂质组成。在该测点对 Cl2 浓度进行测量，可用于评估液化装置的运行效率，以及上游反应与净化工段的整体性能。
三氯化氮（NCl3）是氯气中的一种杂质，当原料盐水中存在铵离子或有机含氮物质时，会在电解过程中生成。仅 1 ppm 的 NH3 即可在液氯中形成约 50 ppm 的 NCl3，具有较高危险性。NCl3 极不稳定，在浓度超过 3% 时可能发生加速分解反应，该反应为强放热过程，并在氯碱装置中曾引发多起爆炸事故。
由于 NCl3 的沸点高于 Cl2，在液化过程中，氯气中的 NCl3 会在液相中逐渐富集，因此需对其浓度进行严格监测以确保装置安全运行。
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氯碱工艺的最终阶段为氯气液化。尽管进入液化装置的大部分气体会被液化，但仍有部分未在前处理过程中去除的轻质副产物以尾气形式排出。液化装置顶部排出的尾气中还含有残余氯气，其 Cl2 浓度根据液化效率不同，通常在 1% 至 50% 之间。
出于环保和安全考虑，必须在尾气排放前对其中的氯气进行有效去除。去除残余 Cl2 的主要方法之一是采用 NaOH 洗涤。NaOH 在反应过程中被消耗，与 Cl2 反应生成 NaCl、NaClO 和水。通过持续监测反应器中 NaOH 浓度，并及时补充消耗部分，可确保氯气被充分吸收，防止 Cl2 逸散至排放气中。
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直接氯化反应器的尾气中包含反应副产物以及过量投加的反应物。对尾气中乙烯浓度的测量可为直接氯化反应器中乙烯进料流量提供反馈控制。
适量过量投加乙烯有助于降低 EDC 中 Cl2 和 HCl 含量，从而减少腐蚀风险，但若进料超过最佳范围，则会造成高成本原料的浪费。在 AT-8 位置对乙烯进行测量，可实现对 VCM 生产初始阶段乙烯进料流量的实时优化控制。
氧气（O2）有时被引入反应器以减少副反应的发生。在此位置对 O2 浓度进行监测，可确保尾气中氧含量始终低于爆炸极限，从而保障装置安全运行。
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直接氯化反应所使用的催化剂可能会使产物流中的 EDC 受到 FeCl3 污染。FeCl3 是一种强腐蚀性物质，会对设备造成结垢和损害。在该测点对 FeCl3 及 Cl2 进行监测的原因包括：防止结焦、避免 VCM 产品质量下降、防止氧氯化催化剂失活、减少不锈钢管道腐蚀、抑制副反应、提高反应效率，以及防止游离氯在下游生成更多 FeCl3。
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氧氯化反应器尾气中包含反应副产物及过量反应物。对尾气中乙烯浓度的测量可为氧氯化反应器乙烯进料流量提供反馈控制。适量过量投加乙烯有助于降低 EDC 中 Cl2 和 HCl 含量并减少腐蚀，但超过最佳范围会导致高成本原料的浪费。
对尾气中 CO/CO2 比值的测量是评估反应效率的重要指标（比值升高通常表明反应效率下降）。同时，该参数还可作为反应器温度控制的依据，因为较高温度会促进 CO 和 CO2 的生成，而不利于目标产物的形成。对 O2 浓度的监测可确保尾气始终处于安全范围内，避免接近爆炸极限。
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