氯堿系列產(chǎn)品計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化與分析比較

張宇峰

（無錫化工集團(tuán)，江蘇 無錫 214000）

1 氯堿系統(tǒng)的成本核算

氯堿系統(tǒng)核心屬電化學(xué)，電解食鹽水一步產(chǎn)生比例固定的氯、堿、氫3種產(chǎn)品，以及下游的氯衍生或堿衍生品等。

其核心反應(yīng)的特點(diǎn)決定了最初的三種產(chǎn)品共享了電解成本。目前通常以電解方程式的出產(chǎn)質(zhì)量比，撇開氫，以氯、堿二者計(jì)，將電解成本的53%劃分給堿，47%劃分給氯。

但這種拆分的數(shù)據(jù)，用以財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表方便，以此評價和經(jīng)營電解就不太適合。因?yàn)殡娊猱a(chǎn)物是以固定比例產(chǎn)生的，以100份重量計(jì)，每產(chǎn)生53份堿，必然同時產(chǎn)生47份氯，氯和堿當(dāng)然也不能互相轉(zhuǎn)化。堿賺氯虧時，每53份賺錢的燒堿，必伴隨47份賠錢的氯。電解部分能否贏利賺錢，取決于這53份堿和47份氯的加和整體情況，而非單獨(dú)哪個產(chǎn)品。

這種聯(lián)合，實(shí)際上可歸結(jié)為目前的電解單元ECU評價。在評估一個電解單元的贏利情況時，就是以單元電解得到的所有產(chǎn)品的實(shí)際產(chǎn)值（包含了符合電解出產(chǎn)比例的氯、堿、氫）減掉電解成本來評估電解的獲利情況。在這個評價中，并不對電解成本按照氯和堿進(jìn)行拆分。

對于電解初級產(chǎn)品氯、堿、氫的正確評價，尚且不可以割裂的成本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對于其下游的氯產(chǎn)品比如前面的氯乙酸產(chǎn)品，在評估下游的氯衍生產(chǎn)品時，氯的成本是不能割開帶入。

割開帶入是財(cái)務(wù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)的要求，不是項(xiàng)目評估的要求，以分割的成本報(bào)表進(jìn)行評估會導(dǎo)致決策錯誤，電解不能分割的成本，下游產(chǎn)品也不可以分割成本。

如：氯成本1 005元/t（按電解成本53%劃歸燒堿，47%劃歸氯計(jì)），輔以其他材料及水電制造費(fèi)用等，氯乙酸成本約4 953元/t。產(chǎn)品氯乙酸售價4 500元/t，毛利虧損453元/t。以6萬t/a裝置計(jì)，年虧損額達(dá)2 718萬元。

2 產(chǎn)品優(yōu)化評估的方法示例及比較

2.1 方案優(yōu)化的目的和基礎(chǔ)

利潤是企業(yè)生存的根本，ECU分析是能正確評價電解利潤的方法，而對于包含次級產(chǎn)品、衍生產(chǎn)品的廣義氯堿整體裝置，以類似ECU分析，按整體情況評估，才是正確的方式。

正確評價的建立，也是產(chǎn)品優(yōu)化經(jīng)營的基礎(chǔ)。不讓盈利的項(xiàng)目減產(chǎn)或停產(chǎn)，讓有潛力的產(chǎn)品增加產(chǎn)量，好的產(chǎn)品正確評價就是優(yōu)化經(jīng)營。

氯堿裝置產(chǎn)品眾多，關(guān)系復(fù)雜，產(chǎn)品又常作為中間原料生產(chǎn)另一品種，各種成本轉(zhuǎn)移和成本共享。對這些產(chǎn)品，以正確評估為基礎(chǔ)，討論其產(chǎn)量關(guān)系，取得系統(tǒng)利潤最大化，是優(yōu)化方案的目的。

以30萬t/a離子膜燒堿裝置的簡單情況為例，這個簡化的氯堿系統(tǒng)也有可調(diào)節(jié)的余地，更優(yōu)化的生產(chǎn)比例。

2.2 計(jì)算前提

產(chǎn)品體系：32%燒堿、氯、氫氣、31%合成鹽酸、10%次氯酸鈉。

生產(chǎn)能力：30萬t/a 32%燒堿，1萬t/a 10%次氯酸鈉，20萬t/a 31%合成鹽酸。

相關(guān)方程式：

電解：2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2；

氯氫合成：H2+Cl2=2HCl；（水吸收氯化氫制鹽酸）；

次氯酸鈉制?。?NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O；

其中，氯可出售，也可作原料用于生產(chǎn)鹽酸和次氯酸鈉。氫氣可出售，也可用于生產(chǎn)鹽酸。燒堿可出售，也可用于生產(chǎn)次氯酸鈉。是否要轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化多少，是優(yōu)化計(jì)劃中需要決定的。

設(shè)定電解滿負(fù)荷生產(chǎn)，則前三者初始數(shù)量固定，鹽酸和次氯酸鈉的產(chǎn)量為變動量。

2.3 計(jì)算表達(dá)式的確定

以 P 代表產(chǎn)量，各產(chǎn)品產(chǎn)量為：PNaOH，PCl，PH，PHCl，PNaClO；

選取 PHCl和 PNaClO作為主動變量：x=PHCl，y=PNaClO。

結(jié)合方程式關(guān)系和消耗情況，可以歸結(jié)如下：

設(shè)定產(chǎn)品成本為C，各產(chǎn)品按照產(chǎn)品成本消耗測算取值：

在x，y的取值范圍內(nèi)，可以直接明顯地觀察到該系統(tǒng)的最高點(diǎn)，氯堿裝置毛利直觀圖見圖1。

2.4 系統(tǒng)圖

對各組x，y，pro作圖，可直接觀察到當(dāng)前價格下，系統(tǒng)毛利pro最高點(diǎn)時的情況。

圖1 氯堿裝置毛利直觀圖

毛利最高時：x=200 000，y=10 000，最高毛利33 626.7萬元。

對應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)量方案見表1。

表1 示例優(yōu)化產(chǎn)量方案

2.5 圖中最低點(diǎn)及中間點(diǎn)，與最優(yōu)化方案比較

以兩個偏離最優(yōu)解的操作點(diǎn)作為比較，見圖2。

圖2 優(yōu)化方案和對照組比較

以30萬t/a規(guī)模氯堿裝置計(jì)，在生產(chǎn)裝置自身未進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改進(jìn)和技術(shù)革新的情況下，相較最高點(diǎn)的最優(yōu)方案，最低點(diǎn)損失毛利1 330.2萬元，中間點(diǎn)損失毛利665.1萬元。

3 系統(tǒng)有衍生產(chǎn)品項(xiàng)目時利用優(yōu)化模型避免錯誤判斷示例

3.1 氯乙酸（MCA）項(xiàng)目

以氯堿－氯乙酸系統(tǒng)，其中氯衍生產(chǎn)品氯乙酸（MCA）規(guī)模為6萬t/a，氯堿規(guī)模30萬t/a離子膜燒堿為例。

氯乙酸（MCA）以醋酸和氯為原料進(jìn)行反應(yīng)，而后結(jié)晶分離得到產(chǎn)品氯乙酸。氯乙酸母液和氯乙酸副產(chǎn)鹽酸作為氯乙酸的附屬品，其價值在產(chǎn)品成本中扣除，不再列出。

3.2 分割氯成本的財(cái)務(wù)報(bào)表評價

該報(bào)表將氯成本從電解割開引入氯乙酸。如氯乙酸成本約4 953元/t。產(chǎn)品氯乙酸售價4 500元/t，毛利虧損453元/t。以6萬t/a裝置計(jì)，年虧損額2 718萬元。

3.3 整體優(yōu)化評估方式

類似ECU的整體評估，將氯乙酸裝置納入氯堿體系中，優(yōu)化計(jì)劃情況見表2。

表2 氯堿－氯乙酸優(yōu)化方案

比較有無氯乙酸生產(chǎn)的整體系統(tǒng)，可見，氯乙酸正常生產(chǎn)時整體系統(tǒng)增加毛利34 134.6－31 525.9=2 608.7（萬元）。

3.4 結(jié)果說明與比較

兩種測算方式效益差別明顯，分割測算數(shù)據(jù)表明虧損了2 718萬元/a，而整體評估數(shù)據(jù)表明盈利 2 608.7 萬元/a，兩者差異 2 608.7－（－2 718）=5 326.7（萬元/a）。后者對氯乙酸項(xiàng)目開停后，對該氯堿整體的所有產(chǎn)品（包含氯堿電解）進(jìn)行了匯總，客觀上對整體盈利情況的把握是更準(zhǔn)確的。

前一種方式測得的虧損額不小，實(shí)際上，有企業(yè)因?yàn)檫@種原因，真的停止過裝置生產(chǎn)。從系統(tǒng)整體來看，這種停產(chǎn)在本例而言，不但沒止損扭虧，反而給這家企業(yè)帶來了2 608.7萬元/a的損失。

當(dāng)然，所謂的“財(cái)務(wù)報(bào)表錯誤”也非真的出錯，其錯處是用錯了地方，不應(yīng)用以指導(dǎo)及評估項(xiàng)目，該報(bào)表在評估項(xiàng)目效益上的不可行，主要來自于氯堿電解成本無法拆分的事實(shí)。在財(cái)務(wù)體系上來說，把成本人為分割后的燒堿的報(bào)表，氯的報(bào)表聯(lián)合起來看，匯總的數(shù)字與電解實(shí)際情況相符，總體上不影響企業(yè)財(cái)稅事務(wù)的準(zhǔn)確性。

4 整體優(yōu)化衡量復(fù)雜衍生產(chǎn)品系統(tǒng)示例

4.1 示例項(xiàng)目情況簡介

某些衍生產(chǎn)品也會同時產(chǎn)生幾種產(chǎn)品，導(dǎo)致評估的混沌。以氯衍生產(chǎn)品氯甲烷為例。主原料甲醇和氯。產(chǎn)品一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、副產(chǎn)鹽酸、氯（為便于各方案比較，設(shè)到裝置區(qū)的原料氯的量固定，多余的氯出售。由于二氯甲烷、三氯甲烷耗氯量不相等，產(chǎn)品比例不同時，總耗氯也不同。多余氯銷售所得計(jì)入系統(tǒng)內(nèi)。鹽酸為系統(tǒng)副產(chǎn)）。氯甲烷生產(chǎn)工藝框圖見圖3。

圖3 氯甲烷生產(chǎn)工藝框圖

設(shè)定氫氯化反應(yīng)規(guī)模5萬t/a，依出產(chǎn)二氯甲烷、三氯甲烷的比例不同，各種氯甲烷總產(chǎn)量約8～10 萬t。

氯甲烷系統(tǒng)的二氯甲烷和三氯甲烷的出產(chǎn)比例可以調(diào)節(jié)，另外一氯甲烷也是一種商品，這些都是實(shí)際優(yōu)化可以運(yùn)用的調(diào)節(jié)余地。

四氯化碳由于行業(yè)政策，不作為產(chǎn)物銷售，價格設(shè)定為零。

4.2 示例項(xiàng)目優(yōu)化方案及對照組

氯甲烷優(yōu)化方案及對照組見表3。

表3 氯甲烷優(yōu)化方案及對照組

優(yōu)化方案以生產(chǎn)三氯甲烷為最優(yōu)選擇。

所謂優(yōu)化策略主要對盈利重點(diǎn)提供傾向性，指導(dǎo)生產(chǎn)時需結(jié)合實(shí)際，熱氯化反應(yīng)不可能全部生成三氯甲烷，二氯/四氯甲烷會同時存在。策略結(jié)果傾向于完全生產(chǎn)三氯甲烷，表明在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用這個優(yōu)化方案時，應(yīng)通過生產(chǎn)調(diào)節(jié)，盡量多生成三氯甲烷。

兩個對照組，一家在適合生產(chǎn)三氯甲烷的情況下，反而盡量生產(chǎn)二氯甲烷，造成的毛利損失為1 431萬元/a。

4.3 當(dāng)產(chǎn)品市場價格發(fā)生變化時優(yōu)化策略的變化

三氯甲烷價格變動時的優(yōu)化方案見表4。

當(dāng)三氯甲烷價格由2 700元/t降至2 600元/t、2 500元/t，其他產(chǎn)品價不變時，產(chǎn)品計(jì)劃的最優(yōu)傾向由三氯甲烷轉(zhuǎn)為一氯甲烷又轉(zhuǎn)為二氯甲烷，見下劃線產(chǎn)品。

由于簡化了氯化氫平衡及考慮鹽酸完全脫吸裝置，副產(chǎn)鹽酸產(chǎn)量數(shù)據(jù)有時為零。此處也可參照各單位氯甲烷副產(chǎn)鹽酸的實(shí)際處理方式來設(shè)定。

表4 三氯甲烷價格變動時的優(yōu)化方案

5 結(jié)語

上文氯甲烷例為獨(dú)立系統(tǒng)，該部分也可整合入氯堿組成完整體系進(jìn)行統(tǒng)一分析，類似于氯乙酸作為氯衍生產(chǎn)品的情況。

對于完整的關(guān)聯(lián)性氯堿體系，整合為一個較大系統(tǒng)可以更好地利用中間體，整體上相關(guān)物料會在全系統(tǒng)中自然平衡，觀察氯堿-氯乙酸系統(tǒng)的氯，氯甲烷系統(tǒng)的一氯甲烷，他們在下游產(chǎn)品具有更好盈利時，在最優(yōu)方案里會優(yōu)先分配到該產(chǎn)品作為中間體被使用。有機(jī)硅和有機(jī)氟都位于氯甲烷產(chǎn)業(yè)鏈的下游，一氯甲烷和三氯甲烷是聯(lián)接產(chǎn)業(yè)鏈的中間體，它們優(yōu)化時，也會更好地分到合適的產(chǎn)品中去。

氯堿裝置整體系統(tǒng)優(yōu)化可以在總體上更好地評估裝置效益，避免錯誤決策。也可以提出有利于增加系統(tǒng)效益的生產(chǎn)計(jì)劃，更好地利用現(xiàn)有裝置。在不改變裝置的前提下，增加效益，減少不自知的潛在損失。整體優(yōu)化也能對新建有關(guān)聯(lián)性的項(xiàng)目提供建設(shè)建議。