[00071191]年产250吨纳米级气相二氧化硅合成装置

技术投资分析： 项 目 建 议 书 一、纳米级气相二氧化硅合成装置简介: 本实用新型提供一种纳米级气相二氧化硅合成装置，包括由带有进料口的蜗壳旋转混合器及与此连接的高速射流混合器组成的混合器，与高速射流混合器连接并设置有点火器的合成室，与合成室下端连接的扁形冷却器。该设备合成效率高，合成时间不超过3秒，且能连续生产，生成的纳米二氧化硅不需用沸腾床筛选，经真空脱酸后即达合格产品，平均粒度16～20Nm，比表面258m2/g，pH3.8，二氧化硅含量99.8％。其产品主要用于橡胶、塑料、涂料、粘线剂、密封胶、化妆品、医药、电子及航空航天等领域。 纳米级气相二氧化硅又名气相白炭黑(以下称气相白炭黑)。 白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。 沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。国内大部分生产企业采用沉淀法，但沉淀法白炭黑实际上达不到纳米级，性能也远赶不上气相白炭黑。 气相法白炭黑，是将卤代硅烷（四氯化硅、甲基三氯硅烷等）在高温火焰中水解而生成的非晶质二氧化硅，其组成可用SiO2?nH20表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状多孔性物质，无毒，无味、无污染，有巨大的比表面积(100－400m2／g) ，产品纯度可达99％以上，粒径小于100nm，可达10－20nm。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)，耐高温、不燃、具有优异的补强、增稠、触变和电绝缘性能。是一种技术含量高、行业垄断性强、产值利润高的无机精细化工产品。 二、技术优势: 国内气相白炭黑不能满足国内市场需求的主要原因是缺少稳定、可靠的专用成套设备。针对目前国内气相白炭黑生产设备存在的问题，经反复试验研究，现已成功开发出一种简单、稳定、可靠、低耗能，能达到环保要求的具有国内先进水平的设备——纳米级气相二氧化硅合成装置(专利号ZL200420061763.9)，其优于现有设备的特点是： 1、该合成装置以四氯化硅、氢气和空气为原料，能保证原料达分子级混合，并使混合、燃烧、水解、纳米粒子的生成、急冷、凝聚均在一个设备内完成，合成效率高，合成时间不超过3秒，而且能连续生产，因而设备紧凑、占地少、投资省。经查新，国内气相白炭黑现有制造方法中，未见这样的工艺和装置。 2、生产的产品全部合格，质量稳定，无需象其它厂家那样用沸腾床筛选，只经脱酸处理后即为合格产品。 3、年产250吨的合成装置绝非实验室产品，更不是一种设想方案，而是已经过生产验证，产品经权威检测机构检测平均粒度16-20nm，比表面258 m2，PH值3.80。完全达到《气相二氧化硅》国家标准GB／T20020—2005的要求。技术成熟可靠，可以保证投资建厂方能生产出合格产品，并培训操作人员。 4、可根据生产企业的需要用一台或多台装置组合达到所需规模，这样，即适合小企业小规模生产，又适合大中企业进行较大规模的生产；既适合有关企业新上此项目，又适合现有的生产厂家技改和扩产选用；既适合国内企业选用，又适合发展中国家采用。 5、尾气用氨水中和为氯化铵肥料，排放完全达到环保要求。 三、原材料供应: 本专利纳米级气相二氧化硅合成装置生产气相白炭黑的原料为四氯化硅、氢气和空气。空气是取之不尽用之不完的。氢气是由电解产生，有成熟的成套设备，也可利用专业生产厂家的氢气。主要原料四氯化硅是生产三氯氢硅的副产品，由于IT产业、太阳能产业及航空航天技术的飞速发展，对晶体硅材料的需求越来越大，生产晶体硅材料的原料三氯氢硅严重供不应求，原生产厂家扩大规模，不少氯碱企业和其它企业也纷纷上三氯氢硅项目。但是，生产三氯氢硅的副产物四氯化硅就是废料，三氯氢硅产量越大，四氯化硅这个废料也就越多，不但成本增加，而且带来严重的环保和安全问题。因此，四氯化硅不但非常丰富，而且价格十分便宜，只要你自己来车运走就行，还为该厂消掉了包袱。 四、所需设备和工艺方案: 所需设备中，纳米级气相二氧化硅合成装置为关键设备，由专利所有者组织设计制造，而且可以实现自动控制，确保生产出合格的纳米二氧化硅。其它均是通用化工设备，由投资厂家技术人员根据建设规模和有关规范选择和安装。 原料气四氯化硅、氢气和空气按给定的物料比经自动计量进入合成装置，经二次混合使其达到分子级的混合后在高温下发生水解反应生成纳米二氧化硅原生粒子和氯化氢气体，然后在特殊的冷却器中急冷以防纳米粒子长大结晶形成晶体；从合成装置出来的产品(为气固混合物)经二次旋风分离后进行脱酸处理后即为合格产品；尾气中的氯化氢用氨水中和得氯化铵肥料。 五、动力燃料消耗: 动力燃料吨产品消耗如下： 电：2000kwh 水：500t 蒸汽(压力0.2Mpa)：4t 可按以上标准和所建工厂规模计算所需水、电和蒸汽消耗量。 六、环境保护: 从合成装置出来的产品属气固混合物，采用二级旋风分离器分离和脱酸处理后，尾气中只有氯化氢气体，用氨水中和为氯化铵肥料，尾气和废水排放完全达到环保要求。 气相白炭黑虽然粒度小重度轻(30—50kg／M3)，但成絮状，粉尘并不多，采用密闭输送、自动秤量、自动包装则完全不会造成粉尘污染环境的问题。 如自备锅炉供气，还需对燃煤锅炉产生的烟气、粉尘、二氧化硫进行处理，但有比较成熟的技术，一经处理就能达到环保要求。 七、结论: 气相白炭黑是一种技术含量高、行业垄断性强、产值利润高、用途最广、市场前景最好的纳米材料之一。目前国外能生产气相法白炭黑的国家有德国、美国、日本、比利时、印度、乌克兰。我国虽能生产，但设备不够先进，且投资大。 本专利提供的气相白炭黑合成装置经中试证明比现有设备简单、稳定、可靠、投资省、效益好，既适合有关企业新上此项目，又适合现有的生产厂家技改和扩产选用，尤其适合有四氯化硅和有富余氢气的三氯氢硅厂和碱厂上此项目，不但解决了本厂附产物的岀路问题，又大大降低了产品成本，有很高的经济效益和良好的社会效益。 技术的应用领域前景分析： 市场分析预测: 目前国外能生产气相法白炭黑的国家有德国、美国、日本、比利时、印度、乌克兰。其中以德国Degussa公司和美国Cabot公司产量最大。世界气相白炭黑总的来说是供不应求，而且消费量总体呈增长趋势，目前世界气相法白炭黑年生产能力已达14.5万吨左右，其主要消费在硅橡胶方面，约占总消费量的54％，其它依次消耗在聚酯树脂、油漆、涂料和胶粘剂、密封胶方面，工业用墨水也有少量应用。 我国气相法白炭黑在改革开放以前，主要用于军工领域，改革开放后，大量用于民用工业，。由于气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达99％，粒径小于100nm..，可达10－20nm，具有优异的补强、增稠、触变等性能，主要起填充、增强、增稠、抗磨..、抗结块、抗紫外线。广泛应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶、医药、轻纺、蓄电池、化妆品、航入、建筑、电子组装材料等领域，给这些领域提供了产品升级换代、提高档次的机遇。是目前用途最广、市场前景最好的纳米材料之一。比如加入了纳米级气相白炭黑的橡胶抗折性能可由10万次提高到50万次；加入了纳米级气相二氧化硅的外墙涂料，可提高结膜硬度、结合强度、表面白洁能力、耐洗刷性。又比如近年来发展很快需求很大的高级工程塑料聚苯硫醚的改性就需加入气相法白炭黑。可见，应用领域愈来愈广，需求量日益增多，有很好的市场前景。 效益分析： 我国的气相法白炭黑产业起步于上世纪60年代，现规模较大的气相法白炭黑生产企业有沈阳化工股份有限公司、广州吉必时科技实业有限公司、上海氯碱化工有限公司和吉林双吉新材料公司等。国内生产供不应求，不足部分靠进口解决。 1997年国内气相法白炭黑产量约400t，进口量600t。2000年国内气相法白炭黑产量约700t，进口量约1800t。2005年国内气相法白炭黑产量约2000t，进口量近3000t。据统计，目前我国气相白炭黑的总用量约12000吨／年，正以较快速度持续增长，到2010年，预计总用量将超过2万吨／年。 根据中试所测得的数据，吨产品的消耗定额如下： 项 目 单 耗 单 价 小 计 (元) 四氯化硅 3500Kg 1000／T 3500 氢气 1200M3 3元／M3 3600(用碱厂的富余氢) 电 2000度 1.0元／度 2000 蒸气 10T 200元／T 2000 包装 1000 尾气处理 费用与回收的氯化铵相当 合计 12100 如是碱厂和三氯氢硅生产厂上此项目，利用本厂的附产物四氯化硅和富余氢气 ，成本就更低了。接产方可根据上述数据和自已的原材料来源情况计算成本利润和投资回报。 厂房条件建议： 劳动定员: 由于用该装置组成的气相白炭黑生产线能连续生产并能实现自动控制，所需生产人员较少，年产250吨的生产线仅需操作工和维修人员25人。有—定实践经验的大中专毕业的化工专业工程技术人员均可适应该生产线的生产技术管理。至于管理人员和技术人员的数量，由厂家根据情况白行决定。 建厂条件及周期: 年产250吨合成装置组成的生产线占地约仅3亩，该合成装置高度13M，三层框架结构厂房300M2，库房200M2，无其它特殊要求。办公、生活用房自行决定。 能供水、供电、交通方便和有原材料供应的地方就可建厂。 从动工到建成投产约10个月。 投资估算: 这里，仍以一个年产250吨的合成装置组成的生产线进行估算，投资建厂方则可根据自己选定的规模(一台或多台年产250吨的合成装置)和以下提供的数据进行测算： 1、生产线部分 气相二氧化硅合成装置约200万元，包括从原料（四氯化硅、氢气、空气）进 ，到白炭黑生成并分离岀纳米级气相二氧化硅为止，不包括脱酸装置、冷却装置、料仓、包装设备、制氢设备等通用化工设备约120万元，由投资建厂方自行组织采购实施。生产设备共320万元左右。 2、土建部分 由于各地土地价格和建筑成本不一样，只能提供年产250吨的合成装置组成的生产线占地约3亩，需三层框架结构厂房300M2、库房200M2共500M2这些基本数据，由投资建厂方根据自己选定的规模(一台或多台年产250吨的合成装置)和当地的地价及建筑价格进行估算。 备注： 无