四甲基氢氧化铵-电子级四甲基氢氧化铵的制备.doc

2000吨/年25%四甲基氢氧化铵
项
目
介
绍
联系人: 张新胜(13501673029)
华东理工大学化工学院
联合化学反应工程研究所
2007-12-7
概述
四甲基氢氧化铵(TMAH)是最强的有机碱,无色、无臭。在室温下其蒸汽压较低,在135~145℃完全分解气化,高纯品在140℃低温处理也无微量残渣。
四甲基氢氧化铵溶液无色透明有微氨臭,1(wt)%溶液PH值为12.9,是与苛性碱同等强度的强碱。将四甲基氢氧化铵水溶液在减压下浓缩可得到5个结晶水的吸湿性针状结晶(mp,63oC),再继续浓缩脱水变成3个结晶水的结晶(mp,63oC),再变成1个结晶水的四甲基氢氧化铵,在135~140oC分解为三甲胺和二甲基醚。
1.用途
四甲基氢氧化铵是一种有机碱,在工业科研领域有着极为广泛的用途。
在国内,四甲基氢氧化铵主要被用作有机硅系列产品,如硅油、硅橡胶、硅树脂等合成中的主要催化剂,虽然用量不大,但对于产品的收率和质量影响很大。
而在国外,四甲基氢氧化铵主要用于聚酯类聚合物、纺织、塑料制品、食品、皮革、木材加工、电镀、微生物等。
目前,这种产品进入尖端科技领域,如在电路板的印刷和显微镜片的制造业中,可作为集成电路板的清洗剂和半导体微加工技术中的Si-SiO2界面的各向异性腐蚀剂。随着科学技术的发展,这种类型的化学试剂需要量日趋增加,对四甲基氢氧化铵的质量和数量都提出了更高的要求。
2.四甲基氢氧化铵的制法比较
四甲基氢氧化铵的制备方法很多,一般采用氧化银法,通过四甲基氯化铵与氧化银反应生成。但该法制备四甲基氢氧化铵的工艺复杂,原料氧化银价格昂贵,而且所得产品含较高的杂质离子,如卤素离子、碱金属离子等,用于有机硅单体催化聚合时,严重影响有机硅产品特性,更无法满足电子领域清洗和腐蚀的要求。
国外从七十年代开始采用电解法制备四甲基氢氧化铵的新工艺,并逐步取代氧化银法。用电解法制得的产品质量较好,成本低,不仅能满足有机硅生产的需要,而且进入了电子工业领域。
3.电解法工艺简述
1)四甲基氯化铵为原料
其原理是电解槽阳极室中的四甲基氯化铵水溶液在电场力的作用下,溶液中的氯离子向阳极方向迁移直至在阳极上放电而析出氯气。同时,由于离子膜的选择透过性,氯离子无法扩散透过离子交换膜,只有四甲铵离子才能选择透过而进入阴极室,并富集于其中。电解槽阴极室中水分子在阴极上分解为氢气和氢氧根离子。后者恰好同由阳极室迁移来的四甲铵离子结合成四甲基氢氧化铵。随着通电量的增加而四甲基氢氧化铵浓度不断提高,最终达到预期的粗品浓度。
阳极电化学反应为:
(CH3)4NCl→(CH3)4N++Clˉ
2Clˉ— 2e→Cl2↑
阴极电化学反应为:
H2O→H+ + OHˉ
(CH3)4N++OHˉ→(CH3)4NOH
2H++2e→H2↑
总反应为:
2(CH3)4NCl+2H2O→2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑
电解法中产生的氢气放空,生成的氯气用碱液吸收生成次氯酸钠,次氯酸钠是漂白粉的主要原料。
因此该方法制备四甲基氢氧化铵方法简单、纯度高、无环境污染。
2)四甲基碳酸氢铵为原料
电解原理与四甲基氯化铵为原料相似,不过没有氯气产生,阳极产生二氧化碳和氧气。
图2 电解过程示意图
总反应:
一、2000吨/年25%四甲基氢氧化铵的成本分析和效益估算
A 三甲胺,碳酸二甲酯为原料
1. 原料消耗(三甲胺,碳酸二甲酯为原料)
原料
规格
消耗定额(吨)
价格(万元/吨)
金额(万元)
1
三甲胺
99%
0.20
0.8
0.16
2
碳酸二甲酯
0.20
1.0
0.20
3
超纯水
0.80
0.1
0.08
4
电解用电(分时制)
800度
0.6×10-4
0.05
5
离子膜电极
0.025M2
2.0
0.05
6
工资管理动力
0.15
7
折旧和维护
0.2
8
合计
0.89
9
甲醇
0.17
0.23
0.04
2 效益估算
增值税:(1.65-0.6)*0.1453 = 0.153 万元/吨。
利 润:(1.65-0.89-0.153)*2000=1214 万元/年。
所得税:1214*0.33=400.62 万元/年
实际效益:1214-400.62=813.38 万元/年
投资: 500万元
投资回收期:500/813.38= 0.61年
B四甲基氯化铵为原料
1. 原料消耗
原料
规格
消耗定额(吨)
价格(万元/吨)
金额(万元)
1
四甲基氯化铵
99%
0.38
1.7
0.646
2
氢氧化钠
0.14
0.4
0.056
3
超纯水
0.80
0.1
0.08
4
电解用电(分时制)
800度
0.6×10-4
0.05
5
离子膜电极
0.025M2
2.0
0.05
6
工资管理动力
0.15
折旧和维护
0.02
合计
1.002
2 效益估算
增值税:(1.65-0.88)*0.1453 = 0.112 万元/吨。
利 润:(1.65-1.002-0.112)*2000=1072 万元/年。
所得税:1072*0.33=353.76 万元/年
实际效益:1072-353.76=718.24 万元/年
投资: 400万元
投资回收期:400/718.24= 0.56年