四甲基氢氧化铵-电子级四甲基氢氧化铵的制备

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。一.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。二.四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。三.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++Clˉ2Clˉ—2e→Cl2↑阴极电化学反应为：H2O→H++OHˉ(CH3)4N++OHˉ→(CH3)4NOH2H++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%0.200.80.162碳酸二甲酯0.201.00.203超纯水0.800.10.084电解用电（分时制）800度0.6×10-40.055离子膜电极0.025M22.00.056工资管理动力0.157折旧和维护0.28合计0.899甲醇0.170.230.04++-(CH3)4N+(CH3)4N+HCO3+H→CO2↑+H2O+OH_H2O2H+-OH_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%0.381.70.6462氢氧化钠0.140.40.0563超纯水0.800.10.084电解用电（分时制）800度0.6×10-40.055离子膜电极0.025M22.00.056工资管理动力0.15折旧和维护0.02合计1.0022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