年产1万吨气相白炭黑项目可行性研究报告.doc

年产1万吨气相白炭黑项目

可
行
性
研
究
报
告

沙洋硅业产业办
二〇一〇年十月

目 录
一、总论
二、市场预测
三、资源条件评价
四、建设规模与产品方案
五、技术方案与工艺路线
六、主要原材料、燃料供应
七、环境影响评价
八、投资估算
九、效益分析
十、结论

一、总论
1、项目名称：年产1万吨气相白炭黑项目
2、承办单位：沙洋硅业产业办
3、拟建地点：沙洋硅工业园区
4、建设规模：年产1万吨气相白炭黑，占地面积50亩。
5、概算投资：项目总投资3亿元，其中固定投资2.4亿元。
6、效益分析：年销售收入4亿元，成本3.2亿元，投资回收期3~4年。

二、市场预测
1 、产品市场供应现状
气相白炭黑是一种技术含量和附加值很高的精细化学品，其应用领域相当广泛。有关该产品的业务遍及世界各地，但其生产却高度集中，仅有美、德、中、日、乌克兰5个国家能够实现大规模工业化生产气相白炭黑，核心技术主要由Evonik（原Degussa）、Cabot、Wacker、Tokuyama、OAO等少数国外公司控制，使得其它厂家很难进入该领域。2008年全球产能达到250kt/a，产量约200kt/a。近年来自发达国家的环保压力逐步增大，而亚洲市场快速增长，生产成本较低，因此国外气相白炭黑生产厂家纷纷将生产装置向中国转移（如德国的Evonik公司在南平投产5kt/a的气相白炭黑生产线），使我国产能以年均25%以上的增幅高速发展。国内仅有沈阳化工、上海氯碱化工和广州吉必盛3家企业生产气相白炭黑。其中沈阳化工股份有限公司的生产能力为1kt/a，上海氯碱化工股份有限公司的生产能力为500t/a左右，广州吉必盛科技实业有限公司的生产能力为1kt/a。同时国内生产企业均拟定扩产规划，沈阳化工股份有限公司以及广州吉必盛公司计划在2011年前分别将产能扩大到5kt/a和6kt/a。上海氯碱厂也将产能扩大到2kt/a。我国气相白炭黑的总用量现已超过30kt/a，预计到2011年，我国气相白炭黑用量将达到40~50kt/a（见表39）。
表39 2008年世界气相白炭黑产能及产量统计（kt/a）
国家/公司
产 能
产量
美国卡博特
60.0
50.0
德国迪高沙
70.0
60.0
德国瓦克
85.0
70.0`
日本德山
15.0
10.0
乌克兰卡路什
5.5
3.0
中 国
20.0
15.4
合 计
250.5
208.4
表40 2008年我国主要气相白炭黑生产企业情况（kt/a）
生产厂家
产地
产能（吨）
备注
卡博特蓝星材料股份有限公司
江西九江
5000

沈阳化工股份有限公司
辽宁沈阳
1000

日本德山曹达株式会社
浙江嘉善
5000

上海氯碱化工股份有限公司
上海
100

新安化工
浙江开化
800

江山富士特
浙江衢州
500

瓦克化学
江苏张家港
5000
08年11月正式投产
广州吉必盛科技实业有限公司
吉林、四川、广州
4500
四川08年11月投产
合计

21900

气相白炭黑主要应用在橡胶补强，特别是绿色轮胎的使用。国内气相白炭黑的应用领域及其分布如图所示。

图50 2008年国内气相白炭黑消费情况（总量：22kt）

表41 2010年国内气相法白炭黑生产情况预测
生产厂家
产地
产能（吨）
备注
卡博特蓝星材料股份有限公司
江西九江
12000
天津基地7000吨，预计2010年投产
沈阳化工股份有限公司
辽宁沈阳
1000

日本德山曹达株式会社
浙江嘉善
10000
扩建一条5000吨
上海氯碱化工股份有限公司
上海
100

新安化工
浙江开化
800

Evonik（原Degussa）
浙江建德
5000

浙江富士特
浙江衢州
500

瓦克化学
江苏张家港
5000

广州吉必盛科技实业有限公司
吉林、四川、连云港、广州
6500

宜昌南玻

1000

洛阳中硅

2000

其他

2000

合计

45900

气相法白炭黑市场预测及产业现状
表42 全球气相二氧化硅需求及预测
行业
2006年
2008年
2010
有机硅
5
6
6.5
油漆、涂料
3
3.5
4
聚酯、环氧树脂
2
2.5
3
电气
2
2.5
3
其他
5
6
6.5
总计
17
20.5
23

图51 近年来我国气相法白炭黑进口及表观消费量
注：表观消费量＝进口量－出口量＋国内产量
2 、价格现状与预测
由于不同类别和不同牌号的气相二氧化硅价格差异较大，就目前国内市场来说， 国内产品在2.5 ~5.5 万元/吨（ 含税价）内波动，而进口产品在3.0 ~8.0万元/吨内波动，具体有：
比表面积150 m2/g， 25000~35000元/吨；
比表面积200 m2/g， 35000~45000元/吨；
比表面积300 m2/g， 45000~55000元/吨；
比表面积380m2/g， 55000~65000元/吨；
而疏水型的气相白炭黑的价格更是高达13万元/吨。疏水型白炭黑是在亲水型基础上改性而来，改善了二氧化硅于有机分子间的浸润性、分散性，提高材料的综合性能和产品的附加值。2008年沈阳化工股份有限公司成功进行了疏水型产品的技术攻关，并开始进入中试工业化生产阶段，标志着我国即将进入疏水型产品这一高科技领域，有望打破发达国家的技术垄断。
可以预测，随着汽车市场的快速发展，和我国经济的全面复苏，作为汽车轮胎特别是子午胎填充剂的气相白炭黑的需求将急剧增加，加上气相白炭黑的用途的不断拓展，气相白炭黑的需求市场将更加广阔，气相白炭黑的价格必将稳中有升，未来十几年的气相白炭黑市场处于快速发展阶段。

三、资源条件评价
生产气相白炭黑的原料为氯硅烷系列，氢气、纯净空气和烧碱。四氯化硅、甲基三氯化硅是有机硅生产过程的副产物，可与有机硅产业联盟，实行互补，有效提高硅资源的综合利用效能，也可利用三河地区丰富的工业硅和福州二化的液氯生产四氯化硅。氢气来源三化公司，烧碱来源于三农集团，原料完全实现本土化，极大降低生产成本。同时项目拟建园区所处区域水、电资源充沛，交通便捷。各项基础资源得天独厚。

四、建设规模与产品方案
1 、建设规模
项目建设达产后，将年产10000吨气相白炭黑的规模。
2 、产品方案
气相白炭黑的SiO2含量在99.0%到99.80%不等，规格有：120 M ~ 8000M不等 (M为目数)，比表面积150~380m2/g。同时可按客户要求加工不同规格。产品为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末。熔点1750℃，不溶于水和酸，空气中吸收水分后成为聚集的细粒，溶于氢氧化钠和氢氟酸，对其他化学药品稳定，耐高温，不燃烧，具有很高的电绝缘性、多孔性，内表面积大，在生胶中有较大分散力。工业生产一般为10kg、25kg或50kg包装。本项目建议生产A类产品型号，并根据比表面积的大小分级生产，形成满足不同市场需求的产品系列，气相二氧化硅（气相白炭黑）实行国家标准GB/T 20020-2005。副产盐酸，可用于卤硅烷化合物的生产。

五、技术方案与工艺路线
1、生产方法
本项目利用气相法生产纳米级白炭黑。气相法得到的产品纯度高，比表面积大，分散性好，表面羟基少，附加值高，应用潜力巨大，是目前工业化生产的主要方法。气相白炭黑是由卤硅烷（如四氯化硅、四氟化硅、甲基三氯化硅等）在氢、氧火焰中高温水解，生成二氧化硅粒子，然后骤冷，颗粒经过聚集、分离、脱酸等后处理工艺而获得产品。气相二氧化硅以有机硅副产物氯硅烷类混合物为原料，制备气相白炭黑，称为化学气相沉积法。这种生产工艺技术成熟，工业化程度高，国内可承接生产装置、设备的制造，成本较低，具有很好的社会经济和环保效益和循环经济特点。
2 、工艺流程
气相白炭黑的制备原理如下：
SiCl4 + 2H2 + O2 ® SiO2 + H2O + 4HCl
CH3SiCl3 + 2H2 + 3O2 ® SiO2 + 3HCl + CO2 + 2H2O
拟建工程工艺流程是，空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化（火焰温度1000 ~ 1800℃）后，与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃

图52 气相白炭黑生产工艺流程示意图
左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氨空气吹洗气相二氧化硅至pH为5~8即为成品。
3、技术来源：随着近10年的努力，国内气相白炭黑生产已经成熟，可以从广州吉必盛科技实业有限公司引进全套技术和设备。

六、主要原材料、燃料供应
年产10000吨气相白炭黑所需的原料和燃料如表43所示。
表43 生产气相白炭黑的主要原料年需求量和执行标准
原料或燃料
质量标准
需用量（t/a）
采购地
运输方式
四氯化硅
工业有机硅副产物99.5%
约30000
附近有机硅和多晶硅厂家
汽车或火车
氢 气
工业99.9%
1500万m3/a
三化公司
汽车
烧 碱
30%工业级
约4000
三农股份或福州二化
汽车或火车
蒸 汽
0.4-0.6MPa
20000
自给

七、环境影响评价
1 、项目建设和生产对环境的影响
本项目主要通过对多晶硅工业副产物—四氯化硅的综合利用， 既解决了多晶硅工业发展的环境瓶颈，又可得到高附加值的纳米级气相二氧化硅产品，副产的盐酸还可以返回用于其它氯化物产品的生产。本项目既是一个生产性项目， 也是一个典型的环保投资项目。本装置以副产物四氯化硅为主要原料， 由原料预处理、合成与分离、尾气吸收和产品包装等四个岗位组成。经过加热处理的原料， 均匀混合后进行高温合成反应，产生大量的纳米SiO2 气固混合物，并释放大量的热量。混合物经冷却、聚集后分离出SiO2 粉体， 经脱酸等处理后，气相二氧化硅（ 白炭黑） 成品包装，而尾气经过洗涤、盐酸吸收后得到的25～ 30%盐酸，再经过碱吸收干净后直接排入大气中。整个过程将四氯化硅转化为高品质的纳米二氧化硅产品，而副产的氯化氢吸收后生成盐酸出售。
本装置只产生少量的废弃物，即二氧化硅残渣和含NaCl 的NaClO漂白液，前者可作为普通垃圾处理，而后者可作为漂白液外销或送污水处理厂处理。因此，二氧化硅生产线基本上对环境无产生不良影响。本装置废水依托厂区的污水处理设施，其它污染物如废气、噪声均在本装置内部解决。车间里可能引起支气管炎和矽肺，设计和施工时注意尽可能降低空气中粉尘浓度。产品具有较好的化学稳定性，在生产、储存、运输及使用过程中都不会产生环境污染。
2 、环境保护措施方案
本项目将通过一定的环保投资建设，采用先进的污染防治措施，实现对整个厂生产全过程的各污染点的控制，污水处理后循环利用，粉尘使用效率高的除尘器，确保各主要污染物达标排放，尾气排放达到《环境空气质量标准》（GB3095-1996）中的2级标准，粉尘排放符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的2级标准，废水处理达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅳ级标准，噪声符合《声环境质量标准》（GB3096-2008）中的3级标准。经过处理，排放废气、废水均能符合标准，厂界噪声符合标准要求，并投入加强绿化，美化环境，净化空气，衰减噪声，既满足了行业要求，又保护了环境和周围人群的健康。

八、投资估算
表44 年产10kt气相白炭黑投资估算
总投资/万元
设备购置/万元
建筑投资/万元
设备安装及其他工程费用/万元
流动资金/万元
30000
21000
2200
800
6000

九、效益分析
1、经济效益
表45 项目年经济效益估算表
效益名称
销售收入
成本费用
产品税金
投资回收期
投资利润
效益数额/万元
40000
32000
2400
3~4
5600
2、社会效益
本项目主要通过对多晶硅工业副产物—四氯化硅综合利用， 既解决了多晶硅工业发展的环境瓶颈，又可得到高附加值的纳米级气相二氧化硅产品，副产的盐酸还可以返回用于其它氯化物产品的生产，是良好的循环经济项目。促进企业和地方的经济发展，解决城镇职工的就业。符合国家产业政策和地方经济发展规划，促进地方硅资源的充分高效利用，推进资源节约、综合利用和环境保护，社会效益显著。

十、结论
1、本项目中采用的工艺技术先进可靠，生产安全，消防、环保、劳动安全卫生符合国家各项标准规范。
2、本项目的建设符合国家节约资源，开发新型纳米材料的产业政策；符合福建城乡统筹发展规划；符合三河硅产业发展规划。
3、通过基本的分析和论证，本项目经济合理、可行，具有良好的经济效益和社会效益。
4、气相白炭黑是多晶硅行业和有机硅单体行业的副产物的综合利用项目，这对延伸硅产业链，提高产品附加值，扩大就业，保护环境具有重要意义。

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