劉 桂

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

食品級雙氧水作為生產(chǎn)加工助劑，在食品行業(yè)起到消毒、殺菌、漂白等作用[1]。目前新冠肺炎病毒施虐全球，食品級雙氧水還可作為大型公共場所的消殺劑，用于空氣凈化。同時，其分解產(chǎn)物中富含氧氣，有助于空氣富氧，是不可多得的空氣清新劑。

電子級雙氧水是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中必不可少的原料，被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體和超大集成電路的裝配、加工過程中，起到清洗和腐蝕的作用。電子級雙氧水的應(yīng)用日趨廣泛，據(jù)統(tǒng)計，2019年全球電子級雙氧水市場規(guī)模達(dá)到了25億元，預(yù)計2026年將達(dá)到41億元，年復(fù)合增長率為10.2%。

電子級雙氧水可應(yīng)用在半導(dǎo)體硅晶片清洗劑、蝕刻劑、光刻膠去除劑領(lǐng)域，還可用于高級絕緣層制取、電鍍液無機(jī)雜質(zhì)去除，以及電子行業(yè)中銅合金、鎵、鍺的處理。目前，我國大部分電子級雙氧水的來源主要依靠進(jìn)口[2]。

1 項目背景

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱晉煤中能)現(xiàn)有雙氧水產(chǎn)能為40萬t/a，擁有3個雙氧水品種(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為27%、35%、50%)。

近年來，隨著普通雙氧水產(chǎn)能的增加，產(chǎn)品同質(zhì)化競爭日趨激烈，利潤空間受到壓縮。同時，電子技術(shù)及航天工業(yè)的發(fā)展使下游高端市場迅速發(fā)展，對于電子級雙氧水的需求也與日俱增。受技術(shù)條件的限制，國內(nèi)電子級雙氧水產(chǎn)能偏低，大量依靠進(jìn)口[3]。

鑒于上述原因，晉煤中能擬在現(xiàn)有工業(yè)級雙氧水品種基礎(chǔ)上開發(fā)食品級、電子級雙氧水產(chǎn)品。因初涉高純過氧化氫技術(shù)，計劃從初級純化做起，先實現(xiàn)食品級過氧化氫工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過充分論證、考慮和考察，晉煤中能與揚州榮祥科技發(fā)展有限公司(簡稱揚州榮祥)合作研究，實現(xiàn)G2級產(chǎn)品生產(chǎn)。揚州榮祥推薦從美國引進(jìn)的高純過氧化氫生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過深入交流，晉煤中能認(rèn)為其技術(shù)先進(jìn)，滿足雙氧水產(chǎn)品提質(zhì)增效的需要。目前，雙方已簽訂技術(shù)合作合同，項目建設(shè)有序推進(jìn)。

雙方經(jīng)過調(diào)研、探索、消化國外先進(jìn)技術(shù)，已形成成套的工藝技術(shù)方案、設(shè)備控制方案。經(jīng)過論證、試驗等階段，決定委托江蘇省化工設(shè)計院進(jìn)行施工圖設(shè)計。目前，項目的設(shè)備訂貨已全部完成，土建工程施工已完成，并落實項目安裝施工單位、防腐施工單位。設(shè)備陸續(xù)到貨后，將進(jìn)行工程安裝，以及系統(tǒng)清洗、酸洗鈍化環(huán)節(jié)。后期經(jīng)項目驗收后，將轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)運行。

2 工藝技術(shù)

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)工業(yè)級雙氧水幾乎全部采用蒽醌法工藝，典型工藝過程示意見圖1。

EAQ—2-乙基蒽醌；AR—重芳烴；TOP—磷酸三辛酯。

基于蒽醌法雙氧水生產(chǎn)工藝，工業(yè)級雙氧水中含有大量的蒽醌類有機(jī)雜質(zhì)以及鉛、砷等金屬離子和機(jī)械雜質(zhì)。這些雜質(zhì)中，蒽醌、鉛、砷是致癌物質(zhì)，不能用于食品行業(yè)；金屬離子和機(jī)械雜質(zhì)的存在，也不能直接用于電子行業(yè)。

食品級、電子級雙氧水采用特殊方法提純，去除原料中的雜質(zhì)，是一種高品質(zhì)、高純凈度的雙氧水，具有純度高、雜質(zhì)少、穩(wěn)定性好，以及不含有毒、有害雜質(zhì)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品及電子行業(yè)。

3 核心技術(shù)和工藝流程

食品級、電子級雙氧水的生產(chǎn)，需要在工業(yè)級雙氧水的基礎(chǔ)上提純，以滿足食品、電子行業(yè)的要求。本項目主要采用樹脂吸附、離子交換技術(shù)來除去工業(yè)級雙氧水中的雜質(zhì)。

采用純化樹脂與脫離子的陰陽離子交換樹脂，用自下而上的方式進(jìn)行吸附。吸附樹脂除去有機(jī)物，目的是降低雙氧水中總有機(jī)碳(TOC)含量，離子交換樹脂去除雙氧水中的陰陽離子。根據(jù)產(chǎn)品要求不同，所用樹脂級數(shù)不同，食品級雙氧水需要經(jīng)過三級吸附，而電子級雙氧水需要經(jīng)過八級樹脂處理才能達(dá)到要求。離子交換樹脂采用均粒形式，降低了因粒度產(chǎn)生的壓降問題，也提高了交換精度。經(jīng)過每一級樹脂吸附后，進(jìn)入緩沖罐的料液溫度需要降低到 5 ℃以下，才能進(jìn)入下一級吸附環(huán)節(jié)[4]。

整套樹脂吸附裝置主體由樹脂吸附柱、管路閥門、溶劑儲槽以及解吸系統(tǒng)組成。樹脂吸附柱全部采用SS304L不銹鋼材質(zhì)，上下布水裝置使用SS304L不銹鋼水帽，管道材質(zhì)使用SS304L不銹鋼材質(zhì)。樹脂吸附柱后采用網(wǎng)式精密過濾器，避免樹脂進(jìn)入成品。

離子交換樹脂柱全部采用聚丙烯材質(zhì)，上下布水裝置使用聚丙烯水帽，閥門管道使用衛(wèi)生級PPH材質(zhì)。離子交換樹脂柱后采用網(wǎng)式精密過濾器，避免樹脂進(jìn)入成品。

現(xiàn)已初步確定采用西安藍(lán)曉科技新材料股份有限公司生產(chǎn)的樹脂，并根據(jù)實際需求進(jìn)行定制生產(chǎn)。

整套樹脂吸附裝置工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程簡圖

4 項目投資

整套樹脂吸附裝置的設(shè)備投資見表1。

表1 整套樹脂吸附裝置設(shè)備投資

設(shè)備投資額為604萬元，電氣儀表投資額為120萬元，安裝費用投資額為75萬元，土建工程投資額為200萬元，預(yù)計總投資額近1 000萬元。

5 預(yù)計效益情況

食品級雙氧水加工費用見表2。

表2 生產(chǎn)食品級雙氧水消耗

按外銷價格為2 000.00元/t計算，除去1 108.83元/t的成本外，利潤為891.17元/t。

電子級雙氧水加工費用見表3。

表3 生產(chǎn)電子級雙氧水消耗

按外銷價格為5 000.00元/t,除去1 984.80元/t的成本外，利潤為3 051.20元/t。

6 結(jié)語

投產(chǎn)后，預(yù)計年度利潤為2 000萬～6 000萬元。項目進(jìn)展順利，暫時無較難解決的問題。綜上，晉煤中能食品級、電子級雙氧水項目可順利投產(chǎn)，且可在1 a內(nèi)實現(xiàn)資金回籠，是一項很具有市場前景的化工項目。