羟基乙酸,氢碘酸以及锌酸锂电池.doc

羟基乙酸、氢碘酸以及锌酸锂电池商业计划书目前已经开发出羟基乙酸和氢碘酸的新的合成工艺，拟在成都创建一个新的股份制公司将其实现产业化，并不断开发其它化工产品。另外还拟开发新的锌酸锂电池，目前已完成关键的固体电解质膜的研究，但还未做出成品电池。设想将工作分为三期进行：1） 第一期：主要从事羟基乙酸的生产。待生产和销售走入正轨，站稳脚跟后，再开始第二期工作。2） 第二期：开始着手氢碘酸的生产。待生产和销售走入正规后，再开始第三期工作。将公司的利润一半用于分红，另一半根据市场情况用于扩大羟基乙酸和氢碘酸的生产规模、以及其它的研发工作。3） 第三期：着手锌酸锂电池的研究和开发。研究以及产业化所需的资金从前面的利润中提取。下面分别介绍三大类产品。1. 羟基乙酸（以及羟基乙酸钠和羟基乙酸钾） 羟基乙酸（glycolic acid），又称乙醇酸或甘醇酸，分子式HOCH2COOH，分子量76，无毒，与环境很友好，白色晶体，易吸潮，熔点80C，高于100C自聚合。工业品通常为70水溶液。 羟基乙酸钠（HOCH2COONa），又称为乙醇酸钠或甘醇酸钠，分子量98，白色晶体，不吸潮。 本项目以羟基乙酸为主，羟基乙酸钠和羟基乙酸钾是附带的中间产品。1.1 市场情况羟基乙酸广泛应用于下列领域1） 化学清洗：用于金属除锈，不会腐蚀金属基体。2） 日用化工：主要是化妆品，为配方中的组分之一。3） 生物医学材料：通过分子间的羟基与羧基之间的酯化反应，脱水生成聚羟基乙酸(CH2COO)n，或与其它羟基羧酸，例如乳酸，CH3CH(OH)COOH，反应生成共聚物。该类聚合物在水溶液中可以通过酯化反应的逆反应缓慢降解，并被生物体吸收，因此广泛应用于各种生物医学材料。根据有关文献，2003年全球羟基乙酸的年产能力约为13万吨。国外主要厂家有美国杜邦公司（Dupont）、美国联合碳化物公司（UCC）、德国赫可特公司（Hoechst）、日本丸和公司（Midori Kagaku）等，国内主要厂家有北京化工厂、靖江宏泰化工有限公司、河北诚信有限公司等十多家。2003年国内年产能力为1.23万吨。2003年国内消费为0.354万吨。根据近年来的增长情况，预计2010年国内市场需求为1.5万吨左右。据网上介绍，重庆鑫富化工有限公司已投资5000万元，建立年产3000吨羟基乙酸生产线，计划于2007年10月投产，但目前在网上并未看见产品介绍。从相关资料分析（该公司在招收氢氰酸操作工），采用的工艺是我们下面将要介绍的“氰化法”。 羟基乙酸钠和羟基乙酸钾主要用作电镀添加剂或化妆品组分。国内生产厂家有泰兴市沃特尔化工有限公司、茂名市科成精细化工有限公司等。市场估计不是很大。1.2 目前的生产工艺羟基乙酸钠是由羟基乙酸与氢氧化钠中和后得到。目前羟基乙酸的生产工艺主要有下列两种。1.2.1 氯乙酸水解法氯乙酸（ClCH2COOH）在碱性（NaOH溶液）条件下水解，得到羟基乙酸钠（HOCH2COONa）粗品（含NaCl）；加入盐酸酸化，然后经甲醇酯化得到羟基乙酸甲酯（HOCH2COOCH3），蒸馏后得到纯品羟基乙酸甲酯；再水解得到羟基乙酸和甲醇，将甲醇蒸馏掉后，得到羟基乙酸水溶液。该工艺流程长，仅适合于小规模生产。氯乙酸有剧毒和强腐蚀性，易污染环境和损耗设备。甲醇虽可循环使用，但挥发消耗大，且有毒，易损害工人健康并污染环境。1.2.2 氰化法以甲醛（HCHO）和氢氰酸（HCN）为原料，发生缩和反应，得到羟基乙腈（HOCH2CN）；再在100150C的酸性条件下水解得到羟基乙酸。该工艺技术简单、操作稳定、产品质量较好，但由于使用剧毒的氰化物，生产过程中对安全的要求较高。目前我国企业一般都采用该工艺。以上两种工艺都只能得到70羟基乙酸水溶液，不能得到无水羟基乙酸固体。原因是，羟基乙酸与水之间的结合很紧密，很难通过加热的方式将水彻底除去，而且羟基乙酸在80C时熔化，高于100C则自聚合。无水羟基乙酸目前只有化学试剂，没有工业品。化学试剂的价格为25元/25克，折合为100万元/吨。1.3 新工艺介绍新工艺的主要原料是乙二醛（CHOCHO）。乙二醛的分子量58，外观黄色晶体或淡黄色液体，熔点15C，沸点50.4C，无毒。工业品一般是40水溶液，呈淡黄色，可以长期保存。国内有很多厂家生产乙二醛。1.3.1 基本原理新工艺依据的基本原理是有机化学中的康尼查罗（Cannizzaro）反应：在碱性条件下，乙二醛中的两个醛基歧化为一个羟基和一个羧基，得到羟基乙酸钠，反应式为CHOCHO + NaOH HOCH2COONa康尼查罗反应必须在强碱性条件下进行，NaOH要过量一倍以上，且有其它副反应发生，不能得到纯品羟基乙酸钠，反应后溶液外观严重发黄。这是该反应在工业上未被采用的原因。我们发现在特定的催化剂作用下，上述康尼查罗反应可以等当量的进行，反应后得到纯品羟基乙酸钠溶液，外观无色透明；烘干后可以直接得到羟基乙酸钠白色结晶。红外光谱测试表明，该结晶是纯的羟基乙酸钠，不含其它杂质。用类似的方法也可以得到羟基乙酸钾和羟基乙酸锂。在上述羟基乙酸钠溶液中加入等当量的盐酸酸化，得到羟基乙酸和氯化钠溶液，经过蒸馏分离，可以得到无水羟基乙酸固体。红外光谱测试表明，该固体是纯的羟基乙酸，不含其它杂质。1.3.2 工艺步骤新工艺大致包括下列步骤：1） 配料：在配料槽中，用去离子水配制一定浓度的氢氧化钠溶液。2） 加料：在反应釜中依次加入乙二醛溶液、氢氧化钠溶液和催化剂。3） 反应：室温下搅拌6小时左右。4） 干燥：如果目标产物是羟基乙酸钠，则将反应后的溶液泵至干燥器中干燥，再经过粉碎、分装后得成品。5） 酸化：加入盐酸，略为搅拌。6） 分离：蒸馏分离掉氯化钠后，得到羟基乙酸成品。一个完整的反应周期大致需要34个工作日。如果利用夜晚的时间来干燥的话，可以缩短到2天。每个生产周期中，各个设备的单独占用时间小于1个工作日，也即设备可以连续使用。所需的主要设备为：普通反应罐、蒸馏装置、干燥器、粉碎机、包装机等。另外应该附加去离子水生产装置。这些都是化工生产中的通用设备。1.3.3 工艺特点1） 康尼查罗反应可以在室温下进行，不需要加热或冷却。2） 康尼查罗反应完成后得到纯品的羟基乙酸钠，不需要分离其它副产物。如果以羟基乙酸钠为目标产物，则产率接近于100，纯度高于99.0。3） 可以得到纯度高于99.0的羟基乙酸，产率大于95，4） 没有使用任何有毒有害物质，也没有危害环境的废料需要排除。过程中只有无机酸钠需要废弃，但不会污染环境。5） 工艺简单，流程短，没有安全问题。6） 设备简单，都是化工生产中的通用设备，没有设备腐蚀的问题。1.4 成本核算和效益分析我们的竞争优势体现在：1）成本低；2）羟基乙酸纯度很高，应该是能达到医药级；3）可以得到无水羟基乙酸的工业品，这在运输和使用上都更为方便，目前还没有厂家能做到；4）生产过程无污染。目前40乙二醛溶液的市场价比较乱，价格从4千元/吨到8千元/吨，价格低的都是进口的，可能是国外倾销，以下均按最高价格计；氢氧化钠市场价为3千元/吨，31盐酸市场价为500元/吨。按产率100计，合成每吨羟基乙酸钠要消耗1.48吨40乙二醛和0.41吨氢氧化钠；每吨羟基乙酸（按纯品计）要消耗1.91吨40乙二醛、0.53吨氢氧化钠和1.55吨31盐酸。按此计算，每吨羟基乙酸钠的原料成本为13070元，每吨羟基乙酸的原料成本为17645元。其它还应包括去离子水和催化剂的成本，但都不大。按前面的计算值上浮10，则每吨羟基乙酸钠的原料成本为14377元，每吨羟基乙酸的原料成本为19410元。目前羟基乙酸钠的市场价为2.7万元/吨。目前工业品70羟基乙酸的市场价为3.1万元/吨。把这些数据转换为按纯品计，则工业品的市场价为4.4万元/吨。我们的产品纯度很高，这是因为生产过程中没有混入任何有害物质。固体羟基乙酸在运输和使用上都较羟基乙酸溶液方便，应该更受客户欢迎，物流成本也大为降低；因此，固体羟基乙酸的售价可以略高于相应的70羟基乙酸溶液。可以看出，原料成本低于市场价的一半。按照化工生产的经验，只要原料成本低于市场价的一半，那么该产品就会产生足够的利润。保守估计，每吨羟基乙酸的利润应该大于1万元。如果年销售能达到1000吨的话，则年利润应该大于1000万元。由于国际市场上也没有固体羟基乙酸，因此我们应该考虑打入国际市场。综合考虑国内和国际市场，年销售1000吨应该是很保守的。按照年产1000吨的规模、全年200个工作日计算，则每天的生产量应为5吨，反应罐的容量应为30吨。去离子水装置应为日产5吨。所需设备都是化工生产中的通用设备，估计设备投资应该在300万元左右。已知30吨的搪瓷反应罐市场价为50万元。所需厂房面积估计为1000平方米。厂房拟在工业区租用。按库存合成25吨羟基乙酸（也即一个星期的生产量）所需的原料计算，原料占用资金为50万元。员工规模估计小于20人，按照每人每月3000元工资（含工作餐、保险、福利、奖金等）计算，全年工资支出为72万元。1.5 后续产品的开发拟继续开发羟基乙酸酯的合成工艺。羟基乙酸酯是一种生物医学材料，目前的市场价很高。例如羟基乙酸乙酯的市场价为31万元/吨，羟基乙酸甲酯的市场价为80万元/吨。酯化反应应该是比较容易做的。目前我们已经开发出一个新的酯化工艺，并已经制得羟基乙酸乙酯的粗品，有关工作还在继续进行中。2. 氢碘酸（以及其它碘化物）氢碘酸（hydroiodic acid）是碘化氢（HI）的水溶液，分子量127.93。碘化氢是无色有腐蚀性的气体，沸点-35.55C，0C 时溶解度为90，10C时溶解度为70。恒沸溶液的组成是56.7，恒沸点126.7C。氢碘酸是强还原剂，易被空气氧化生成碘而使溶液呈黄褐色。光照下也促使氧化。高浓度下在潮湿空气中易发烟。工业品通常为4757的溶液，最高有67的溶液，一般加入少量次亚磷酸作为抗氧化剂。通入氮气、排除空气并密封后，在避光的条件下可以较长期保存。碘化铵（ammonium iodide），NH4I，分子量144.96，白色晶体，易潮解。暴露在空气中因释放出碘而呈黄色。如果隔绝空气，则可以长期保存。碘化钾（potassium iodide），KI，分子量166.00，白色晶体，在空气中比碘化铵稳定。碘化亚铜（cuprous iodide），CuI，分子量190.45，灰色粉末，在空气中很稳定，不吸潮。本项目以氢碘酸为主，其它碘化物是附带的产品。从原理上看，也可以生产其它无机碘化物。2.1 市场情况氢碘酸主要用于合成含碘的药物、有机化合物和一些无机化合物。没有检索到市场需求量。但网络上经营氢碘酸的商家很多，因此估计国内年需求量在1000吨左右。国内目前尚无生产厂家。世界上只有美国有两个厂家，Ajar Chemicals Inc. 和Deepwater Iodides Inc.。碘化铵主要用于制药。碘化钾主要用于医药和食品。碘化亚铜主要用于有机合成催化剂和饲料添加剂，据说可以增加鸡的产蛋量。国内有几个厂家在生产这些碘化物，也在成吨的销售产品。具体市场需求量不清楚。但根据网络上经营商家的数量，估计国内年需求量在1000吨左右。2.2 目前的生产工艺目前氢碘酸的生产工艺有三种：1） 直接法：以铂石棉为催化剂，碘蒸汽（I2）与氢气（H2）在500C下直接反应得到碘化氢气体。工业生产主要是这种方法。2） 间接法：通过红磷（P）与碘（I2）反应得到PI3，水解得到亚磷酸（H3PO3）和氢碘酸（HI）的混合水溶液，在避光的条件下蒸馏得到氢碘酸。实验室中通常用这种方法。3） 电解法：这是一篇美国专利介绍的新方法，为美国纽约电合成公司所开发。用阴离子交换膜和阳离子交换膜把电解槽分隔成阴极区、阳极区和中间区，中间区介于阴离子交换膜和阳离子交换膜之间。在阴极上碘（I2）还原为碘离子（I-），在阳极上氧化产生氢离子（H+），然后I-和H+在中间区复合为氢碘酸。直接法的技术要求很高，这就是只有美国能工业生产氢碘酸的原因所在。电解法中所使用的离子交换膜很贵，由美国杜邦公司所垄断，因此设备投资很大。碘化铵通常由氢碘酸与氨水中和得到碘化铵溶液，然后蒸发结晶得到。反应式为HI + NH3 NH4I碘化钾通常以碘、氢氧化钾和甲酸为原料制备得到。反应式为：3I2 + 6KOH 5KI + KIO3 + 3H2OKIO3 + 3HCOOH KI + 3CO2 + 3H2O碘化亚铜通常以硫酸铜、碘化钾为原料，用二氧化硫还原制备，反应式为2CuSO4 + 2KI + SO2 + 2H2O 2CuI + K2SO4 + 2H2SO42.3 新工艺介绍新工艺的主要原料是碘（I2）。碘的分子量253.8，黑紫色晶体。2.3.1 工艺原理从碘经过还原反应直接制得碘化物。反应可以在室温常压下进行，工艺很简单。将得到的碘化物溶液蒸发结晶后就可以得到碘化物固体，经过密封包装后得到成品。碘化亚铜不需要密封包装。将上面的某种碘化物溶液用氢型离子交换树脂处理，碘化物中的阳离子与离子交换树脂中的氢离子相交换，可以得到氢碘酸。经过某种特殊处理，很容易将含有特定阳离子的离子交换树脂还原为氢型离子交换树脂。2.3.2 工艺步骤1）还原反应：将碘还原，制得碘化物溶液。2）过滤：将碘化物溶液过滤，以除去原料碘中带来的杂质。3）干燥：如果目标产物是碘化物，则将碘化物溶液蒸发结晶后得到固体碘化物。再经过粉碎、分装后得成品。4）离子交换：在过滤后的碘化物溶液中加入抗氧化剂，让溶液缓慢流过氢型离子交换柱，得到氢碘酸溶液，分装、通氮气、密封后得到成品。5）离子交换柱再生：将含有其它阳离子的交换柱重新还原为氢型离子交换柱。2.3.3 工艺特点1）反应都在室温和常压下进行，容易操作。离子交换的工艺可以模仿目前去离子水的制备工艺，二者在原理上是类似的。2）几乎没有三废排除。只有少量废料，为原料碘中带来的固体杂质。3）可以得到浓度高达67的氢碘酸，实际生产中保守估计为65，远高于目前工业品的4757。4）碘化物的产率接近于100。氢碘酸的产率估计能达到95以上。5）制备碘化物的设备很简单，只包括反应罐和干燥器。制备氢碘酸的离子交换设备可以借用去离子水的生产装置，市场上有成套设备供应。2.4 成本核算和效益分析我们的竞争优势体现在：1）成本低；2）氢碘酸为高浓度；3）生产过程无污染。目前国内市场的精碘（纯度99.9）完全依赖进口，原产地一般是智利和中亚国家，国内市场价约为20万元/吨。粗碘（纯度99.0）国内可以生产，市场价约为14.3万元/吨。按照我们的工艺，除了碘化亚铜外，都可以使用粗碘。按产率100计，每吨碘可以生产1.14吨碘化铵、1.31吨碘化钾、1.50吨碘化亚铜、1.75吨57氢碘酸或1.54吨65氢碘酸。换算一下，每吨碘化铵消耗0.88吨碘，每吨碘化钾消耗0.76吨碘，每吨碘化亚铜消耗0.67吨碘，每吨57氢碘酸消耗0.57吨碘，每吨65氢碘酸消耗0.65吨碘。原料成本主要是价格昂贵的碘，除了碘化亚铜按精碘的价格外，其余按粗碘的价格计。因此每吨碘化铵的原料成本是12.6万元，每吨碘化钾的原料成本是10.9万元，每吨碘化亚铜的原料成本是13.4万元，每吨碘化钙的原料成本是12.3万元，每吨57氢碘酸的原料成本是8.2万元，每吨65氢碘酸的原料成本是9.3万元。以上数据上浮10，则每吨碘化铵的原料成本是13.9万元，每吨碘化钾的原料成本是12.0万元，每吨碘化亚铜的原料成本是14.7万元，每吨57氢碘酸的原料成本是9.0万元，每吨65氢碘酸的原料成本是10.2万元。目前由于智利向中国倾销碘化钾，碘化钾的市场价大致在19.8万元/吨。碘化铵的市场价为35万元/吨。碘化亚铜的市场价为30万元/吨。57氢碘酸的市场价为24万元/吨。可以看出，除了碘化钾外，其余产品的市场价都是原料成本的两倍以上，因此都有足够的利润空间。保守估计，每吨57氢碘酸的利润在10万元左右。如果能做到年产和销售100吨的话，则年利润在1000万元。合成氢碘酸的工艺是一个新的工艺，涉及到氢碘酸的抗氧化保存问题，要逐步放大实验，因此相关工作安排在第二期。3. 锌酸锂电池本人曾在北京和深圳的生产厂做过3年的锂离子电池的研发和生产工作，熟悉锂离子电池的整个生产流程。3.1 锂离子电池简介锂离子电池的电芯由三部分组成：钴酸锂（Li2CoO2）正极、隔膜材料（含碳酸二甲酯溶剂和六氟磷酸锂电解质）和碳负极。电芯再加上保护电路，就构成了商品锂离子电池。电池电压一般是3.7伏，远高于现有的镍氢电池和铅酸电池。锂离子电池是一种可以充放电的高能电池。锂离子电池的应用十分广泛，例如手机、数码相机、摄像机等，市场巨大。我国目前锂离子电池行业很兴旺，约占全球生产量的一半。钴是战略物质，自然界中含量少，因此钴酸锂材料的价格较高。碳酸二甲酯易燃，这也就是锂离子电池偶尔爆炸燃烧的原因。3.2 锌酸锂正极材料锌的价格远低于钴。国外有文献报道，