六氯環(huán)三磷腈生產(chǎn)可研報(bào)告

六氯環(huán)三磷腈生產(chǎn)的可行性報(bào)告一、六氯環(huán)三磷腈的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)六氯環(huán)三磷腈[英文名]Hexachlorocyclotriphosphazene[分子式][NPCl2]3[分子量]347.66[性質(zhì)]白色粉末狀晶體，熔點(diǎn)：112~114℃，密度：1.98g/cm3CAS#：940-71-6二、六氯環(huán)三磷腈產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域分析：骨架為氮、磷交替結(jié)構(gòu)的六氯環(huán)三磷腈表現(xiàn)出獨(dú)特的熱及化學(xué)性質(zhì)，如：阻燃性、易修飾性和抗油性等，同時(shí)應(yīng)用環(huán)三磷腈來(lái)改變有機(jī)聚合物的性質(zhì)也得到了廣泛的認(rèn)可。六氯環(huán)三磷腈是一種非常重要的反應(yīng)中間體，也是磷腈化學(xué)中最基本的化合物，為制備聚磷腈的單體。通過(guò)六氯環(huán)三磷腈聚合反應(yīng)合成的聚磷腈可應(yīng)用于耐高溫材料、生物醫(yī)用材料、潤(rùn)滑劑、涂層材料、粘合劑等方面。同時(shí)，六氯環(huán)三磷腈衍生物被廣泛應(yīng)用為防火阻燃材料、殺蟲劑、防腐劑、染料及攝影用材料等方面。1、耐高溫涂層和橡膠產(chǎn)品法國(guó)某公司通過(guò)六氯環(huán)三磷腈與聚雙官能團(tuán)化合物進(jìn)行縮合反應(yīng)制備耐高溫的涂層材料，可以涂覆在鋁、鈦、不銹鋼等材料的表面，其熱穩(wěn)定溫度高于260℃。美國(guó)Firestone輪胎公司開發(fā)的聚氟代烷氧基磷腈的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為-70℃可以作為北極和南極等嚴(yán)寒地帶使用的密封件、墊圈等。另外，很多聚芳氧基磷腈有很強(qiáng)的抗氧化性能和成膜性，可用于制造耐候性涂料和電絕緣材料。鹵代環(huán)磷腈與二羥基化合物的縮合產(chǎn)物是類似于橡膠的彈性體，對(duì)酸、堿和有機(jī)溶劑具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和抗沖性，耐γ-射線和紫外線，能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受250℃高溫，短時(shí)間經(jīng)受5402、阻燃液體、潤(rùn)滑劑和熱導(dǎo)介質(zhì)如上式，反應(yīng)產(chǎn)物為液體，具有較高的沸點(diǎn)，可溶于鹵代有機(jī)溶劑，不溶于水，并且不可燃，具有防熱及抗氧化性能，與包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)化合物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此可以特別應(yīng)用于需要高沸點(diǎn)、具有熱穩(wěn)定性的流體作為高溫潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合。芳氧基尤其是氟代芳氧基磷腈和含氟烷氧基磷腈衍生物均具有高自燃點(diǎn)、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性和極低的蒸汽壓等特點(diǎn)，因而在作為耐活性氣體的真空泵油、高溫潤(rùn)滑劑和硬盤表面潤(rùn)滑劑方面具有廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)國(guó)防部和國(guó)家航空航天局為了滿足21世紀(jì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)增加1倍推力的要求，開發(fā)了新的能夠耐受發(fā)動(dòng)機(jī)高溫工作環(huán)境的高級(jí)潤(rùn)滑油。[四(3-三氟甲基苯氧基)-二(4-氟苯氧基)]三聚磷腈(結(jié)構(gòu)式如下圖A所示)有低的傾點(diǎn)(-15℃)、高氧化穩(wěn)定性、良好的減摩抗磨作用。此外，化合物A具有極低的蒸汽壓(60℃為1.173×10-7Pa，330℃下為2.666×3、阻燃、自熄滅材料骨架為磷、氮原子的環(huán)三磷腈表現(xiàn)出獨(dú)特的熱性質(zhì)，比如：阻燃性、自熄滅性。當(dāng)三聚磷腈被引入到熱固性聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，或是引入到熱塑性聚合物的鏈結(jié)構(gòu)中，可以增強(qiáng)材料的抗熱及阻燃性能，這類材料在發(fā)展前景方面廣受重視?？捎糜诟男垣@得或合成氧指數(shù)較高并具有優(yōu)良性能的高分子材料，廣泛用作防火阻燃材料和自熄性材料，用于塑料、紡織、纖維、紙張和木材的阻燃處理。例如：可以通過(guò)二胺取代環(huán)三磷腈反應(yīng)制得聚胺化合物，引入環(huán)三磷腈增強(qiáng)了材料固有的導(dǎo)電及機(jī)械性質(zhì)，具有較高的熱及化學(xué)穩(wěn)定性，較好的抗溶性及空間穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)了材料的阻燃、抗熱性能。如下：Parker等以六氯環(huán)三磷腈為原料，用熔融聚合法合成了許多新型高強(qiáng)度耐火、耐熱聚合物。這些含環(huán)三聚磷腈聚合物的共同特點(diǎn)是在700-800℃焦化率達(dá)804、農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用六氯環(huán)三磷腈水解后其中的氯原子被羥基置換生成[PN(OH)2]3,用胺基置換可得[PN(NH)2]3,如若將液氨在壓力下與六氯環(huán)三磷腈反應(yīng)也可生成這種全氨化衍生物，此類化合物具有無(wú)色吸水性，當(dāng)加熱時(shí)分解、失氨，微溶于冷水而慢慢水解，因此可以作為一種很好的肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。乙酰亞胺與六氯環(huán)三磷腈反應(yīng)得到的產(chǎn)物用于農(nóng)藥中，是紋蠅和其它昆蟲的不育劑，六氯環(huán)三磷腈與環(huán)乙胺反應(yīng)，取代分子中所有的鹵原子，全取代產(chǎn)物具有跟上述產(chǎn)物相似的性質(zhì)，也可以作為昆蟲的不育劑，另外它也用于制備抗腫瘤劑。5、其它方面的應(yīng)用六氯環(huán)三磷腈還可以與疊氮鈉在丙酮中反應(yīng)生成油狀的疊氮化合物，它可用與炸藥中，是一種性能優(yōu)良的爆炸材料[7]。美國(guó)專利[8]中合成出一系列含有乙烯氧基和碳?xì)湮锘鶊F(tuán)的六氯環(huán)三磷腈衍生物，將之加入油漆、粘合劑、包裹材料和薄膜材料中可大大提高這些材料的抗機(jī)械和抗劃傷能力。目前，六氯環(huán)三磷腈的另一衍生物[9]是采用有機(jī)金屬陰離子如[Fe(CO)2CP]-、[Fe2(CO)8]-、[Cr(CO)3CP]-(CP是環(huán)戊二烯)等與六氯環(huán)三磷腈反應(yīng)生成有機(jī)金屬磷腈化合物，這些化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性質(zhì)優(yōu)良，可用于軍事上某些特殊材料的制備。另外六氯環(huán)三磷腈也可以和格氏試劑作用，但是反應(yīng)比較復(fù)雜，例如六氯環(huán)三磷腈可以和有機(jī)銅格氏試劑[Bu3PcuI]4反應(yīng)，生成的一種物質(zhì)是多功能試劑，可以用來(lái)制備用其它方法不易生成的磷腈衍生物。三、國(guó)內(nèi)外六氯環(huán)三磷腈生產(chǎn)情況分析六氯環(huán)三磷腈在國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，日本為主要生產(chǎn)國(guó)。在國(guó)內(nèi)只有浙江寧波博源新材料技術(shù)有限公司、淄博藍(lán)印等2-3家生產(chǎn)單位，但其也僅限于小規(guī)模生產(chǎn)，并沒(méi)有達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)的要求。由于軍事和航空業(yè)的需求，歐盟以及印度等國(guó)家和地區(qū)增加了對(duì)六氯環(huán)三磷腈的需求量，目前六氯環(huán)三磷腈的生產(chǎn)處于供不應(yīng)求的狀況中。1、生產(chǎn)產(chǎn)品所利用資源情況分析制備六氯環(huán)三磷腈的主要原料為五氯化磷和氯化銨，氯苯為反應(yīng)溶劑（90％以上可以回收）。氯化銨為最基本的工業(yè)和農(nóng)業(yè)用化學(xué)品，易于購(gòu)買，進(jìn)貨渠道廣泛。五氯化磷也為常見的磷化工產(chǎn)品。從資源角度，我國(guó)磷礦資源居世界第二位，其中80%以上集中于云、貴、鄂、川、湘五省，湖北探明資源儲(chǔ)量列全國(guó)第三位。據(jù)專家預(yù)測(cè)湖北的磷礦資源就其潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值而言，如果堅(jiān)持深加工，將資源轉(zhuǎn)化價(jià)格增值，其潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值可達(dá)2萬(wàn)億元以上。我國(guó)磷化工行業(yè)雖然發(fā)展迅速，生產(chǎn)和消費(fèi)均有不同程度的增長(zhǎng)，但也面臨著許多問(wèn)題，最為突出的是資源和環(huán)保的問(wèn)題。如黃磷生產(chǎn)中的能耗高，污染嚴(yán)重問(wèn)題。這些問(wèn)題如果得不到解決，將會(huì)嚴(yán)重威脅到行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，這正是目前我國(guó)磷化工行業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。按照《湖北省磷化學(xué)工業(yè)2006-2015發(fā)展規(guī)劃》要求，今后湖北省磷化工要在發(fā)展磷復(fù)肥的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)發(fā)展精細(xì)磷化工，以減小資源、能源消耗和環(huán)境污染，提升產(chǎn)品利潤(rùn)空間，預(yù)計(jì)到2010年全省精細(xì)磷化工產(chǎn)值較現(xiàn)在將翻兩翻，達(dá)到300億元。從出口角度分析，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局資料顯示，世界磷礦資源主要集中在摩洛哥、中國(guó)、美國(guó)等國(guó)家，其中摩洛哥和中國(guó)是世界上磷礦儲(chǔ)量最大的國(guó)家，占世界磷礦經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量的72%。磷礦石成本約占黃磷生產(chǎn)成本的30%，而黃磷成本占下游產(chǎn)品生產(chǎn)成本的60%-70%，因此磷礦價(jià)格已經(jīng)成為左右磷腈產(chǎn)品生產(chǎn)成本的重要因素。豐富的磷礦資源，相對(duì)低的人力成本，已經(jīng)使得中國(guó)成為世界三大磷化工產(chǎn)品出口國(guó)之一。此外，六氯環(huán)三磷腈應(yīng)用廣泛，目前歐盟等地主要將其應(yīng)用于軍工和航空航天領(lǐng)域，使得六氯環(huán)三磷腈具有廣泛的外貿(mào)市場(chǎng)前景。2、制備工藝的發(fā)展情況目前六氯環(huán)三磷腈的合成方法主要有：1)、以PCl5和NH4Cl作為原料直接反應(yīng)。這種方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)品的收率較低，如果延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,生成的三聚體容易聚合交聯(lián),導(dǎo)致副產(chǎn)物增多[10]。2)、用NH3和HCl代替NH4Cl，或者用PCl3和Cl2代替PCl5：此種方法比直接用NH4Cl和PCl5作原料得到的產(chǎn)品收率較高，但由于用HCl和Cl2兩種有毒氣體，工業(yè)化生產(chǎn)相對(duì)較難[10]。3)、將PCl5氣化，通入到分散有NH4Cl的氯苯中進(jìn)行反應(yīng)：該法雖然反應(yīng)時(shí)間較短，但是收率不高，將PCl5氣化，增加了能耗，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。4)、PCl5和NH4Cl在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)間短，收率高。5)、以PCl5和NH4Cl為原料,氯苯為溶劑,金屬氯化物(氯化鎳、氯化鋅和氯化鋇)和吡啶作復(fù)合催化劑，利用微波儀合成六氯環(huán)三磷腈，該方法加熱均勻，升溫速率快，反應(yīng)時(shí)間縮短為10～15min，而且合成過(guò)程中副產(chǎn)物減少，產(chǎn)物收率提高到84%。6)、以PCl5和NH4Cl為原料，吡啶為縛酸劑兩步合成目標(biāo)產(chǎn)物，吡啶可以吸收反應(yīng)生成的氯化氫氣體，加快反應(yīng)速度，大大縮短反應(yīng)時(shí)間，收率最高達(dá)89.4%。采用PCl5和NH4Cl在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)是目前最適合工業(yè)化生產(chǎn)六氯環(huán)三磷腈的方法。一方面，以PCl5和NH4Cl作原料，價(jià)格便宜，符合我國(guó)國(guó)情；另一方面，生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)十幾年的研究，在六氯環(huán)三磷腈的合成方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，多年來(lái)一直致力于優(yōu)化反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑配比等關(guān)鍵技術(shù)。以合成六氯環(huán)三磷腈的純度高于99％為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率可以做到高于60％，這在國(guó)際、國(guó)內(nèi)上都處于領(lǐng)先地位。此外，該法合成六氯環(huán)三磷腈要求工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)中能耗低，建廠投入小，產(chǎn)品附加值高，生產(chǎn)周期短，可以根據(jù)需求隨時(shí)生產(chǎn)。四、產(chǎn)品成本分析及經(jīng)濟(jì)效益分析原料價(jià)格以五氯化磷13000元/噸，氯化銨1000元/噸，氯苯9000元/噸計(jì)算。反應(yīng)中，氯化銨相對(duì)于五氯化磷20％過(guò)量，1噸產(chǎn)物需要10噸氯苯作為溶劑，氯苯回收量以最低的90％計(jì)算。3×208.273×52.5347.65以50％產(chǎn)率計(jì)算，生產(chǎn)1噸產(chǎn)物，需五氯化磷3.6噸，氯化銨1.1噸，消耗氯苯1噸。原料費(fèi)：3.6×13000+1.1×1000+1×9000=66800元/噸外加少量催化劑、氯化氫回收、反應(yīng)加熱、水電資源、人工等費(fèi)用，產(chǎn)品總成本可以控制在10萬(wàn)元/噸以內(nèi)。目前純度＞99.5的六氯環(huán)三磷腈，以低于市價(jià)的25萬(wàn)元/噸計(jì)算，純度＞98%的六氯環(huán)三磷腈，市價(jià)的18-20萬(wàn)元/噸。五、六氯環(huán)三磷腈下游產(chǎn)品1、產(chǎn)品方案以有機(jī)磷系阻燃劑為主導(dǎo)，其他精細(xì)化學(xué)品為輔。在3年內(nèi)將六氯環(huán)三磷腈及其下游的六個(gè)產(chǎn)品一定量投向市場(chǎng)，3年后嘗試向終極的功能性產(chǎn)品領(lǐng)域，以追求利潤(rùn)最大化。10年內(nèi)產(chǎn)品能覆蓋阻燃劑的高端市場(chǎng)，最終形成以技術(shù)來(lái)拓展產(chǎn)品的功能和領(lǐng)域，引導(dǎo)和指導(dǎo)下游用戶積極響應(yīng)本公司產(chǎn)品。2、下游產(chǎn)品下游將生產(chǎn)和開發(fā)的產(chǎn)品有：六(對(duì)乙?；窖趸?-環(huán)三磷腈、六(對(duì)醛基苯氧基)-環(huán)三磷腈、六(對(duì)腈基苯氧基)-環(huán)三磷腈、六苯氧基環(huán)三磷腈、六(對(duì)氨基苯氧基)-環(huán)三磷腈等。六、可行性分析從產(chǎn)品的原料來(lái)源角度，中國(guó)在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，而湖北省在中國(guó)又名列前茅，所以原料來(lái)源廣泛，儲(chǔ)藏量充足。從市場(chǎng)需求角度，歐盟等地區(qū)對(duì)六氯環(huán)三磷腈的需求量很大，市