N-甲基吡咯烷酮（NMP）的行業前景及工藝技術
時間(jian)：2023-03-30 17:22:26 來源：創始人(ren)
點擊：0次
N－甲基吡咯烷酮(tong)（NMP）為非質子(zi)溶劑，其特點是(shi)極(ji)性大(da)，沸點高(gao)，粘度小，揮發性小、熱穩定性和化(hua)(hua)學穩定性高(gao)。作為高(gao)性能(neng)溶劑在鋰離(li)子(zi)電池(chi)生產、聚合物合成，電子(zi)化(hua)(hua)學品、絕緣漆及(ji)其他多(duo)個領域(yu)有著(zhu)廣泛(fan)的應用。
NMP來源可分為合成(cheng)(cheng)NMP與回收NMP兩大類別。合成(cheng)(cheng)NMP是指化學合成(cheng)(cheng)得到的NMP產品，工業化生產路線是以γ－丁內酯（GBL）和一甲胺為原料縮合生產NMP產品；回收NMP是指將用作溶(rong)劑的NMP廢液回收提純后實現循環使用。近5～10年(nian)(nian)來，由于鋰(li)電行業的(de)迅(xun)猛發展(zhan)，NMP消(xiao)費(fei)規(gui)模增長迅(xun)速。2022年(nian)(nian)我(wo)國NMP消(xiao)費(fei)量(liang)約(yue)為(wei)152萬噸，其中鋰(li)電領域的(de)消(xiao)費(fei)量(liang)約(yue)為(wei)142.8萬噸，約(yue)占我(wo)國總消(xiao)費(fei)量(liang)的(de)94.0%。隨(sui)著新能(neng)源汽車(che)市場規(gui)模不(bu)斷擴大(da)，鋰(li)電池需求(qiu)量(liang)也隨(sui)之增大(da)。預計到2025年(nian)(nian)，我(wo)國NMP消(xiao)費(fei)量(liang)將達344萬噸。2022—2025年(nian)(nian)間，消(xiao)費(fei)年(nian)(nian)復合增長率在31.3%左右。除用于鋰(li)離子電池(chi)領(ling)域外，NMP在電子化學品(pin)領(ling)域可用作光刻膠脫(tuo)除液、半導(dao)體顯示面板清洗劑。在聚合物(wu)合成中可作為對(dui)位(wei)芳綸、聚苯硫(liu)醚（PPS）和聚酰亞胺(an)（PI）等特種聚合物(wu)的反應(ying)溶劑。在(zai)NMP合成中，絕大多(duo)數生(sheng)產企業都是(shi)采(cai)用(yong)1,4－丁二醇（BDO）脫(tuo)氫制取GBL，然后(hou)(hou)氨(an)(an)化(hua)縮合制備NMP的(de)工(gong)藝路線。三菱化(hua)學采(cai)用(yong)順酐加(jia)氫生(sheng)產GBL，然后(hou)(hou)氨(an)(an)化(hua)縮合得(de)到(dao)NMP。NMP工業化(hua)生(sheng)產(chan)實(shi)現較(jiao)早，生(sheng)產(chan)工藝(yi)成熟，目(mu)前世界范圍內NMP生(sheng)產(chan)的工業化(hua)技術路線主(zhu)要(yao)是GBL和(he)一甲胺縮(suo)合(he)制(zhi)NMP。根(gen)據反應(ying)(ying)條(tiao)件不同，可分為無(wu)催化(hua)反應(ying)(ying)與(yu)催化(hua)反應(ying)(ying)，前者是大多數生(sheng)產(chan)企業采用的生(sheng)產(chan)工藝(yi)。GBL和一甲胺無(wu)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)縮合制NMP是E.Spath等人(ren)(ren)于1936年開發，后被德國BASF和美國GAF公司率先(xian)實現工業化(hua)(hua)(hua)，是目前運用(yong)最普遍的NMP生產技術。由于無(wu)催(cui)化(hua)(hua)(hua)NMP生產工藝(yi)往往需要較高(gao)的溫度(du)、壓力，設備要求高(gao)、能(neng)耗(hao)高(gao)，并且使(shi)用(yong)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)可減少反應條件，節約能(neng)源。因(yin)此，近(jin)年來(lai)國內外許多(duo)研究(jiu)人(ren)(ren)員開始關注催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)在(zai)該過程中的作用(yong)。2008年韓國梨樹化(hua)(hua)(hua)學(xue)采用(yong)ZSM分子篩催(cui)化(hua)(hua)(hua)合成(cheng)技術，可在(zai)一定程度(du)上降(jiang)低反應條件。在國內(nei)，中(zhong)石化(hua)(hua)采用Cu-Zn-Cr-Zr作催化(hua)(hua)劑BDO脫氫氨化(hua)(hua)制NMP工(gong)(gong)藝技(ji)術。催化(hua)(hua)工(gong)(gong)藝雖然(ran)有明顯的優(you)點，但是，由于一(yi)些工(gong)(gong)程技(ji)術問題（如催化(hua)(hua)劑壽命等），目前工(gong)(gong)業化(hua)(hua)應用較(jiao)少。邁(mai)奇(qi)化(hua)學(xue)的(de)NMP生產采用(yong)催化(hua)工藝，其自主(zhu)研發的(de)一種新型(xing)分子篩(shai)ZSM復(fu)合稀土鈰催化(hua)劑，能有效加(jia)快中間(jian)體NMH閉環(huan)的(de)速(su)度(du)。NMP回收提(ti)純(chun)市場(chang)前景廣闊NMP行業沒有很高的(de)進入門(men)檻，由于(yu)下(xia)游鋰電(dian)行業持續景氣，越(yue)來(lai)(lai)越(yue)多(duo)的(de)企業開始生產NMP，行業規模越(yue)來(lai)(lai)越(yue)大(da)(da)。作為溶劑使用的(de)NMP，絕大(da)(da)部分都可以回(hui)收再利用，既能節約成(cheng)本(ben)又(you)能減少對環境的(de)影(ying)響(xiang)。據行業數據顯(xian)示，生產1GWh動力(li)電(dian)池(chi)需(xu)要消耗1500噸(dun)NMP。隨著國內動力(li)電(dian)池(chi)產量的(de)快速增長，NMP的(de)回(hui)收提純市場發(fa)(fa)展迅猛。2021年(nian)以來(lai)(lai)，NMP回(hui)收提純市場呈爆發(fa)(fa)式增長 ，同年(nian)，我國上(shang)馬了一大(da)(da)批NMP回(hui)收提純裝(zhuang)置(zhi)，年(nian)回(hui)收總產能在40萬噸(dun)以上(shang)。根據2022年(nian)動力(li)電(dian)池(chi)產量趨勢，全年(nian)將有82.5萬噸(dun)NMP需(xu)回(hui)收提純，回(hui)收提純產能預計(ji)超過百萬噸(dun)。當前，新(xin)能(neng)(neng)源汽(qi)(qi)車(che)已經成為主流發展趨勢，我國是新(xin)能(neng)(neng)源汽(qi)(qi)車(che)與(yu)動力(li)電池最大生產市(shi)場(chang)和消費市(shi)場(chang)，預計在今后數年內，每年將以20%～30%的(de)速度(du)增長，NMP回收提純仍具有較好的(de)市(shi)場(chang)發展潛力(li)。回(hui)收利用(yong)NMP主要(yao)分為兩種(zhong)模式，一種(zhong)是NMP用(yong)戶自行回(hui)收利用(yong)，形成內循環，另(ling)一種(zhong)是委(wei)托生(sheng)產(chan)廠家(jia)精制，或購買廠家(jia)精制后的NMP產(chan)品(pin)。在NMP生(sheng)產(chan)企業中，既有專營合成產(chan)品(pin)或回(hui)收產(chan)品(pin)的，也有兼具合成和回(hui)收能力(li)的企業。NMP回收提(ti)純技術包括回收和提(ti)純兩部分，NMP尾氣回收目前主(zhu)要處(chu)理工(gong)(gong)藝有：冷凝+蜂巢式(shi)轉輪吸附工(gong)(gong)藝、冷凝+水(shui)噴(pen)淋工(gong)(gong)藝和多級水(shui)噴(pen)淋工(gong)(gong)藝。先(xian)將涂(tu)布尾氣(qi)冷(leng)卻，收集其中的大部分的NMP，再通(tong)過吸附(fu)轉輪將尾氣(qi)處理(li)至(zhi)達標，同(tong)時脫附(fu)的尾氣(qi)返回前端。利用NMP水溶性佳的(de)特點，用水吸收NMP，從(cong)而(er)使尾氣達(da)標排放。各工藝均有其(qi)(qi)適用范圍和優劣(lie)勢，需要根(gen)據(ju)實際生產情況和工程經驗進行選擇。當NMP從尾氣(qi)轉移自水溶液或冷凝成液后(hou)就形成NMP廢(fei)液，其(qi)(qi)純度往(wang)往(wang)達不到(dao)電池(chi)生產的要求(qiu)，需要進一(yi)步(bu)提純后(hou)才能回用。NMP廢液中一(yi)般(ban)含有NMP、水、胺(an)類等其他有機雜質，由(you)于(yu)(yu)電(dian)池(chi)(chi)級(ji)NMP直接用于(yu)(yu)電(dian)極(ji)制作，為保持電(dian)池(chi)(chi)一(yi)致性，對(dui)純度(du)要(yao)(yao)求極(ji)高，因(yin)此(ci)對(dui)回收的純度(du)要(yao)(yao)求嚴(yan)格。
目前主流的回收制電子級NMP都采用精餾技術，區別在于工藝和核心設備設計不同，所能達到的產品品質和回收率差異較大。在NMP價格高漲和用量激增的大背景下，選用高質量、高收率、低消耗的提純工藝是大勢所趨。國(guo)內(nei)方面，天津中福環保NMP廢液提(ti)(ti)(ti)(ti)純系(xi)統采用(yong)預(yu)處理(li)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、精(jing)密精(jing)餾(liu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、高精(jing)度過濾(lv)吸附、換熱網絡優(you)化(hua)以及(ji)其他過程(cheng)強化(hua)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等(deng)核心技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)將NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)(ti)(ti)純至電池級。據悉(xi)，中福環保是較早(zao)研發NMP提(ti)(ti)(ti)(ti)純技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的企業，早(zao)在2014年(nian)就與比(bi)(bi)亞(ya)迪(di)合作(zuo)(zuo)開展NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)(ti)(ti)純與資源化(hua)利用(yong)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的研發與成(cheng)果(guo)轉化(hua)，率先(xian)在國(guo)內(nei)建(jian)成(cheng)NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)(ti)(ti)純裝置(zhi)，實現NMP的廠內(nei)提(ti)(ti)(ti)(ti)純再利用(yong)。此(ci)后(hou)多套NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)(ti)(ti)純項(xiang)目落地投產，相關案例(li)達(da)三(san)十余項(xiang)。與比(bi)(bi)亞(ya)迪(di)、億(yi)緯鋰能(neng)、海辰新能(neng)源、邦普(pu)循(xun)環等(deng)多家(jia)鋰電行業頭部(bu)企業展開合作(zuo)(zuo)，在NMP提(ti)(ti)(ti)(ti)純領域具有良好的市場聲譽。
