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(shi)人
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N－甲基吡咯(ge)烷(wan)酮（NMP）為非質(zhi)子溶劑，其(qi)特點是極性(xing)(xing)(xing)大，沸點高，粘度小(xiao)，揮發性(xing)(xing)(xing)小(xiao)、熱穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)和化學(xue)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)高。作為高性(xing)(xing)(xing)能溶劑在鋰離子電(dian)(dian)池(chi)生(sheng)產、聚合物(wu)合成(cheng)，電(dian)(dian)子化學(xue)品(pin)、絕緣(yuan)漆(qi)及其(qi)他多個(ge)領域有著廣(guang)泛的應用。
NMP來源可分(fen)為(wei)合(he)成(cheng)NMP與回(hui)收(shou)NMP兩(liang)大(da)類別。合(he)成(cheng)NMP是指化(hua)學合(he)成(cheng)得到(dao)的NMP產(chan)品(pin)，工業化(hua)生產(chan)路線是以(yi)γ－丁內酯（GBL）和一甲胺為(wei)原料縮合(he)生產(chan)NMP產(chan)品(pin)；回(hui)收(shou)NMP是指將(jiang)用作溶劑的NMP廢液回(hui)收(shou)提純后實現循(xun)環使用。近5～10年來，由于鋰電(dian)行(xing)業(ye)的(de)迅猛(meng)發展，NMP消(xiao)費(fei)(fei)規模增長迅速。2022年我(wo)國NMP消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)(liang)約為(wei)152萬(wan)噸，其中鋰電(dian)領域(yu)的(de)消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)(liang)約為(wei)142.8萬(wan)噸，約占我(wo)國總消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)(liang)的(de)94.0%。隨著新能(neng)源汽車(che)市場(chang)規模不(bu)斷擴大，鋰電(dian)池需求量(liang)(liang)(liang)也隨之增大。預計到2025年，我(wo)國NMP消(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)(liang)將(jiang)達344萬(wan)噸。2022—2025年間(jian)，消(xiao)費(fei)(fei)年復(fu)合增長率在31.3%左(zuo)右。除用于鋰離(li)子(zi)電池領域外，NMP在電子(zi)化學品(pin)領域可(ke)用作光刻膠脫除液、半導(dao)體顯示面板清(qing)洗(xi)劑(ji)。在聚(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)合(he)(he)成(cheng)中(zhong)可(ke)作為對位芳(fang)綸(lun)、聚(ju)(ju)苯硫醚（PPS）和聚(ju)(ju)酰亞胺（PI）等特(te)種聚(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)的(de)反應溶劑(ji)。在NMP合(he)成中，絕大多數(shu)生(sheng)產企業都是采用1,4－丁(ding)二醇(chun)（BDO）脫氫(qing)制取(qu)GBL，然后氨化(hua)縮(suo)合(he)制備(bei)NMP的工(gong)藝路線。三菱化(hua)學采用順酐加氫(qing)生(sheng)產GBL，然后氨化(hua)縮(suo)合(he)得到NMP。NMP工業化(hua)(hua)生(sheng)產實(shi)現較早，生(sheng)產工藝成(cheng)熟(shu)，目前(qian)(qian)世(shi)界范圍內NMP生(sheng)產的工業化(hua)(hua)技(ji)術路線主(zhu)要是(shi)GBL和一甲胺(an)縮合制NMP。根據反(fan)應條件不同，可分為無催化(hua)(hua)反(fan)應與催化(hua)(hua)反(fan)應，前(qian)(qian)者是(shi)大多數生(sheng)產企業采(cai)用的生(sheng)產工藝。GBL和(he)一甲胺無(wu)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑縮合制NMP是E.Spath等人(ren)(ren)于1936年開發，后被德國(guo)BASF和(he)美國(guo)GAF公司率先實現工業化(hua)(hua)，是目前運(yun)用最普(pu)遍(bian)的(de)NMP生產技術。由于無(wu)催(cui)(cui)化(hua)(hua)NMP生產工藝往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)溫度、壓力，設備要(yao)求高(gao)(gao)、能耗高(gao)(gao)，并(bing)且使用催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑可減少(shao)反應條件，節約能源。因此(ci)，近(jin)年來國(guo)內外許(xu)多研究人(ren)(ren)員(yuan)開始(shi)關注催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑在(zai)該過程(cheng)中的(de)作用。2008年韓國(guo)梨樹化(hua)(hua)學采用ZSM分子篩催(cui)(cui)化(hua)(hua)合成技術，可在(zai)一定(ding)程(cheng)度上降低反應條件。在國內(nei)，中石化(hua)采(cai)用(yong)(yong)Cu-Zn-Cr-Zr作(zuo)催化(hua)劑BDO脫(tuo)氫氨化(hua)制NMP工藝技術。催化(hua)工藝雖(sui)然有(you)明顯的優點(dian)，但是，由于一些工程技術問(wen)題(ti)（如(ru)催化(hua)劑壽命(ming)等），目前工業化(hua)應用(yong)(yong)較少。邁奇化學的NMP生產采用催化工藝，其自主研發的一(yi)種新型分(fen)子篩ZSM復合稀(xi)土(tu)鈰催化劑，能有效(xiao)加(jia)快中間體NMH閉環的速(su)度。NMP行(xing)(xing)業(ye)沒有很高的(de)進入(ru)門檻，由于下游鋰(li)電(dian)行(xing)(xing)業(ye)持續景氣，越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)企(qi)業(ye)開始生產(chan)(chan)NMP，行(xing)(xing)業(ye)規(gui)模越(yue)來(lai)越(yue)大。作為溶劑使用(yong)(yong)的(de)NMP，絕(jue)大部分都可以(yi)回(hui)收(shou)(shou)再利(li)用(yong)(yong)，既能節(jie)約成本(ben)又能減(jian)少對環境的(de)影響。據行(xing)(xing)業(ye)數(shu)據顯示(shi)，生產(chan)(chan)1GWh動(dong)力(li)電(dian)池(chi)需要消耗1500噸NMP。隨著國內(nei)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)產(chan)(chan)量(liang)(liang)的(de)快速增長，NMP的(de)回(hui)收(shou)(shou)提純(chun)市場發展迅猛。2021年(nian)以(yi)來(lai)，NMP回(hui)收(shou)(shou)提純(chun)市場呈爆發式增長 ，同年(nian)，我國上馬了一大批NMP回(hui)收(shou)(shou)提純(chun)裝置，年(nian)回(hui)收(shou)(shou)總產(chan)(chan)能在(zai)40萬噸以(yi)上。根據2022年(nian)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)產(chan)(chan)量(liang)(liang)趨勢，全年(nian)將有82.5萬噸NMP需回(hui)收(shou)(shou)提純(chun)，回(hui)收(shou)(shou)提純(chun)產(chan)(chan)能預(yu)計超過百萬噸。當前，新能源汽車(che)已經成為(wei)主流發展趨勢，我國是(shi)新能源汽車(che)與(yu)動力電池最大(da)生(sheng)產市(shi)場和消費市(shi)場，預計在今后數年內，每年將以20%～30%的速度增長，NMP回收(shou)提純仍具有(you)較(jiao)好的市(shi)場發展潛力。回(hui)收利(li)(li)用NMP主要分為(wei)兩種(zhong)模式，一種(zhong)是(shi)NMP用戶自行回(hui)收利(li)(li)用，形成內(nei)循環，另一種(zhong)是(shi)委托生(sheng)產(chan)(chan)(chan)廠(chang)家(jia)精制，或購買廠(chang)家(jia)精制后的NMP產(chan)(chan)(chan)品。在NMP生(sheng)產(chan)(chan)(chan)企業中(zhong)，既有專營合成產(chan)(chan)(chan)品或回(hui)收產(chan)(chan)(chan)品的，也有兼具合成和(he)回(hui)收能力的企業。NMP回(hui)收提純技術(shu)包括(kuo)回(hui)收和提純兩部分(fen)，NMP尾氣回(hui)收目前(qian)主要處理(li)工藝有：冷凝+蜂(feng)巢(chao)式(shi)轉(zhuan)輪吸(xi)附工藝、冷凝+水噴淋工藝和多級水噴淋工藝。先將涂布尾氣(qi)冷卻，收集(ji)其(qi)中(zhong)的大部(bu)分的NMP，再通過(guo)吸附轉輪將尾氣(qi)處理至達標，同時脫附的尾氣(qi)返(fan)回前端。利用NMP水溶性佳的特點，用水吸收NMP，從而使尾氣(qi)達標(biao)排放。各工藝(yi)均有其適(shi)用(yong)范(fan)圍和(he)優劣勢，需要(yao)(yao)根據(ju)實際生產情況(kuang)和(he)工程經驗進(jin)行選(xuan)擇。當NMP從尾氣(qi)轉移自水溶液(ye)或(huo)冷凝成液(ye)后(hou)就形(xing)成NMP廢液(ye)，其純度往往達不到電池(chi)生產的要(yao)(yao)求，需要(yao)(yao)進(jin)一步提純后(hou)才能回用(yong)。NMP廢液中(zhong)一般含有NMP、水、胺類等其他有機雜質，由于(yu)(yu)電池級(ji)NMP直接用于(yu)(yu)電極(ji)制作，為(wei)保持電池一致(zhi)性(xing)，對純度(du)要求(qiu)極(ji)高，因此對回收(shou)的純度(du)要求(qiu)嚴格。
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)內方面(mian)，天津中(zhong)福環保(bao)NMP廢液提(ti)(ti)純(chun)系統(tong)采用(yong)預處理技(ji)術(shu)(shu)(shu)、精密(mi)精餾技(ji)術(shu)(shu)(shu)、高精度過(guo)濾吸附、換熱網絡優(you)化(hua)以及其他過(guo)程強化(hua)技(ji)術(shu)(shu)(shu)等(deng)核心(xin)技(ji)術(shu)(shu)(shu)將NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)純(chun)至(zhi)電(dian)(dian)池級(ji)。據悉(xi)，中(zhong)福環保(bao)是較早(zao)研發(fa)NMP提(ti)(ti)純(chun)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的企(qi)業，早(zao)在(zai)2014年就與(yu)比(bi)亞迪合作(zuo)開展NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)純(chun)與(yu)資源化(hua)利(li)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的研發(fa)與(yu)成果轉化(hua)，率(lv)先在(zai)國(guo)內建成NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)純(chun)裝置，實現NMP的廠內提(ti)(ti)純(chun)再利(li)用(yong)。此后(hou)多(duo)套(tao)NMP溶(rong)劑提(ti)(ti)純(chun)項目落地投產，相關案(an)例達三十余項。與(yu)比(bi)亞迪、億緯鋰能、海辰新能源、邦普循環等(deng)多(duo)家鋰電(dian)(dian)行業頭部(bu)企(qi)業展開合作(zuo)，在(zai)NMP提(ti)(ti)純(chun)領域(yu)具有(you)良好的市場(chang)聲譽。
