N-甲基吡咯烷酮（NMP）的行業(yè)前景及工藝技術(shù)
時(shí)間：2023-03-30 17:22:26 來源：創(chuàng)始人
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N－甲基吡咯烷酮（NMP）為非質(zhì)子溶劑，其特點(diǎn)是極性大，沸點(diǎn)高，粘度小，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高。作為高性能溶劑在鋰離子電池生產(chǎn)、聚合物合成，電子化學(xué)品、絕緣漆及其他多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
NMP來源可分為合成NMP與回收NMP兩大類別。合成NMP是指化學(xué)合成得到的NMP產(chǎn)品，工業(yè)化生產(chǎn)路線是以γ－丁內(nèi)酯（GBL）和一甲胺為原料縮合生產(chǎn)NMP產(chǎn)品；回收NMP是指將用作溶劑的NMP廢液回收提純后實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。NMP市場(chǎng)規(guī)模巨大并呈現(xiàn)上升趨勢(shì) 近5～10年來，由于鋰電行業(yè)的迅猛發(fā)展，NMP消費(fèi)規(guī)模增長(zhǎng)迅速。2022年我國NMP消費(fèi)量約為152萬噸，其中鋰電領(lǐng)域的消費(fèi)量約為142.8萬噸，約占我國總消費(fèi)量的94.0%。隨著新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鋰電池需求量也隨之增大。預(yù)計(jì)到2025年，我國NMP消費(fèi)量將達(dá)344萬噸。2022—2025年間，消費(fèi)年復(fù)合增長(zhǎng)率在31.3%左右。除用于鋰離子電池領(lǐng)域外，NMP在電子化學(xué)品領(lǐng)域可用作光刻膠脫除液、半導(dǎo)體顯示面板清洗劑。在聚合物合成中可作為對(duì)位芳綸、聚苯硫醚（PPS）和聚酰亞胺（PI）等特種聚合物的反應(yīng)溶劑。在NMP合成中，絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都是采用1,4－丁二醇（BDO）脫氫制取GBL，然后氨化縮合制備NMP的工藝路線。三菱化學(xué)采用順酐加氫生產(chǎn)GBL，然后氨化縮合得到NMP。NMP工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)較早，生產(chǎn)工藝成熟，目前世界范圍內(nèi)NMP生產(chǎn)的工業(yè)化技術(shù)路線主要是GBL和一甲胺縮合制NMP。根據(jù)反應(yīng)條件不同，可分為無催化反應(yīng)與催化反應(yīng)，前者是大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用的生產(chǎn)工藝。GBL和一甲胺無催化劑縮合制NMP是E.Spath等人于1936年開發(fā)，后被德國BASF和美國GAF公司率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，是目前運(yùn)用最普遍的NMP生產(chǎn)技術(shù)。由于無催化NMP生產(chǎn)工藝往往需要較高的溫度、壓力，設(shè)備要求高、能耗高，并且使用催化劑可減少反應(yīng)條件，節(jié)約能源。因此，近年來國內(nèi)外許多研究人員開始關(guān)注催化劑在該過程中的作用。2008年韓國梨樹化學(xué)采用ZSM分子篩催化合成技術(shù)，可在一定程度上降低反應(yīng)條件。在國內(nèi)，中石化采用Cu-Zn-Cr-Zr作催化劑BDO脫氫氨化制NMP工藝技術(shù)。催化工藝雖然有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是，由于一些工程技術(shù)問題（如催化劑壽命等），目前工業(yè)化應(yīng)用較少。邁奇化學(xué)的NMP生產(chǎn)采用催化工藝，其自主研發(fā)的一種新型分子篩ZSM復(fù)合稀土鈰催化劑，能有效加快中間體NMH閉環(huán)的速度。NMP行業(yè)沒有很高的進(jìn)入門檻，由于下游鋰電行業(yè)持續(xù)景氣，越來越多的企業(yè)開始生產(chǎn)NMP，行業(yè)規(guī)模越來越大。作為溶劑使用的NMP，絕大部分都可以回收再利用，既能節(jié)約成本又能減少對(duì)環(huán)境的影響。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)1GWh動(dòng)力電池需要消耗1500噸NMP。隨著國內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，NMP的回收提純市場(chǎng)發(fā)展迅猛。2021年以來，NMP回收提純市場(chǎng)呈爆發(fā)式增長(zhǎng) ，同年，我國上馬了一大批NMP回收提純裝置，年回收總產(chǎn)能在40萬噸以上。根據(jù)2022年動(dòng)力電池產(chǎn)量趨勢(shì)，全年將有82.5萬噸NMP需回收提純，回收提純產(chǎn)能預(yù)計(jì)超過百萬噸。當(dāng)前，新能源汽車已經(jīng)成為主流發(fā)展趨勢(shì)，我國是新能源汽車與動(dòng)力電池最大生產(chǎn)市場(chǎng)和消費(fèi)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在今后數(shù)年內(nèi)，每年將以20%～30%的速度增長(zhǎng)，NMP回收提純?nèi)跃哂休^好的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/span>回收利用NMP主要分為兩種模式，一種是NMP用戶自行回收利用，形成內(nèi)循環(huán)，另一種是委托生產(chǎn)廠家精制，或購買廠家精制后的NMP產(chǎn)品。在NMP生產(chǎn)企業(yè)中，既有專營合成產(chǎn)品或回收產(chǎn)品的，也有兼具合成和回收能力的企業(yè)。NMP回收提純技術(shù)包括回收和提純兩部分，NMP尾氣回收目前主要處理工藝有：冷凝+蜂巢式轉(zhuǎn)輪吸附工藝、冷凝+水噴淋工藝和多級(jí)水噴淋工藝。先將涂布尾氣冷卻，收集其中的大部分的NMP，再通過吸附轉(zhuǎn)輪將尾氣處理至達(dá)標(biāo)，同時(shí)脫附的尾氣返回前端。利用NMP水溶性佳的特點(diǎn)，用水吸收NMP，從而使尾氣達(dá)標(biāo)排放。各工藝均有其適用范圍和優(yōu)劣勢(shì)，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。當(dāng)NMP從尾氣轉(zhuǎn)移自水溶液或冷凝成液后就形成NMP廢液，其純度往往達(dá)不到電池生產(chǎn)的要求，需要進(jìn)一步提純后才能回用。NMP廢液中一般含有NMP、水、胺類等其他有機(jī)雜質(zhì)，由于電池級(jí)NMP直接用于電極制作，為保持電池一致性，對(duì)純度要求極高，因此對(duì)回收的純度要求嚴(yán)格。
目前主流的回收制電子級(jí)NMP都采用精餾技術(shù)，區(qū)別在于工藝和核心設(shè)備設(shè)計(jì)不同，所能達(dá)到的產(chǎn)品品質(zhì)和回收率差異較大。在NMP價(jià)格高漲和用量激增的大背景下，選用高質(zhì)量、高收率、低消耗的提純工藝是大勢(shì)所趨。國內(nèi)方面，天津中福環(huán)保NMP廢液提純系統(tǒng)采用預(yù)處理技術(shù)、精密精餾技術(shù)、高精度過濾吸附、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及其他過程強(qiáng)化技術(shù)等核心技術(shù)將NMP溶劑提純至電池級(jí)。據(jù)悉，中福環(huán)保是較早研發(fā)NMP提純技術(shù)的企業(yè)，早在2014年就與比亞迪合作開展NMP溶劑提純與資源化利用技術(shù)的研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化，率先在國內(nèi)建成NMP溶劑提純裝置，實(shí)現(xiàn)NMP的廠內(nèi)提純?cè)倮?。此后多套NMP溶劑提純項(xiàng)目落地投產(chǎn)，相關(guān)案例達(dá)三十余項(xiàng)。與比亞迪、億緯鋰能、海辰新能源、邦普循環(huán)等多家鋰電行業(yè)頭部企業(yè)展開合作，在NMP提純領(lǐng)域具有良好的市場(chǎng)聲譽(yù)。
林海球