N-甲基吡咯烷酮（NMP）的行业前景及工艺技术
时间：2023-03-30 17:22:26 来源：创始人
点击：0次
N－甲基吡咯烷酮（NMP）为非质子溶剂，其特点是极性大，沸点高，粘度小，挥发性小、热稳定性和化学稳定性高。作为高性能溶剂在锂离子电池生产、聚合物合成，电子化学品、绝缘漆及其他多个领域有着广泛的应用。
NMP来源可分为合成NMP与回收NMP两大类别。合成NMP是指化学合成得到的NMP产品，工业化生产路线是以γ－丁内酯（GBL）和一甲胺为原料缩合生产NMP产品；回收NMP是指将用作溶剂的NMP废液回收提纯后实现循环使用。近5～10年来，由于锂电行业的迅猛发展，NMP消费规模增长迅速。2022年我国NMP消费量约为152万吨，其中锂电领域的消费量约为142.8万吨，约占我国总消费量的94.0%。随着新能源汽车市场规模不断扩大，锂电池需求量也随之增大。预计到2025年，我国NMP消费量将达344万吨。2022—2025年间，消费年复合增长率在31.3%左右。除用于锂离子电池领域外，NMP在电子化学品领域可用作光刻胶脱除液、半导体显示面板清洗剂。在聚合物合成中可作为对位芳纶、聚苯硫醚（PPS）和聚酰亚胺（PI）等特种聚合物的反应溶剂。在NMP合成中，绝大多数生产企业都是采用1,4－丁二醇（BDO）脱氢制取GBL，然后氨化缩合制备NMP的工艺路线。三菱化学采用顺酐加氢生产GBL，然后氨化缩合得到NMP。NMP工业化生产实现较早，生产工艺成熟，目前世界范围内NMP生产的工业化技术路线主要是GBL和一甲胺缩合制NMP。根据反应条件不同，可分为无催化反应与催化反应，前者是大多数生产企业采用的生产工艺。GBL和一甲胺无催化剂缩合制NMP是E.Spath等人于1936年开发，后被德国BASF和美国GAF公司率先实现工业化，是目前运用最普遍的NMP生产技术。由于无催化NMP生产工艺往往需要较高的温度、压力，设备要求高、能耗高，并且使用催化剂可减少反应条件，节约能源。因此，近年来国内外许多研究人员开始关注催化剂在该过程中的作用。2008年韩国梨树化学采用ZSM分子筛催化合成技术，可在一定程度上降低反应条件。在国内，中石化采用Cu-Zn-Cr-Zr作催化剂BDO脱氢氨化制NMP工艺技术。催化工艺虽然有明显的优点，但是，由于一些工程技术问题（如催化剂寿命等），目前工业化应用较少。迈奇化学的NMP生产采用催化工艺，其自主研发的一种新型分子筛ZSM复合稀土铈催化剂，能有效加快中间体NMH闭环的速度。NMP行业没有很高的进入门槛，由于下游锂电行业持续景气，越来越多的企业开始生产NMP，行业规模越来越大。作为溶剂使用的NMP，绝大部分都可以回收再利用，既能节约成本又能减少对环境的影响。据行业数据显示，生产1GWh动力电池需要消耗1500吨NMP。随着国内动力电池产量的快速增长，NMP的回收提纯市场发展迅猛。2021年以来，NMP回收提纯市场呈爆发式增长 ，同年，我国上马了一大批NMP回收提纯装置，年回收总产能在40万吨以上。根据2022年动力电池产量趋势，全年将有82.5万吨NMP需回收提纯，回收提纯产能预计超过百万吨。当前，新能源汽车已经成为主流发展趋势，我国是新能源汽车与动力电池最大生产市场和消费市场，预计在今后数年内，每年将以20%～30%的速度增长，NMP回收提纯仍具有较好的市场发展潜力。回收利用NMP主要分为两种模式，一种是NMP用户自行回收利用，形成内循环，另一种是委托生产厂家精制，或购买厂家精制后的NMP产品。在NMP生产企业中，既有专营合成产品或回收产品的，也有兼具合成和回收能力的企业。NMP回收提纯技术包括回收和提纯两部分，NMP尾气回收目前主要处理工艺有：冷凝+蜂巢式转轮吸附工艺、冷凝+水喷淋工艺和多级水喷淋工艺。先将涂布尾气冷却，收集其中的大部分的NMP，再通过吸附转轮将尾气处理至达标，同时脱附的尾气返回前端。利用NMP水溶性佳的特点，用水吸收NMP，从而使尾气达标排放。各工艺均有其适用范围和优劣势，需要根据实际生产情况和工程经验进行选择。当NMP从尾气转移自水溶液或冷凝成液后就形成NMP废液，其纯度往往达不到电池生产的要求，需要进一步提纯后才能回用。NMP废液中一般含有NMP、水、胺类等其他有机杂质，由于电池级NMP直接用于电极制作，为保持电池一致性，对纯度要求极高，因此对回收的纯度要求严格。
目前主流的回收制电子级NMP都采用精馏技术，区别在于工艺和核心设备设计不同，所能达到的产品品质和回收率差异较大。在NMP价格高涨和用量激增的大背景下，选用高质量、高收率、低消耗的提纯工艺是大势所趋。国内方面，天津中福环保NMP废液提纯系统采用预处理技术、精密精馏技术、高精度过滤吸附、换热网络优化以及其他过程强化技术等核心技术将NMP溶剂提纯至电池级。据悉，中福环保是较早研发NMP提纯技术的企业，早在2014年就与比亚迪合作开展NMP溶剂提纯与资源化利用技术的研发与成果转化，率先在国内建成NMP溶剂提纯装置，实现NMP的厂内提纯再利用。此后多套NMP溶剂提纯项目落地投产，相关案例达三十余项。与比亚迪、亿纬锂能、海辰新能源、邦普循环等多家锂电行业头部企业展开合作，在NMP提纯领域具有良好的市场声誉。
林海球