N-甲基吡咯烷酮（NMP）的行業(yè)前景及工藝技術
時間：2023-03-30 17:22:26 來源：創(chuàng)始人
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N－甲基吡咯烷酮（NMP）為非質子溶劑，其特點是極性大，沸點高，粘度小，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高。作為高性能溶劑在鋰離子電池生產、聚合物合成，電子化學品、絕緣漆及其他多個領域有著廣泛的應用。
NMP來源可分為合成NMP與回收NMP兩大類別。合成NMP是指化學合成得到的NMP產品，工業(yè)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是指將用作溶劑的NMP廢液回收提純后實現(xiàn)循環(huán)使用。NMP市場規(guī)模巨大并呈現(xiàn)上升趨勢 近5～10年來，由于鋰電行業(yè)的迅猛發(fā)展，NMP消費規(guī)模增長迅速。2022年我國NMP消費量約為152萬噸，其中鋰電領域的消費量約為142.8萬噸，約占我國總消費量的94.0%。隨著新能源汽車市場規(guī)模不斷擴大，鋰電池需求量也隨之增大。預計到2025年，我國NMP消費量將達344萬噸。2022—2025年間，消費年復合增長率在31.3%左右。除用于鋰離子電池領域外，NMP在電子化學品領域可用作光刻膠脫除液、半導體顯示面板清洗劑。在聚合物合成中可作為對位芳綸、聚苯硫醚（PPS）和聚酰亞胺（PI）等特種聚合物的反應溶劑。在NMP合成中，絕大多數生產企業(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。三菱化學采用順酐加氫生產GBL，然后氨化縮合得到NMP。NMP工業(yè)化生產實現(xiàn)較早，生產工藝成熟，目前世界范圍內NMP生產的工業(yè)化技術路線主要是GBL和一甲胺縮合制NMP。根據反應條件不同，可分為無催化反應與催化反應，前者是大多數生產企業(yè)采用的生產工藝。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公司率先實現(xiàn)工業(yè)化，是目前運用最普遍的NMP生產技術。由于無催化NMP生產工藝往往需要較高的溫度、壓力，設備要求高、能耗高，并且使用催化劑可減少反應條件，節(jié)約能源。因此，近年來國內外許多研究人員開始關注催化劑在該過程中的作用。2008年韓國梨樹化學采用ZSM分子篩催化合成技術，可在一定程度上降低反應條件。在國內，中石化采用Cu-Zn-Cr-Zr作催化劑BDO脫氫氨化制NMP工藝技術。催化工藝雖然有明顯的優(yōu)點，但是，由于一些工程技術問題（如催化劑壽命等），目前工業(yè)化應用較少。邁奇化學的NMP生產采用催化工藝，其自主研發(fā)的一種新型分子篩ZSM復合稀土鈰催化劑，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)約成本又能減少對環(huán)境的影響。據行業(yè)數據顯示，生產1GWh動力電池需要消耗1500噸NMP。隨著國內動力電池產量的快速增長，NMP的回收提純市場發(fā)展迅猛。2021年以來，NMP回收提純市場呈爆發(fā)式增長 ，同年，我國上馬了一大批NMP回收提純裝置，年回收總產能在40萬噸以上。根據2022年動力電池產量趨勢，全年將有82.5萬噸NMP需回收提純，回收提純產能預計超過百萬噸。當前，新能源汽車已經成為主流發(fā)展趨勢，我國是新能源汽車與動力電池最大生產市場和消費市場，預計在今后數年內，每年將以20%～30%的速度增長，NMP回收提純仍具有較好的市場發(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，形成內循環(huán)，另一種是委托生產廠家精制，或購買廠家精制后的NMP產品。在NMP生產企業(yè)中，既有專營合成產品或回收產品的，也有兼具合成和回收能力的企業(yè)。NMP回收提純技術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+蜂巢式轉輪吸附工藝、冷凝+水噴淋工藝和多級水噴淋工藝。先將涂布尾氣冷卻，收集其中的大部分的NMP，再通過吸附轉輪將尾氣處理至達標，同時脫附的尾氣返回前端。利用NMP水溶性佳的特點，用水吸收NMP，從而使尾氣達標排放。各工藝均有其適用范圍和優(yōu)劣勢，需要根據實際生產情況和工程經驗進行選擇。當NMP從尾氣轉移自水溶液或冷凝成液后就形成NMP廢液，其純度往往達不到電池生產的要求，需要進一步提純后才能回用。NMP廢液中一般含有NMP、水、胺類等其他有機雜質，由于電池級NMP直接用于電極制作，為保持電池一致性，對純度要求極高，因此對回收的純度要求嚴格。
目前主流的回收制電子級NMP都采用精餾技術，區(qū)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。國內方面，天津中福環(huán)保NMP廢液提純系統(tǒng)采用預處理技術、精密精餾技術、高精度過濾吸附、換熱網絡優(yōu)化以及其他過程強化技術等核心技術將NMP溶劑提純至電池級。據悉，中福環(huán)保是較早研發(fā)NMP提純技術的企業(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的研發(fā)與成果轉化，率先在國內建成NMP溶劑提純裝置，實現(xiàn)NMP的廠內提純再利用。此后多套NMP溶劑提純項目落地投產，相關案例達三十余項。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提純領域具有良好的市場聲譽。
林海球