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化工原料常见问题

N-甲基吡咯烷酮 NMP行业概览

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  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。

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  NMP市场规模巨大并呈现上升趋势

  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。

  NMP合成技术

  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。

  上海艺之函化学的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回收提纯市场前景广阔

  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回收技术

  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。

  1、冷凝+吸附工艺:

  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。

  2、水喷淋工艺:

  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提纯技术

  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。


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