CN107626186B - 一种膜分离法回收锂电池生产中n-甲基吡咯烷酮废气的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜分离法回收锂电池生产中N‑甲基吡咯烷酮(NMP)废气的工艺，属于有机废气回收技术领域。来自锂电池极片干燥箱中的NMP废气被鼓风设备送入吸收塔中，以水作为溶剂进行吸收，在吸收塔底形成NMP废液，再经循环泵进入多孔陶瓷过滤膜分离器，在多孔陶瓷过滤膜前后压差的作用下NMP和水透过多孔过滤膜，在多孔陶瓷过滤膜后侧形成NMP‑水的清液，截留液返回至循环罐；形成的NMP‑水清液存于清液罐，并在料液泵的作用下进入加热器加热；加热后的清液经渗透汽化膜时，水透过膜层而NMP被截留，从而实现NMP与水的分离。回收过程中操作温度在NMP回收液的沸点以下，被回收的NMP无需高温、负压，不易产生新杂质，能耗低，操作简单，是一种绿色的NMP废气回收工艺。

Description

一种膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的方法 和装置

技术领域

本发明涉及一种膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的方法，尤其涉及一种陶瓷过滤膜与透水型渗透汽化膜耦合回收N-甲基吡咯烷酮的方法，是一种新型、清洁、节能的N-甲基吡咯烷酮废气的回收工艺。

背景技术

N-甲基吡咯烷酮(NMP)是一种极性的非质子传递溶剂，具有挥发度低、化学稳定性好、对粘合剂 PDVF 的溶解性好等优点，广泛用作锂电池阳极的辅助材料。近年来随着锂电池行业的迅猛发展，N-甲基吡咯烷酮的使用量越来越大。然而，选用NMP溶解PVDF，并与锂电池正极粉体材料制成浆料，浆料涂覆于铝箔上，在铝箔烘干过程中会产生含NMP的空气， 此NMP废气的直接排放，不仅污染环境，而且带来原材料的极大浪费。因此，NMP 废气的回收再生具有极大的环境效益和经济效益。常用回收技术以水作为吸收剂，在喷淋塔中对NMP废气进行喷淋吸收，在吸收塔底形成NMP溶液，现有对该NMP废液回收提纯技术主要通过减压精馏的方法实现NMP除水、除固的目的，从而得到NMP成品，达到回收利用的目的。然而，NMP遇空气易发生氧化，产生酸性物质，特别是在水、空气、高温共同作用下氧化作用最为显著；另一方面，NMP遇酸易发生聚合。在负压操作条件下，空气易进入系统，导致NMP的性质发生变化，影响了产品色度、质量以及回收率，甚至可能会出现系统结焦的问题。

发明内容

本发明所实际解决的技术问题是：锂电池阳极的生产过程中会产生的含有NMP的废气，常规的废气回收方法无法较好地回收到较高纯度的NMP溶剂，本发明提出了一种锂电池电极生产中废气的回收方法，是基于吸收、膜分离回收锂电池生产中的NMP废气，该方法同时也能解决负压操作系统易导致空气的混入。

本发明采用的技术构思是：通过在锂电池的电极生产过程中的NMP废气采出，再采用水吸收方法将吸收液中的NMP提至较高浓度，然后通过陶瓷膜在低温条件下进行过滤，截留其中的粉体、颗粒等大分子杂质，再将陶瓷膜滤液送至渗透汽化膜中进行脱水，该工艺一方面可以避免负压操作时系统易进入空气的问题；另一方面由于在低温下操作，能耗低。

具体的技术方案是：

本发明的第一个方面：

一种膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的方法，包括如下步骤：

第1步，将涂覆了含有NMP溶剂的浆料的锂电池极片进行干燥；

第2步，将第1步得到的废气送入吸收塔中，以水作为溶剂进行吸收，使塔底的吸收液中的NMP浓度提高到至少65wt%；

第3步，将第2步得到的塔底的吸收液送入多孔陶瓷膜中进行过滤；

第4步，将第3步得到的多孔陶瓷膜的滤液送入渗透汽化膜中进行脱水，得到回收NMP。

所述的第2步中，吸收液温度在5～60℃，更优选是15～55℃，再优选是20～50℃。

所述的第2步中，使塔底的吸收液中的NMP的浓度为75wt%以上，更优先是80wt%以上。

所述的第3步中，多孔陶瓷膜的过滤过程采用错流过滤的操作方式；多孔陶瓷膜的平均孔径是 2～50nm，更优选5～20nm；操作温度5～50℃，更优选15～45℃，再优选是20～40℃；过滤压力0.1～1Mpa。

所述的第4步中，渗透汽化膜是透水型渗透汽化膜，更优选是无机材质的渗透汽化膜，再优选是NaA分子筛膜。

所述的第4步中，滤液是以液相状态进入渗透汽化膜，渗透汽化过程的操作温度是50～100℃，更优选65～95℃，再优选是80～90℃；渗透汽化膜的渗透侧的压力是绝压小于3000Pa。

本发明的第二个方面：

一种膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的装置，包括有：

极片干燥箱，用于对涂覆了含有NMP溶剂的浆料的锂电池极片进行干燥；

鼓风设备，用于将极片干燥箱中的NMP废气送入吸收塔；

吸收塔，与鼓风设备连接，用于对极片干燥箱中的NMP废气进行吸收；

多孔陶瓷膜，连接于吸收塔的塔底，用于对吸收塔的塔底吸收液进行过滤；

清液罐，连接于多孔陶瓷膜的渗透侧，用于存储得到的渗透液；

渗透汽化膜，连接于清液罐，用于多孔陶瓷膜的渗透液进行脱水；

成品罐，连接于渗透汽化膜的截留侧，用于存储回收的NMP；

渗透液罐，连接于渗透汽化膜的渗透侧，用于存储渗透汽化膜的透过水。

所述的多孔陶瓷膜的平均孔径是 2～50nm，更优选5～20nm。

所述的渗透汽化膜是透水型渗透汽化膜，更优选是无机材质的渗透汽化膜，再优选是NaA分子筛膜。

本发明的第三个方面：

上述的装置在从锂电池极片干燥箱中的NMP废气中回收低色度NMP中的应用。

有益效果

陶瓷过滤膜通常具有多孔支撑层、过度层、微孔膜层，呈非对称分布，过滤精度有微滤、超滤、纳滤。陶瓷膜采用错流过滤的形式进行过滤：在压差作用下，原料液在膜层表面流动，小分子沿垂直膜层表面方向透过膜，大分子被膜截留，可实现固体与液体的分离。特别地，陶瓷膜具有耐酸碱、耐高温、耐有机溶剂、化学稳定性强等优点，其能够用于强极性有机溶剂的过滤分离。陶瓷膜过滤在低温下即可达到固体与液体分离的目的，且操作过程简单。在本专利中，由于水吸收过程中得到的溶液中含有较多的NMP溶剂，而有机材质的滤膜会存在着耐NMP性能不高的问题，长期运行后会导致膜层的破坏；而本发明中采用的陶瓷膜可以能够较好地耐受含有NMP的溶液，并且具有较好的强度，能够较好地去除溶剂中的粉体、颗粒等大分子杂质并且具有运行稳定性。

渗透汽化膜分离技术不受分离体系气液平衡的限制，分离体系无需反复气化和液化，可采用液相进料的方式，仅少量渗透组分产生相变，从而显著降低体系分离的能耗。目前，渗透汽化膜分离技术主要应用领域为有机溶剂脱水，特别是具有良好热化学稳定性的透水型无机膜的成功研制及其商业开发应用，大大推动了渗透汽化脱水技术在化工分离行业中的发展。

本发明采用水吸收方法将吸收液中的NMP提至较高浓度，然后通过陶瓷膜在低温条件下进行过滤，截留其中的粉体、颗粒等大分子杂质，再将陶瓷膜滤液送至渗透汽化膜中进行脱水，该工艺操作温度在回收液的沸点以下，被回收的NMP无需高温、负压，大大提高了产品回收质量，NMP回收溶剂色度低、纯度好，运行能耗低。

本发明中，通过对锂电池极片进行烘干处理后，气体中的NMP通过吸收法回收，提高至较高浓度后，可以降低渗透汽化膜运行负荷；而陶瓷膜材料一方面耐受NMP溶剂，同时去除掉吸收液中的粉体、颗粒等大分子杂质，提高回收NMP溶剂的品质。上述的各个技术环节之间相互协同，紧密耦合，从整体工艺上解决了锂电池电极片生产中含NMP废气的回收问题。

附图说明

图1是本发明所采用的装置结构图；

1、极片干燥箱；2、鼓风设备；3、吸收塔；4、输液泵；5、循环罐；6、循环泵；7、多孔陶瓷膜；8、清液罐；9、料液泵；10、加热器；11、渗透汽化膜；12、冷却器；13、成品罐；14、真空泵；15、冷凝器；16、渗透液罐。

具体实施方式

实施例1

来自锂电池极片干燥箱1中的NMP废气被鼓风设备2送入吸收塔3中，以水作为溶剂，对废气进行吸收，吸收液温度控制在35～45℃之间，水不断循环，当塔底的吸收液中的NMP浓度达到80wt%时，将吸收塔3底的NMP废液通过输液泵4进入循环罐5，并经循环泵6进入多孔陶瓷膜7内，多孔陶瓷膜7的平均孔径5nm，操作方式为错流过滤，操作压力0.5MPa，操作温度40℃，截留液返回至循环罐5，过滤后的NMP-水清液存于清液罐8，并在料液泵9的作用下进入加热器10，NMP-水清液加热至90℃，并以液相方式进入透水型NaA分子筛膜11进行脱水，渗透侧压力控制在500Pa以下。

实施例2

来自锂电池极片干燥箱1中的NMP废气被鼓风设备2送入吸收塔3中，以水作为溶剂，对废气进行吸收，吸收液温度控制在35～45℃之间，水不断循环，当塔底的吸收液中的NMP浓度达到75wt%时，将吸收塔底的NMP废液通过输液泵4进入循环罐5，并经循环泵6进入多孔陶瓷膜7内，多孔陶瓷膜7的平均孔径10nm，操作方式为错流过滤，操作压力0.4MPa，操作温度35℃，截留液返回至循环罐5，过滤后的NMP-水清液存于清液罐8，并在料液泵9的作用下进入加热器10，NMP-水清液加热至85℃，并以液相方式进入透水型NaA分子筛膜11进行脱水，渗透侧压力控制在800Pa以下。

实施例3

来自锂电池极片干燥箱1中的NMP废气被鼓风设备2送入吸收塔3中，以水作为溶剂，对废气进行吸收，吸收液温度控制在35～45℃之间，水不断循环，当塔底的吸收液中的NMP浓度达到80wt%时，将吸收塔底的NMP废液通过输液泵4进入循环罐5，并经循环泵6进入多孔陶瓷膜7内，多孔陶瓷膜7的平均孔径20nm，操作方式为错流过滤，操作压力0.2MPa，操作温度30℃，截留液返回至循环罐5，过滤后的NMP-水清液存于清液罐8，并在料液泵9的作用下进入加热器10，NMP-水清液加热至80℃，并以液相方式进入透水型NaA分子筛膜11进行脱水，渗透侧压力控制在1000Pa以下。

对照例1

与实施例3的区别在于：塔底吸收液中的NMP浓度达到50wt%时即送入陶瓷膜中进行过滤，其它条件相同。

对照例2

与实施例3的区别在于：采用多孔陶瓷膜的平均孔径为200nm，其它条件相同。

以上实施例和对照例得到的回收NMP结果如下：

从上表中可以看出，本发明的方法得到的回收NMP溶剂具有较低的色度。通过实施例3和对照例1相比可以看出，通过吸收塔将吸收液的浓度提高至较高浓度后，可以减小渗透汽化膜的运行负荷量，物料可以较快地完成脱水过程，避免了高温条件对成品的影响，提高成品质量。通过实施例3和对照例2相比可以看出，通过较小孔径的多孔陶瓷膜过滤之后，获得较低色度、较低固体含量的产品。

Claims (5)

1.膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的装置在从锂电池极片干燥箱中的NMP废气中回收低色度NMP中的应用，其特征在于：

所述的应用包括如下步骤：

第1步，将涂覆了含有NMP溶剂的浆料的锂电池极片进行干燥；

第2步，将第1步得到的废气送入吸收塔中，以水作为溶剂进行吸收，使塔底的吸收液中的NMP浓度提高到至少65wt%；

第3步，将第2步得到的塔底的吸收液送入多孔陶瓷膜中进行过滤；

第4步，将第3步得到的多孔陶瓷膜的滤液送入渗透汽化膜中进行脱水，得到回收NMP；

多孔陶瓷膜的过滤过程采用错流过滤的操作方式；多孔陶瓷膜的平均孔径是5nm；操作温度5～50℃；过滤压力0.1～1Mpa；

所述的膜分离法回收锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮废气的装置，包括：

极片干燥箱（1），用于对涂覆了含有NMP溶剂的浆料的锂电池极片进行干燥；

鼓风设备（2），用于将极片干燥箱（1）中的NMP废气送入吸收塔；

吸收塔（3），与鼓风设备（2）连接，用于对极片干燥箱（1）中的NMP废气进行吸收；

多孔陶瓷膜（7），连接于吸收塔（3）的塔底，用于对吸收塔（3）的塔底吸收液进行过滤；

清液罐（8），连接于多孔陶瓷膜（7）的渗透侧，用于存储得到的渗透液；

渗透汽化膜（11），连接于清液罐（8），用于多孔陶瓷膜（7）的渗透液进行脱水；

成品罐（13），连接于渗透汽化膜（11）的截留侧，用于存储回收的NMP；

渗透液罐（16），连接于渗透汽化膜（11）的渗透侧，用于存储渗透汽化膜的透过水。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的第2步中，吸收液温度在5～60℃。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的第2步中，使塔底的吸收液中的NMP的浓度为75wt%以上。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的第4步中，渗透汽化膜是透水型渗透汽化膜是无机材质的渗透汽化膜。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的第4步中，滤液是以液相状态进入渗透汽化膜，渗透汽化过程的操作温度是50～100℃；渗透汽化膜的渗透侧的压力是绝压小于3000Pa。