CN114949904A - 一种高纯电子级n-甲基-2-吡咯烷酮生产方法及装置 - Google Patents

一种高纯电子级n-甲基-2-吡咯烷酮生产方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高纯电子级丙二醇单甲醚生产方法及装置，该装置包括以下两种：第一种为：按工业级N‑甲基‑2‑吡咯烷酮进料到高纯电子级N‑甲基‑2‑吡咯烷酮出料的方向依次串接有阴阳离子脱除器、精密精馏塔、和纳过滤器；第二种为：装置按工业级N‑甲基‑2‑吡咯烷酮进料到高纯电子级N‑甲基‑2‑吡咯烷酮出料的方向依次串接有精密精馏塔、微过滤器、阴阳离子脱除器、脱水处理器、和纳过滤器；阴阳离子脱除器采用离子交换树脂采用混合树脂，主要包括以下几种：体积比为3:1‑3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1‑3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯；本发明提供的装置对N‑甲基吡咯烷酮的提取流程短、能耗低、分离效果好、工艺连续性强、纯度高。

Description

一种高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法及装置
技术领域
本发明涉及到半导体芯片、显示面板、太阳能电池制造等领域所需要的高纯电子化学品N-甲基吡咯烷酮(NMP)，特别是涉及一种高效、节能、灵活利用工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)生产高纯电子级N-甲基吡咯烷酮(NMP)的方法。
背景技术
随着科学技术的突飞猛进，特别是电子行业的迅速发展，需要更多、更高纯度的电子化学品，这些高纯电子化学品主要分为有机和无机两大类，目前国内无机酸类的高纯化学品较为常见，技术也逐渐趋于成熟，但有机溶剂类高纯化学品几乎全部依赖进口，而且核心技术被国外垄断，使得成为制约我国电子行业发展的一大瓶颈。根据国际半导体行业协会提出的要求，其中离子含量和微粒水平是制约该类高纯化学品的瓶颈问题，目前国内技术最多能达到国际半导体行业协会制定的SEMI C-1(G1)标准，电子级N-甲基吡咯烷酮(NMP)产品纯度大于99.9％，金属离子含量低于50ppb，水分小于500ppm。与国际半导体行业协会制定的最高标准SEMI C12(G5)还有很大的距离。
随着半导体和液晶显示技术的迅速发展，对高纯化学品试剂的要求越来越高。在集成电路和液晶显示加工过程中，高纯高洁净化学试剂主要用于芯片，硅圆，液晶显示表面的清洗和刻蚀，其纯度和洁净度对成品率、电性能及可靠性有着十分重大的影响。高纯超净N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为一种重要的电子化学品已经广泛用于半导体和液晶显示。随着集成电路和液晶显示的加工尺寸进入纳米时代，对与之配套的高纯超净N-甲基吡咯烷酮(NMP)提出了更高的要求，需要达到国际半导体设备和材料组织制定的SEMI C12标准，其中金属阳离子含量小于100ppt，颗粒大小控制在0.2μm以下，颗粒个数与电子化学品需求企业协商。
国内高品质、高纯度试剂的研究报道不多，能检索到的资料多停留在基础技术及专利方面的报道。国际上高纯试剂工艺路线属于行业机密。
目前，高纯电子级N-甲基吡咯烷酮(NMP)通常以工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)原料纯化而成。我国目前生产的纯度仅能SEMI C-1(G1)标准，具体专利情况如下：
申请号：202121100632.7；授权号：CN214830033U，申请人：滨州裕能化工有限公司；发明人：宋彦磊，马树凤，吴兴龙，孟宁宁；本文发明提出一种电池级NMP生产系统。依次经过NMP反应床，NMP产品经过二级脱水(常压脱水，减压脱水)，二级精馏，离子交换，微孔过滤器和纳孔过滤，最终得到NMP产品，粗甲胺经过甲胺回收塔，三级吸收，三级冷凝回收甲胺循环使用。该专利没有提及NMP提纯后产品标准，无法生产满足SEMIC8(G3)及以上电子级NMP。
申请号：201310019294.8；授权号：CN103058910B，申请人：濮阳迈奇科技有限公司，广东普润环保科技有限公司；发明人：原思国，沙娇，宋全国，周从章，姚化杰，闫广学，伍卓威；本发明提出采用离子交换纤维脱除N-甲基吡咯烷酮中有机胺杂质的方法。具体：首先对不同基体强酸活弱酸离子交换纤维进行浸泡洗涤预处理，而后采用酸性溶液过柱转型，并用去离子水洗涤至中性，抽干水分，然后将N-甲基吡咯烷酮粗品通过装有抽干水分的离子交换纤维进行吸附分离，得到高纯N-甲基吡咯烷酮。通过电位滴定检测产品中有机胺含量。最后对离子交换纤维再生，重新利用。本发明只需要使用一种离子交换纤维就可以将N-甲基吡咯烷酮提升至电子级。该专利没有对颗粒和金属离子提出控制方法，无法得到SEMIC8(G3)及以上高纯N-甲基吡咯烷酮。
申请号：201080040429.3；授权号：CN102482213B，申请人：三菱化学工程株式会社(日本东京都)；发明人：宫田坚洋，川田智之，加藤胜宽；本发明提出采用双塔减压蒸馏工艺回收锂离子二次电池的制造工序废液中回收NMP。具体：真空泵运转减压至13.3kpa---全回流---第一蒸馏塔底部加热，下部填料层控制130-140℃(由于原料中水等杂质变化幅度较大，控制塔釜温度很困难)---第二精馏塔塔顶压力小于13.3kpa，塔釜温度控制100-130℃，塔顶得到高纯度NMP产品，塔釜重组分出装置。该专利没有对颗粒和金属离子提出控制方法，无法得到SEMI C8(G3)及以上高纯N-甲基吡咯烷酮。
申请号：201180065374.6；授权号：CN103328443B，申请人：三菱化学工程株式会社；发明人：宫田坚洋，川田智之，田村贵弘；(与申请号：201780089100.8；公布号：CN110603246A，申请人：三菱化学工程株式会社；发明人：田村贵弘，武田久隆，工藤佳织思路完全相同)；本发明提供锂离子电池电极制造工序中回收NMP的再生装置。包括原料罐，蒸馏塔和产品罐。蒸馏塔顶分出水和低沸点组分，底部分出高沸点组分，中间得到高纯NMP产品。没有对颗粒和阴阳离子控制无法生产SEMI C8(G3)以上电子级NMP。
申请号：201580015456.8；授权号：CN106132516B，申请人：奥加诺株式会社(日本东京都)；发明人：寺师亮辅；(与申请号：202110209373.x；公布号：CN112933987A；申请人奥加诺株式会社(日本东京都)；发明人：寺师亮辅思路完全相同)；本发明提出采用脱气(脱除氧气和二氧化碳等)，离子交换脱除阴阳离子，渗透气化脱除水，减压蒸发釜脱除颗粒和离子性杂质等难挥发组分，膜过滤MF(微滤)脱除颗粒，最终得到产品的方法。适用于常压下沸点超过100℃的有机溶剂。没有说明对溶剂中离子和颗粒的控制指标，无法确定是否可满足生产SEMI C8(G3)及以上高净高纯电子化学品。
申请号：201780089100.8；公布号：CN110603246A，申请人：三菱化学工程株式会社；发明人：田村贵弘，武田久隆，工藤佳织；(与申请号：201180065374.6；授权号：CN103328443B，申请人：三菱化学工程株式会社；发明人：宫田坚洋，川田智之，田村贵弘思路完全相同)；本发明提供锂离子电池电极制造工序中回收NMP的再生装置。包括原料罐，蒸馏塔和产品罐。蒸馏塔顶分出水和甲酸等低沸点组分，底部分出Υ-丁内酯(GBL)和N-甲基琥珀酰亚胺等高沸点组分，中间得到高纯NMP产品。没有颗粒和阴阳离子控制手段无法生产SEMI C8(G3)及以上电子级NMP。
申请号：201110082019.1；公布号：CN102190611B，申请人：四川天华股份有限公司；发明人：陈德义，王一，杨东，刘孔满，王明洪，王劲松；本发明提出N-甲基吡咯烷酮与Υ-丁内酯(GBL)的提纯方法。将待提纯试剂通过聚苯乙烯-二乙烯苯型非极性大孔树脂柱离子交换后，再用带电纤维素膜过滤，再用不同规格的聚四氟乙烯过滤器，依次粗滤和精滤最终得到电子级产品。(金属小于10ppb，阴离子小于500ppb，水小于500ppm，PH7-9)；大孔树脂由聚苯乙烯-二乙烯苯型阴离子和聚苯乙烯-二乙烯苯型阳离子树脂等重量比混合。
申请号：201720161402.9；公布号：CN206467172U，(与申请号：201710097072.6；授权号：CN107382810B内容完全相同)；申请人：岳阳市德立机械设备有限公司；发明人：张德亮，杨劲，张佳文；本发明采用两塔差压精馏热耦合工艺实现回收NMP的提纯。利用脱重塔(第二精馏塔)压力高，精馏温度高特点，采用其塔顶蒸汽作为脱轻塔(第一精馏塔)的塔底再沸器热源，实现两塔热耦合，可节能50％左右。该专利没有对NMP产品颗粒和离子含量进行控制，无法生产SEMI C8(G3)以上电子级NMP化学品。
申请号：201721342638.9；授权号：CN107674012A；申请人：四川西丹孚能源科技有限公司；发明人：刘剑光，段和蔚，秦明武；(与申请号：201710972842.7；公布号：CN107674012A，申请人：四川西丹孚能源科技有限公司；发明人：刘剑光，段和蔚，秦明武)内容完全相同；本发明公开了一种膜脱水渗透气化法提纯锂离子电池生产中产生的NMP废液并实现回用的方法。采用离子交换装置脱除Li+，Ca2+，Cl-，PO43-，N-甲基琥珀亚胺等杂质后进入脱水膜装置脱除水分，NMP纯度达到99.9％以上，进入提纯脱色单元除去NMP重锈最终得到NMP产品。该专利没有提出NMP产品种颗粒和离子含量控制指标，无法生产G3及以上电子级NMP化学品。
申请号：201810781476.1；公布号：CN108546243A，申请人：天津中福环保科技股份有限公司；发明人：陈德辉，陆丁丁，丁树生，杨程乐；本发明提出采用三塔流程回收锂电池生产中产生NMP气体方法。具体：吸收装置采用水吸收NMP气体，经过两个精馏塔(脱轻塔采用隔壁塔，脱重塔采用常规精馏塔，三塔可以用一个隔壁塔取代)最终脱重塔顶得到99.9％以上NMP产品。本专利对离子和颗粒无限制手段无法生产G3及以上电子级NMP。
申请号：202010498022.0；公布号：CN111620398A，申请人：福建钰融科技有限公司；发明人：吴宏俊，黄致咏，林锦昆，林秋玉；本发明提出采用闪蒸或薄膜蒸发脱固，两塔精馏，过滤回收含NMP的剥离液的方法。具体：薄膜蒸发器或闪蒸罐固液分离后得到的液体(N，N-二甲基乙酰胺41-41.4％，N-甲基甲酰胺29.8-30.1％，N-甲基吡咯烷酮9.8-10.1％)经两塔减压精馏(温度小于145℃，压力1-2kpa，冷凝器温度11-13℃，8-13h)，然后经过过滤得到剥离液产品，其金属离子在10ppb以下，颗粒没有提出控制指标，可以循环利用。该专利得到的剥离液产品无法满足G3，G4，G5级电子化学品要求。
申请号：202011330610.X；公布号：CN112439320A(与申请号：202022740032.9；授权号：CN214004476U内容完全相同)；申请人：浙江汇涌新材料有限公司；发明人：李伟，李辉，张伟，李砚硕；本发明提出采用两级膜分离脱水/一级精馏脱水，一级减压NMP蒸馏处理含水量1-20％NMP原料的方法，塔顶得到NMP产品。该专利没有对NMP产品颗粒和离子含量进行控制，无法生产G3及以上电子级NMP化学品。
申请号：201010284457.1；公布号：CN102399179B；申请人：上海化学试剂研究所；发明人：詹家荣，茅惠萍，沈哲瑜；本发明以工业级NMP为原料经甲胺反应预处理脱除与NMP沸点接近的Υ-丁内酯(GBL)等杂质，4A分子筛吸附脱水，二级膜过滤脱除颗粒，减压精馏脱除其他杂质，三级膜过滤脱除金属离子生产SEMI C8(G3)电子级NMP产品。该方法无法生产SEMI C12(G4)及以上电子级NMP产品。
申请号：201921279026.9；授权号：CN210736625U；申请人：合肥国轩高科动力能源有限公司；发明人：朱钢立；本发明提出采用三级精馏，两级吸附生产电子级氮甲基吡咯烷酮方法。具体：三级精馏脱除水，轻组分和重组分，两级吸附脱除重金属离子，最终得到电子级NMP产品。该专利对产品具体指标没有说明，对颗粒的控制没有手段，无法生产G3及以上电子级NMP产品。
申请号：202110717844.8；公布号：CN113354568A；申请人：合肥中聚合巨电子材料有限公司；发明人：左锐，王维康，黄维德；本发明提出对电子级氮甲基吡咯烷酮除水在手套箱无水环境中采用添加甲基苯甲酸和五氧化二磷到精馏塔中减压精馏实现，水含量可以达到30ppm以下，金属离子达到1ppb。金属离子无法满足G4及以上电子级NMP产品指标要求。
发明内容
针对前述技术问题，本发明的目的包括提供了流程短、能耗低、分离效果好、工艺连续性强、纯度高、杂质含量低的高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法及装置。
本发明的第一方面涉及高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，装置包括以下两种：
第一种为：按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有阴阳离子脱除器、精密精馏塔、和纳过滤器；
第二种为：所述装置按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有精密精馏塔、微过滤器、阴阳离子脱除器、脱水处理器、和纳过滤器；
所述阴阳离子脱除器包括离子交换树脂阴阳离子脱除器或离子交换纤维阴阳离子脱除器；所述离子交换树脂阴阳离子脱除器包括孔径为0.3-0.6mm、粒径均一系数1.2及以下的离子交换树脂；优选的是，所述离子交换树脂的粒径为0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm中的至少一种，所述离子交换树脂的粒径均一系数为1.05、1.1、1.12、1.15、1.16和1.2中的至少一种；所述离子交换纤维阴阳离子脱除器包括孔径为0.6mm及以下的离子交换纤维；优选的是：所述离子交换树脂采用混合树脂，主要包括以下几种：体积比为3:1-3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1-3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯；离子交换纤维采用定制功能性纤维，主要包括磺酸基苯乙烯纤维、季胺基苯乙烯纤维、全氟磺酸纤维中的一种或几种。
进一步的前述装置；所述精密精馏塔包括精密精馏用隔壁塔串和精密精馏用常规精馏塔串；
所述精密精馏用隔壁塔串包括两个带有中间隔壁的隔壁塔；所述隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围4:6至6:4、理论板数为84-96；
所述精密精馏用常规精馏塔包括四个常规精馏塔，所述常规精馏塔的理论板数为45-83。
进一步的前述装置，第一种装置在脱离子之前还包括微过滤或脱水处理器和微过滤器，所述脱水处理器包括脱水处理用隔壁塔、脱水处理用常规精馏塔串、膜分离脱水处理器、脱水剂脱水处理器或吸附脱水处理器中的至少一种；
所述脱水处理用隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围7:3、所述隔壁塔的理论板数为63；脱水处理器用隔壁塔包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的至少一种；
所述脱水处理用常规精馏塔串包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的至少一个理论板数为60的一级脱水处理用常规精馏塔和至少一个理论板数为70的二级脱水处理用常规精馏塔；优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于6个；进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于3个；再进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数为2个；
所述膜分离脱水处理器的分子筛膜选自3A分子筛膜膜、4A分子筛膜、5A分子筛膜中的至少一种；
所述脱水剂脱水处理器的脱水剂选自氢化钙或氯化钙中的至少一种；
所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂选自3A分子筛吸附剂、4A分子筛吸附剂、5A分子筛吸附剂中的至少一种；进一步优选的是：所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂为3A分子筛吸附剂。
进一步的前述装置，所述微过滤器包括孔径为0.2μm及以下、孔径均一系数为1.25及以下的微过滤膜；优选的是，所述微过滤器膜的孔径为0.1μm、0.2μm；进一步优选的是：所述微过滤器膜为聚四氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜中的至少一种；
所述纳过滤器包括孔径为50nm及以下、孔径均一系数为1.3及以下的纳过滤器膜；优选的是，所述纳过滤器膜的孔径为10nm、20nm、30nm或50nm。
本发明的第二方面涉及高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法，该方法是以工业级N-甲基-2-吡咯烷酮作为进料来制得高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮，具体包括如下步骤中的一种或多种：
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分；
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大颗粒；
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中微小颗粒；
还包括脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水，其中：
所述脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水步骤之前或之后，还包括如下步骤：脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子；
其中，所述脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水之后脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子时，脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分；
所述阴离子和/或阳离子主要包括表1所示四组中的至少一组：
表1.阴离子和/或阳离子的分组.
Figure BDA0003695794710000051
Figure BDA0003695794710000061
其中，工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)经过脱水处理器脱除大部分水分，进入微过滤器，脱除颗粒为0.2μm(微米)以上颗粒，进入阴阳离子脱除器，脱除N-甲基吡咯烷酮(NMP)中大部分阴阳离子，然后进入常规精馏塔或隔壁精馏塔，得到的产品N-甲基吡咯烷酮(NMP)通过纳滤滤除10nm(纳米)及以上颗粒；本发明N-甲基吡咯烷酮(NMP)原料为工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)纯度在95％质量含量以上，水含量在100ppm以上，金属离子在100ppt以上，阴离子在50ppb以上，大于0.2μm(微米)颗粒物大于1000个/ml(毫升)。
进一步的前述方法，其以工业级N-甲基-2-吡咯烷酮作为进料时的条件为：进料压力0.2-0.8Mpa，进料温度为50-140℃；优选的是：进料压力选自0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa中的任意一种，以及进料温度选自50℃、60℃、70℃、80℃、120℃、140℃中的任意一种；进一步优选的是包括如下任意一组条件：进料压力0.2Mpa，进料温度120℃；进料压力0.4Mpa，进料温度140℃；进料压力0.3Mpa，进料温度80℃；进料压力0.3Mpa，进料温度70℃；进料压力0.2Mpa，进料温度50℃；进料压力0.2Mpa，进料温度60℃；进料压力0.2Mpa，进料温度50℃。
进一步的前述方法，采用精密精馏塔除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水，精密精馏塔包括精密精馏用常规精馏塔串或精密精馏用隔壁塔串，其中：
所述精密精馏用常规精馏塔串包括至少两个理论板数为10-100的精密精馏用常规精馏塔，常规精馏塔的塔顶压力为200pa-0.5Mpa，塔顶温度为0℃-200℃，回流比为1-10；优选的是：所述隔壁塔的理论板数为45-83，所述塔顶压力为0.1kpa-0.2Mpa，所述塔顶温度为45.4℃-167.8℃，回流比为4-7.5；
进一步优选的是，所述精密精馏用常规精馏塔串及其操作参数包括表2所示四组中的任意一组：
表2.精密精馏用常规精馏塔串及操作参数的分组.
Figure BDA0003695794710000062
Figure BDA0003695794710000071
进一步的前述方法，所述精密精馏用隔壁塔串包括至少一个进料侧和产品采出侧面积比范围1:9至9:1、理论板数为80-100的精密精馏用隔壁塔，所述精密精馏用隔壁塔的塔顶压力为0.1kpa-50kpa，塔顶温度为34.9℃-125.4℃，回流比1-10；优选的是：所述进料侧和产品采出侧面积比范围4:6至6:4、理论板数为84-96，回流比为4.5-7.5；所述精密精馏用隔壁塔串包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的任意一种或多种；所述精密精馏用隔壁塔包括表3所示四组中的任意一组：
表3.精密精馏用隔壁塔串及操作参数的分组.
Figure BDA0003695794710000072
；所述隔壁塔包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的任意一种；
进一步的前述方法，采用阴阳离子脱除器脱除所述工业N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子，其中：
所述阴阳离子脱除器包括离子交换树脂阴阳离子脱除器或离子交换纤维阴阳离子脱除器；所述离子交换树脂阴阳离子脱除器包括孔径为0.3-0.6mm、粒径均一系数1.2及以下的离子交换树脂；优选的是，所述离子交换树脂的粒径为0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm中的至少一种，所述离子交换树脂的粒径均一系数为1.05、1.1、1.12、1.15、1.16和1.2中的至少一种；所述离子交换纤维阴阳离子脱除器包括孔径为0.6mm及以下的离子交换纤维；优选的是：所述离子交换树脂采用混合树脂，主要包括以下几种：体积比为3:1-3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1-3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯；离子交换纤维采用定制功能性纤维，主要包括磺酸基苯乙烯纤维、季胺基苯乙烯纤维、全氟磺酸纤维中的一种或几种。
进一步的前述方法，所述脱水处理用隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围7:3、所述隔壁塔的理论板数为63；脱水处理器用隔壁塔包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的至少一种；
所述脱水处理用常规精馏塔串包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的至少一个理论板数为60的一级脱水处理用常规精馏塔和至少一个理论板数为70的二级脱水处理用常规精馏塔；优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于6个；进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于3个；再进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数为2个；
所述膜分离脱水处理器的分子筛膜选自3A分子筛膜膜、4A分子筛膜、5A分子筛膜中的至少一种；
所述脱水剂脱水处理器的脱水剂选自氢化钙或氯化钙中的至少一种；
所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂选自3A分子筛吸附剂、4A分子筛吸附剂、5A分子筛吸附剂中的至少一种；进一步优选的是：所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂为3A分子筛吸附剂。
进一步的前述方法，本发明N-甲基吡咯烷酮(NMP)原料为工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)纯度在95％质量含量以上，水含量在100ppm以上，金属离子在100ppt以上，阴离子在50ppb以上，大于0.2μm(微米)颗粒物大于1000个/ml(毫升)；优选的是：所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮的组成参见表12中原料的指标。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种流程短，能耗低，分离效果好，工艺连续性强，纯度高，杂质含量低的超净高纯N-甲基吡咯烷酮(NMP)生产方法及装置，得到满足电子化学品SEMI 12标准以上的高洁净高纯N-甲基吡咯烷酮(NMP)产品。工业级N-甲基吡咯烷酮(NMP)经过脱水处理器脱除大部分水分，进入微过滤器，脱除颗粒为0.2μm(微米)以上颗粒，进入阴阳离子脱除器，脱除N-甲基吡咯烷酮(NMP)中大部分阴阳离子，然后进入常规精馏塔或隔壁精馏塔，得到的产品N-甲基吡咯烷酮(NMP)通过纳滤滤除10nm(纳米)及以上颗粒，得到最终满足SEMI C12(G4)标准以上的电子级N-甲基吡咯烷酮(NMP)产品。
附图说明
图1：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置示意图。
图2：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种1的示意图。
图3：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种2的示意图。
图4：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种3的示意图。
图5：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种4的示意图。
图6：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种6的示意图。
图7：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种7的示意图。
图8：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种8的示意图。
图9：是本发明的一种电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置变种9的示意图。
图10：是本发明的对比例5的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮的生产方法及装置的示意图。
图11：是本发明的隔壁塔可能形式示意图；其中A形式中间隔壁；B形式为上隔壁；C形式为下隔壁。
附图标记说明：
1、工业级N-甲基-2-吡咯烷酮；2、脱水器；3、第一脱水后N-甲基-2-吡咯烷酮；4、微过滤器；5、微过滤后N-甲基-2-吡咯烷酮；6、阴阳离子脱除器；7、脱除离子后N-甲基-2-吡咯烷酮；8、一级隔壁塔；9、第一精馏后N-甲基-2-吡咯烷酮；10、二级隔壁塔；11、第二精馏后N-甲基-2-吡咯烷酮；12、纳过滤器；13、电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品；14、轻组分；15、重组分；16、一级常规精馏塔；17、二级常规精馏塔；18、三级常规精馏塔；19、四级常规精馏塔；20、第三精馏后N-甲基-2-吡咯烷酮；21、第四精馏后N-甲基-2-吡咯烷酮。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
术语解释
隔壁塔亦称为隔壁精馏塔，根据作用本发明可以分为脱水处理用隔壁塔、精密精馏用隔壁塔等；
常规精馏塔亦称为精馏塔，根据作用本发明可以分为脱水处理用常规精馏塔、精密精馏用常规精馏塔；
“隔壁塔两侧面积比”亦称为“进料侧和产品采出侧面积比”，“隔壁塔两侧面积比”亦称为“进料侧和产品采出侧横截面积比，是指隔板分割的两侧横截面积比。
“高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮”，本发明亦称为“电子级N-甲基-2-吡咯烷酮”、“高纯电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮”、“符合SEMI C12(G4)标准的超纯N-甲基-2-吡咯烷酮”。
“之前”或“之后”是指，按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向，各个装置的先后串接顺序。
“串接”本发明不做具体限定，能够确保各步骤N-甲基-2-吡咯烷酮通过的现有技术均在本发明的选择范围之内，包括直接连接和间接连接。
在本发明的一些电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置实施例中，
该装置包括以下两种：
第一种为：按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有阴阳离子脱除器、精密精馏塔、和纳过滤器；
第二种为：所述装置按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有精密精馏塔、微过滤器、阴阳离子脱除器、脱水处理器、和纳过滤器；
在一个具体实施例中，如图1所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的脱水处理器2、微过滤器4、阴阳离子脱除器6、精密精馏塔8、精密精馏塔10和纳过滤器12，在一些具体实施例中，还包括与脱水处理器、微过滤器、阴阳离子脱除器、精密精馏塔相应的泵和换热器等辅助设备。应用本发明实施例的装置能够提供一种流程短、能耗低、分离效果好、工艺连续性强、纯度高、杂质含量低的超净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法，得到满足电子化学品SEMI C12(G4)标准以上的高洁净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品。本发明实施例的脱水处理器2，脱除N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分，微过滤器4脱除N-甲基-2-吡咯烷酮中的大颗粒，阴阳离子脱除器6脱除N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分阳离子和阴离子，精密精馏塔8、10脱除N-甲基-2-吡咯烷酮中的小部分水、有机杂质等，最后纳过滤器12脱除N-甲基-2-吡咯烷酮液体中微小颗粒，使N-甲基-2-吡咯烷酮中水、颗粒及其他杂质含量满足电子化学品SEMI C12(G4)标准以上要求。最终，实现从工业级N-甲基-2-吡咯烷酮生产满足电子化学品最高标准要求的高纯N-甲基-2-吡咯烷酮。
下面示例性的说明应用本发明实施例的装置制备满足电子化学品SEMI C12(G4)标准以上的高洁净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品。
继续参考图1，来自界区外的工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进入脱水处理器2脱除大部分水分，脱水处理器2可以采用常规精馏塔或隔壁塔脱水、脱水剂脱水、膜分离脱水和吸附脱水四种方法，脱水剂选自氢化钙、氯化钙，分离膜选自3A分子筛膜、4A分子筛膜、5A分子筛膜，吸附剂选自3A分子筛吸附剂、5A分子筛吸附剂，在另外一些实施例中也可以通过渗透膜蒸发脱水，渗透蒸发膜为亲水膜；脱水后的N-甲基-2-吡咯烷酮3进入微过滤器4，脱除颗粒为0.2μm以上颗粒(大颗粒)，微过滤器可以采用孔径为0.2μm及以下、孔径均一系数为1.25及以下的聚四氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜；微过滤后进入阴阳离子脱除器6，脱除N-甲基-2-吡咯烷酮中大部分阴阳离子，阴阳离子脱除器6可以采用离子交换树脂或离子交换纤维，比如，体积比为3:1-3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1-3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯，离子交换树脂和离子交换纤维的粒径在0.6mm及以下，粒径均一系数1.2及以下，离子交换树脂包括磺酸基苯乙烯树脂、羧基苯乙烯树脂，季胺基苯乙烯树脂、全氟磺酸树脂、磺化聚醚砜树脂中的一种或几种，离子交换纤维包括磺酸基苯乙烯纤维、羧基苯乙烯纤维、季胺基苯乙烯纤维、全氟磺酸纤维、磺化聚醚砜纤维中的一种或几种；脱除阴阳离子N-甲基-2-吡咯烷酮7进入精密精馏塔(多级精馏装置)，多级精馏采用常规精馏塔或隔壁塔，比如可以是包括常规精馏塔16、常规精馏塔17、常规精馏塔18、常规精馏塔19，或可以是隔壁塔8和隔壁塔10，根据实际原料和产品标准要求可以增加或减少精密精馏塔数目至0-6个。本发明另外一些实施例中，隔壁塔在满足相同分离精度要求条件下可大幅降低常规精馏塔数目，可以把原来两个常规精馏塔减少至一座塔，把原来4座精馏塔减少至两座塔，把常规6座精馏塔减少至3座精馏塔，大幅降低和能耗和投资，隔壁塔两侧面积比范围为1:9至9:1，参见图11，隔壁塔形式主要有中间隔壁、上隔壁、下隔壁三种，但不限于以上三种；精密精馏得到的产品N-甲基-2-吡咯烷酮通过纳过滤器12滤除50nm以上颗粒，纳过滤膜采用孔径为50nm及以下、孔径均一系数为1.3及以下的纳过滤膜，纳过滤膜选自聚四氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚酰亚胺膜或聚酰胺膜，最终得到满足SEMI C12(G4)标准以上要求的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品13，可以进入产品桶封存。
下面是电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置的装置实施例。
装置实施例1，如图2所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的脱水处理器2、微过滤器4、阴阳离子脱除器6、二级隔壁塔10和纳过滤器12；具体优选的实施例中，脱水处理器2采用一级隔壁塔8，隔壁塔采用A型形式，两侧面积比为7:3，理论板数为63；微过滤器4采用0.2μm孔径均一系数为1.1的聚四氟乙烯膜；阴阳离子脱除器6采用粒径0.4mm、均一系数为1.1磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为2：1；二级隔壁塔10采用A形式，两侧面积比4:6，理论板数96；纳过滤器12采用孔径为10nm、均一系数为1.3的聚四氟乙烯膜。
装置实施例2，如图3所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的精馏塔16、精馏塔17、微过滤器4、阴阳离子脱除器6、精馏塔18、精馏塔19和纳过滤器12，具体优选的实施例中，脱水处理器2包括一级常规精馏塔16和二级常规精馏塔17，一级常规精馏塔16的理论板数60；二级常规精馏塔17的理论板数70，微过滤器4采用0.2μm、孔径均一系数1.2的聚酰亚胺膜，阴阳离子脱除器6采用粒径0.5mm、均一系数为1.15的全氟磺酸和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为2：1，精馏塔18的理论板数56；精馏塔19的理论板数61，纳过滤器12采用孔径为20nm、孔径均一系数为1.25的聚四氟乙烯膜。
装置实施例3，如图4所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的一级隔壁塔8、二级隔壁塔10、微过滤器4、阴阳离子脱除器6、脱水处理器2和纳过滤器12，具体优选的实施例中，隔壁塔8采用A形式，一级隔壁塔8的两侧面积比4:6，理论板数84，二级隔壁塔10采用B形式，隔壁塔10的两侧面积比4:6，理论板数92；微过滤器4采用0.1μm、孔径均一系数1.25的聚四氟乙烯膜，阴阳离子脱除器6采用粒径0.6mm、孔径均一系数为1.05的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：2，纳过滤器12采用孔径为20nm、孔径均一系数为1.2的聚酰亚胺膜。
装置实施例4，如图5所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的一级常规精馏塔16、二级常规精馏塔17、三级常规精馏塔18、四级常规精馏塔19、微过滤器4、阴阳离子脱除器6、脱水处理器2和纳过滤器12，具体优选的实施例中，一级常规精馏塔16的理论板数83；二级常规精馏塔17的理论板数75；三级常规精馏塔18的理论板数55；四级常规精馏塔19的理论板数58；微过滤器4采用0.2μm、孔径均一系数为1.15的聚四氟乙烯膜，阴阳离子脱除器6采用粒径0.3mm、均一系数为1.2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：2，脱水处理器2采用4A分子筛膜，纳过滤器12采用孔径为10nm、孔径均一系数为1.25的聚酰亚胺膜。
装置实施例5，如图6所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的微过滤器4、阴阳离子脱除器6、一级隔壁塔8、二级隔壁塔10和纳过滤器12，具体优选的实施例中，微过滤器4采用0.1μm、孔径均一系数为1.25的聚酰胺膜，阴阳离子脱除器6采用粒径0.5mm、粒径均一系数1.12的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：1，一级隔壁塔8采用A形式，隔壁塔8的两侧面积比5:5，理论板数94；隔壁塔10采用C形式，隔壁塔10两侧面积比6:4，理论板数88，纳过滤器12采用孔径为30nm、孔径均一系数为1.1的聚酰胺膜。
装置实施例6，如图7所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串微过滤器4、阴阳离子脱除器6、精馏塔16、精馏塔17、精馏塔18、精馏塔19和纳过滤器12，具体优选的实施例中，微过滤器4采用0.2μm、孔径均一系数为1.2的聚酰亚胺膜；阴阳离子脱除器6采用粒径0.6mm、粒径均一系数为1.05的全氟磺酸和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：1，一级精馏塔16的理论板数87；二级常规精馏塔17的理论板数57；三级常规精馏塔18的理论板数56；四级常规精馏塔19的理论板数45，纳过滤器12采用孔径为10nm、孔径均一系数为1.25的聚酰胺膜。
装置实施例7，如图8所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的阴阳离子脱除器6、隔壁塔8和隔壁塔10和纳过滤器12，具体优选的实施例中，阴阳离子脱除器6采用粒径0.5mm、粒径均一系数为1.1的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯混合树脂体积比3：2，隔壁塔8采用B形式，两侧面积比4:6，理论板数92；隔壁塔10采用C形式，两侧面积比5:5，理论板数85，纳过滤器12采用50nm、孔径均一系数为1.05的聚酰亚胺膜。
装置实施例8，如图9所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的阴阳离子脱除器6、精馏塔16、精馏塔17、精馏塔18、精馏塔19和纳过滤器12，具体优选的实施例中，阴阳离子脱除器6采用粒径0.4mm、粒径均一系数为1.16的全氟磺酸和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：2，一级常规精馏塔16的理论板数81；二级常规精馏塔17的理论板数76；三级常规精馏塔18的理论板数53；四级常规精馏塔19的理论板数50，纳过滤器12采用50nm、孔径均一系数为1.06的聚四氟乙烯膜。
装置对比例1，如图10所示的电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，该装置包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮1进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮13出料的方向串接的精馏塔16、精馏塔17、精馏塔18、精馏塔19、阴阳离子脱除器6和纳过滤器12，一级常规精馏塔16的理论板数81；二级常规精馏塔17的理论板数76；三级常规精馏塔18的理论板数53；四级常规精馏塔19的理论板数50，阴阳离子脱除器6采用粒径0.4mm、粒径均一系数为1.16的全氟磺酸和季胺基苯乙烯混合树脂体积比为3：2，纳过滤器12采用50nm、孔径均一系数为1.06的聚四氟乙烯膜。
在本发明的一些电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法实施例中，其方法是以工业级N-甲基-2-吡咯烷酮作为进料来制得高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮，具体包括如下步骤中的一种或多种：
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分；
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大颗粒；
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水；
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中微小颗粒；
还包括脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水，其中：
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水步骤之前或之后，还包括如下步骤：脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子；
其中，脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水之后脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子时，脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分。
脱除工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子，阴离子和/或阳离子主要包括表1所示四组中的至少一组：
表1.阴离子和/或阳离子的分组
Figure BDA0003695794710000131
Figure BDA0003695794710000141
下面是电子级高纯N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法的实施例。
实施例1
继续参考图2，装置中各部件对应的参数如表4所示，
表4.实施例1装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000142
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表12。
实施例2
继续参考图3，装置中各部件对应的参数如表5所示，
表5.实施例2装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000143
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表12。
实施例3(优选实施例)
继续参考图4，装置中各部件对应的参数如表6所示，
表6.实施例3装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000151
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表12。
实施例4(优选实施例)
继续参考图5，装置中各部件对应的参数如表7所示，
表7.实施例4装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000152
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表12。
实施例5(优选实施例)
继续参考图6，装置中各部件对应的参数如表8所示，
表8.实施例5装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000161
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表13。
实施例6
继续参考图7，装置中各部件对应的参数如表9所示，
表9.实施例6装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000162
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表13。
实施例7
继续参考图8，装置中各部件对应的参数如表10所示，
表10.实施例7装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000163
Figure BDA0003695794710000171
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表13。
实施例8
继续参考图9，装置中各部件对应的参数如表11所示，
表11.实施例8装置中各部件对应的参数.
Figure BDA0003695794710000172
得到高于SEMI C12(G4)标准的高净高纯N-甲基-2-吡咯烷酮产品，产品指标见表13。
对比例1
本对比例与实施例1原料和流程相同，继续参考图2，与实施例1的区别在于离子交换脱除器采用树脂相同，但是树脂粒径均一系数改变为1.3。产品指标见表14。钠，铅，钙，钾，硼和硅无法满足SEMI C12(G4)要求；钠，铅，钙，钾，硼，硅，铁，铜，砷和钴无法满足SEMIC12(G5)要求。
对比例2
本对比例与实施例2原料和流程相同，继续参考图3，与实施例2的区别在于离子交换脱除器采用的离子交换树脂粒径改变为0.7mm。产品指标见表14。钠，铅，钙，钾，硼和硅无法满足SEMI C12(G4)要求；钠，铅，钙，钾，硼，硅，铁，铜，砷，钴，钛和锡无法满足G5要求。
对比例3
本对比例与实施例7原料和流程相同，继续参考图8，与实施例7的区别在于，将纳过滤器孔径均一系数改变为1.4，其他相同。产品指标见表2。颗粒无法满足SEMI C12(G4)和SEMI C12(G5)。
对比例4
本对比例与实施例8原料和流程相同，继续参考图9，与实施例8的区别在于将纳过滤器孔径改变为100nm，其他相同。产品指标见表2。颗粒无法满足SEMI C12(G4)和SEMI C12(G5)要求。
对比例5
本对比例进料及操作条件与实施例8完全相同，区别在于将离子交换树脂和精馏顺序调换，继续参考图10，产品指标见表2。水含量无法满足SEMI C12(G4)要求。
本对比例与实施例3原料和流程相同，继续参考图4，与实施例3的区别在于，隔壁塔(8)的型式由A改变为B，其他相同。产品指标见表2(续)。纯度满足SEMI C12(G4)和G5要求。
对比例7
本对比例与实施例3原料和流程相同，继续参考图4，与实施例3的区别在于，隔壁塔(8)的型式由A改变为C，隔壁塔(10)的型式也由B改变为C，其他相同。产品指标见表2(续)。纯度无法满足SEMI C12(G4)和G5要求。
对比例8
本对比例与实施例3原料和流程相同，继续参考图4，与实施例3的区别在于，隔壁塔(8)的型式由A改变为B，隔壁塔(10)的型式也由B改变为A，其他相同。产品指标见表2(续)。纯度满足SEMI C12(G4)要求，但无法满足G5要求。
试验例1
对实施例1-8和对比例1-5的电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮中的成分进行含量检测，检测仪器为：阳离子采用安捷伦ICP-MS/MS8900，阴离子采用瑞士万通940离子色谱，水含量采用851型库伦法卡式水分析仪，有机杂质采用安捷伦GC-MS气相色谱。结果见表12-15，表12中的原料指的是工业级N-甲基-2-吡咯烷酮。
表12.实施例1-4的电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮内的各成分的含量检测结果.
Figure BDA0003695794710000181
Figure BDA0003695794710000191
Figure BDA0003695794710000201
表13.实施例5-8的电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮内的各成分的含量检测结果.
Figure BDA0003695794710000202
Figure BDA0003695794710000211
表14.对比例1-5的电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮内的各成分的含量检测结果.
Figure BDA0003695794710000212
Figure BDA0003695794710000221
表15.对比例6-8的电子化学品N-甲基-2-吡咯烷酮内的各成分的含量检测结果
Figure BDA0003695794710000231
Figure BDA0003695794710000241
以上表格是为了说明N-甲基-2-吡咯烷酮原料中含有的组分，其组分含量与来源很大的关系，但不限制该发明的适用性，经过该专利发明方法生产的N-甲基-2-吡咯烷酮产品均可达到SEMI C12(G4)以上标准要求。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产装置，其特征在于：所述装置包括以下两种：
第一种为：按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有阴阳离子脱除器、精密精馏塔、和纳过滤器；
第二种为：所述装置按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向依次串接有精密精馏塔、微过滤器、阴阳离子脱除器、脱水处理器、和纳过滤器；
所述阴阳离子脱除器包括离子交换树脂阴阳离子脱除器或离子交换纤维阴阳离子脱除器；所述离子交换树脂阴阳离子脱除器包括孔径为0.3-0.6mm、粒径均一系数1.2及以下的离子交换树脂；优选的是，所述离子交换树脂的粒径为0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm中的至少一种，所述离子交换树脂的粒径均一系数为1.05、1.1、1.12、1.15、1.16和1.2中的至少一种；所述离子交换纤维阴阳离子脱除器包括孔径为0.6mm及以下的离子交换纤维；优选的是：所述离子交换树脂采用混合树脂，主要包括以下几种：体积比为3:1-3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1-3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯；离子交换纤维采用定制功能性纤维，主要包括磺酸基苯乙烯纤维、季胺基苯乙烯纤维、全氟磺酸纤维中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述精密精馏塔包括精密精馏用隔壁塔串和精密精馏用常规精馏塔串；
所述精密精馏用隔壁塔串包括两个带有中间隔壁的隔壁塔；所述隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围4:6至6:4、理论板数为84-96；
所述精密精馏用常规精馏塔包括四个常规精馏塔，所述常规精馏塔的理论板数为45-83。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一种装置在脱离子之前还包括微过滤或脱水处理器和微过滤器，所述脱水处理器包括脱水处理用隔壁塔、脱水处理用常规精馏塔串、膜分离脱水处理器、脱水剂脱水处理器或吸附脱水处理器中的至少一种；
所述脱水处理用隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围7:3、所述隔壁塔的理论板数为63；脱水处理器用隔壁塔包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的至少一种；
所述脱水处理用常规精馏塔串包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的至少一个理论板数为60的一级脱水处理用常规精馏塔和至少一个理论板数为70的二级脱水处理用常规精馏塔；优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于6个；进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于3个；再进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数为2个；
所述膜分离脱水处理器的分子筛膜选自3A分子筛膜膜、4A分子筛膜、5A分子筛膜中的至少一种；
所述脱水剂脱水处理器的脱水剂选自氢化钙或氯化钙中的至少一种；
所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂选自3A分子筛吸附剂、4A分子筛吸附剂、5A分子筛吸附剂中的至少一种；进一步优选的是：所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂为3A分子筛吸附剂。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述微过滤器包括孔径为0.2μm及以下、孔径均一系数为1.25及以下的微过滤膜；优选的是，所述微过滤器膜的孔径为0.1μm、0.2μm；进一步优选的是：所述微过滤器膜为聚四氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜中的至少一种；
所述纳过滤器包括孔径为50nm及以下、孔径均一系数为1.3及以下的纳过滤器膜；优选的是，所述纳过滤器膜的孔径为10nm、20nm、30nm或50nm。
5.一种高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮生产方法，其特征在于：所述方法是以工业级N-甲基-2-吡咯烷酮作为进料来制得高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮，具体包括如下步骤中的一种或多种：
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分；
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大颗粒；
脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中微小颗粒；
还包括脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水，其中：
所述脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水步骤之前或之后，还包括如下步骤：脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子；
其中，所述脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水之后脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子时，脱除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分；
所述阴离子和/或阳离子主要包括表1所示四组中的至少一组：
表1.阴离子和/或阳离子的分组
Figure FDA0003695794700000031
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：采用精密精馏塔除所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮中有机杂质和少部分水，所述精密精馏塔包括精密精馏用常规精馏塔串或精密精馏用隔壁塔串，其中：
所述精密精馏用常规精馏塔串包括至少两个理论板数为10-100的精密精馏用常规精馏塔，常规精馏塔的塔顶压力为200pa-0.5Mpa，塔顶温度为0℃-200℃，回流比为1-10；优选的是：所述隔壁塔的理论板数为45-83，所述塔顶压力为0.1kpa-0.2Mpa，所述塔顶温度为45.4℃-167.8℃，回流比为4-7.5；
进一步优选的是，所述精密精馏用常规精馏塔串及其操作参数包括表2所示四组中的任意一组：
表2.精密精馏用常规精馏塔串及操作参数的分组
Figure FDA0003695794700000041
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述精密精馏用隔壁塔串包括至少一个进料侧和产品采出侧面积比范围1:9至9:1、理论板数为80-100的精密精馏用隔壁塔，所述精密精馏用隔壁塔的塔顶压力为0.1kpa-50kpa，塔顶温度为34.9℃-125.4℃，回流比1-10；优选的是：所述进料侧和产品采出侧面积比范围4:6至6:4、理论板数为84-96，回流比为4.5-7.5；所述精密精馏用隔壁塔串包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的任意一种或多种；进一步优选的是包括表3所示四组中的任意一组：
表3.精密精馏用隔壁塔串及操作参数的分组
Figure FDA0003695794700000051
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：采用阴阳离子脱除器脱除所述工业N-甲基-2-吡咯烷酮中阴离子和/或阳离子，其中：
所述阴阳离子脱除器包括离子交换树脂阴阳离子脱除器或离子交换纤维阴阳离子脱除器；所述离子交换树脂阴阳离子脱除器包括孔径为0.3-0.6mm、粒径均一系数1.2及以下的离子交换树脂；优选的是，所述离子交换树脂的粒径为0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm中的至少一种，所述离子交换树脂的粒径均一系数为1.05、1.1、1.12、1.15、1.16和1.2中的至少一种；所述离子交换纤维阴阳离子脱除器包括孔径为0.6mm及以下的离子交换纤维；优选的是：所述离子交换树脂采用混合树脂，主要包括以下几种：体积比为3:1-3:2的磺酸基苯乙烯和季胺基苯乙烯、体积比为体积比3:1-3:2的全氟磺酸和季胺基苯乙烯；离子交换纤维采用定制功能性纤维，主要包括磺酸基苯乙烯纤维、季胺基苯乙烯纤维、全氟磺酸纤维中的一种或几种。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：采用脱水处理器脱除所述工业N-甲基-2-吡咯烷酮中的大部分水分，其中：
所述脱水处理用隔壁塔的进料侧和产品采出侧面积比范围7:3、所述隔壁塔的理论板数为63；脱水处理器用隔壁塔包括但不限于中间隔壁的隔壁塔、上隔壁的隔壁塔及下隔壁的隔壁塔中的至少一种；
所述脱水处理用常规精馏塔串包括按工业级N-甲基-2-吡咯烷酮进料到高纯电子级N-甲基-2-吡咯烷酮出料的方向串接的至少一个理论板数为60的一级脱水处理用常规精馏塔和至少一个理论板数为70的二级脱水处理用常规精馏塔；优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于6个；进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数小于等于3个；再进一步优选的是：所述一级脱水处理用常规精馏塔和二级脱水处理用常规精馏塔的总数为2个；
所述膜分离脱水处理器的分子筛膜选自3A分子筛膜膜、4A分子筛膜、5A分子筛膜中的至少一种；
所述脱水剂脱水处理器的脱水剂选自氢化钙或氯化钙中的至少一种；
所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂选自3A分子筛吸附剂、4A分子筛吸附剂、5A分子筛吸附剂中的至少一种；进一步优选的是：所述吸附脱水处理器的分子筛吸附剂为3A分子筛吸附剂。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮的纯度在95％质量含量以上，水含量在100ppm以上，金属离子在100ppt以上，阴离子在50ppb以上，大于0.2μm颗粒物大于1000个/ml；优选的是：所述工业级N-甲基-2-吡咯烷酮的组成参见表12中原料的指标。
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