CN205598694U - 一种nmp气体回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工业生产废气回收技术领域，尤其涉及一种锂电池工业废气处理中N‑甲基吡咯烷酮的回收系统。该回收系统包括依次连接的预冷换单元、冷凝单元、吸附再生单元和NMP废液回收罐，所述预冷换单元和所述冷凝单元均与所述NMP废液回收罐连接。与现有技术相比，本实用新型提供的NMP气体回收系统设备简单，回收流程短，没有活性炭吸附剂的使用和淋洗塔废水的产生，且NMP的一次回收率可以达到99%以上；不仅有效改善了生产环境，避免危害员工身体健康，同时降低企业耗材成本，提高了资源回收利用率。

Description

一种NMP气体回收系统

技术领域

本实用新型属于工业生产废气回收技术领域，尤其涉及一种锂电池工业废气处理中N-甲基吡咯烷酮的回收系统。

背景技术

NMP（N-甲基吡咯烷酮）为无色透明油状液体，熔点-24.4℃，沸点203℃，闪点95℃；其具有闪点高、腐蚀性小、溶解度大、粘度低、挥发度低、热稳定性和化学稳定性高等优点。因其良好的理化性能，在各个行业里被广泛应用。总的来说，NMP的用途主要在以下几方面：

（1）用作聚偏二氟乙烯的溶剂等，以及锂离子电池的电极辅助材料；

（2）可用于光刻胶脱除液， LCD 液晶材料生产；

（3）应用于医药生产的溶剂；

（4）半导体行业精密仪器、线路板的洗净。

其中，目前使用NMP更为广泛的是锂电池行业，在制造锂电池时，需要在电池的正极、负极材料上涂布一层聚合物，该聚合物材料需要通过有机溶剂溶解后涂布在电极片材料的表面，然后经过干燥处理，在有机溶剂由正、负极片上脱离出来。由于NMP 具有闪点高、安全性好等诸多优点，所以被作为有机溶剂在锂电池制造行业中普遍采用。但是在进行干燥的过程中，NMP 将全部变成气体，并被风机排到空气中。

但如果将NMP气体直接排放到空气中不仅会造成资源浪费，同时又会污染环境，危害人的身体健康。因为研究发现NMP是一种对生育能力有害的物质，其受热易分解放出毒性物NO_x。早在2001年，NMP对身体有害的研究被加利福尼亚州一科研机构提出，2003年欧盟将其列为影响生育的有毒物质。为了减少NMP对工作人员身体健康的潜在影响，世界各国对工作环境中NMP的最低溶度值有严格界定；日本限定为≤1ppm，南非限定为≤100ppm，欧盟和美国限定为≤10ppm，而我国最新的NMP排放标准规定为≤20ppm。

而现有的NMP回收系统及其回收流程一般为：将含有NMP的工艺气体经过气气换热器、普通循环水表冷器冷却降温和冻水表冷器降温，混合气中的部分NMP被冷却成液体回收，其余的混合气体经过水淋洗和活性炭吸附后对空排放。但该回收系统及其回收流程存在以下弊端和缺陷：1）回收系统复杂，使得回收设备的初次投资费用高，同时后期的能耗费和维护费用也较高；2）回收流程冗长，回收过程中又产生大量的污染废水，造成二次污染；3）活性炭吸附剂为耗材，需要不停的更换，导致运行成本增加，同时降低了生产效率；4）回收率利用率低，此工艺中被直接回收的NMP气体为总量的75%左右，其余的25%NMP气体被直接对空排放，达不到环保要求，对环境和人员造成损害，同时对企业的节能降耗和成本节约不利。

有鉴于此，确有必要对现有的NMP回收系统作一步的改进，以改善生产环境，保护员工身体健康；降低企业耗材成本，提高材料利用率。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种NMP气体回收系统，该回收系统设备简单，回收流程短，没有活性炭吸附剂的使用和淋洗塔废水的产生，且NMP的一次回收率可以达到99%以上；不仅有效改善了生产环境，避免危害员工身体健康，同时降低企业耗材成本，提高了资源回收利用率。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下解决方案：

一种NMP气体回收系统，包括依次连接的预冷换单元、冷凝单元、吸附再生单元和NMP废液回收罐，所述预冷换单元和所述冷凝单元均通过通液管道与所述NMP废液回收罐连接。

其中，所述预冷换单元包括由通气管道依次连接的极片涂布机、第一风机和第一气气换热器，所述冷凝单元包括由通气管道依次连接的一级冷凝器和二级冷凝器，所述吸附再生单元包括转轮吸附机、第二风机、排气阀门、第三风机和第二气气换热器，所述二级冷凝器、所述转轮吸附机、所述第二风机和所述排气阀门通过通气管道依次连接，所述第一气气换热器、所述冷凝单元、所述第二气气换热器和所述第三风机通过通气管道依次连接并形成循环回路，所述一级冷凝器、所述二级冷凝器、所述第一气气换热器和所述转轮吸附机均设置有通液管道，所述通液管道与所述NMP废液回收罐连接。

本实用新型采用密闭、循环的管道系统，仅向外界排放因极片涂布机进气口吸进新风的少量气体，同时外界环境中的尘埃也无法进入涂布机污染极片，回收利用率高，有利于环保，而且通过吸附再生单元可以循环利用热能，省去涂布机干燥时的二次加热，节能效果明显。

还包括控制单元，所述预冷换单元、所述冷凝单元、所述吸附再生单元和所述NMP废液回收罐分别与所述控制单元电连接。

所述预冷换单元还包括回风管道，所述极片涂布机和所述第一气气换热器分别与所述回风管道连接。通过回风管道可以使得交换的热能返回极片涂布机进行循环利用。

所述转轮吸附机通过隔板分成处理区、冷却区和再生区，所述冷却区的气体经过再生加热器加热后送至所述再生区，所述再生区通过所述第二气气换热器与所述冷凝单元连接。 含有NMP的被处理空气通过通气管道送到转轮吸附机的处理区，在处理区含NMP的气体被吸附回收处理，空气被净化后从转轮吸附机的处理区排出，吸附于转轮吸附机中的NMP在再生区经过再生加热器后被脱附、浓缩，而且转轮吸附机在冷却区被冷却，经过冷却区的空气再经过加热后返回涂布机作为再生空气使用，从而达到节能的效果。

优选的，所述处理区、冷却区和再生区的区间体积比为1：1：3。

优选的，所述一级冷凝器和所述二级冷凝器均为水冷器。其中，所述一级冷凝器的冷却水选为常温循环水，所述二级水冷器的冷却水选为5~15℃的冷冻水。

优选的，所述排气阀门安装有过滤器。这样可以进一步降低排放的气体中污染气体的含量。

所述通气管道上安装有风量调节阀和温度监控计，所述通液管道上安装有流量调节阀，所述NMP废液回收罐安装有液位传感器，所述风量调节阀、所述温度监控计、所述流量调节阀和所述液位传感器均与所述控制单元电连接。

所述控制单元包括时间控制器、变频器、闪光报警灯和远近程转换开关，所述时间控制器、所述变频器和所述闪光报警灯均与所述远近程转换开关电连接。

本实用新型回收系统安装完成后用控制单元的变频器调校风量，达到最佳排风效果，以便减少了涂布机的热量损耗。

通过控制单元，回收系统实现了与极片涂布机的联动，每台涂布机开启信号输出后控制风阀将会自动打开；反之，涂布机关闭信号输出后控制风阀也将会自动关闭。若遇设备故障或将设备关闭，排空阀将会自动开启。回收系统根据涂布机启动数量来自动调整风量、水流量的大小，减少能源消耗。生产结束时涂布机关闭，时间控制器开始工作并在设定时间内抽尽管道及涂布机烘箱内的残留气体，防止气体液化腐蚀涂布机烘箱或管道从而缩短系统的使用寿命。同时，这样的联动可避免操作人员不启动回收系统就进行生产，或生产结束时忘记关闭回收系统，从而造成资源及能耗的浪费。本实用新型在控制单元面板上设有一个远近程转换开关，可以随时切换成“停止”、“远程”或“本地”控制，“停止”或“本地”控制是用来检修及检测系统设备，“远程”是用来实现与涂布机的联动控制。风机转速的大小根据涂布机运行状态设定，可以通过变频器进行调整，以便达到最佳运行、节能效果。水泵的流量可以根据出风温度的大小自动调整。一旦风机、水泵、出风温度超过上限，闪光报警灯发出报警信号，涂布机的操作人员应立即停机并进行检修，待检修完成后，方可恢复生产。另外，当NMP废液回收罐贮存到液罐高位时，液位传感器将会把感应信息传给控制单元，控制单元同样也会发出闪光报警信号并自动关闭输液阀，以免溢出发生资源浪费等。

根据上述的一种NMP气体回收系统，其回收工艺流程如下：

（1）含NMP的气体在第一风机带动下经过通气管道到达第一气气换热器进行预冷换，再经过一级冷凝器和二级冷凝器降温冷凝成NMP废液，所述NMP废液通过通液管道流到NMP废液回收罐；

（2）经过步骤（1）的水冷器冷凝后，回收气体分成两部分，一部分气体送至第二气气换热器升温后返回极片涂布机循环使用，另一部分气体经过转轮吸附机回收后进行外排处理。

通过第一气气换热器排出的废气温度可降低30℃~45℃；之后进入一、二级冷却水换热器，可降温45℃~55℃，因此通过上述流程累计可降温85℃~95℃左右；最终可使得该段尾气温度控制在20℃以内，经过此段回收后的废气中NMP的含量已经小于300ppm。之后回收气体分两部分，绝大部分通过气气换热器返回涂布机，而经过气气换热器后气体的温度会升高30℃~45℃，可以被重新利用；少部分气体经过转轮吸附机回收后进行外排处理，该段外排的气体中NMP含量小于20PPM，达到国家排放标准。

其中，经过步骤（1）的水冷器冷凝后气体中NMP的含量小于300ppm，经过步骤（2）的转轮吸附机回收处理后气体中NMP的含量小于20ppm。

经过实验发现，将含有NMP的空气冷冻可以使空气中NMP以液态的形式从空气中分离出来。当含NMP空气冷却到20℃时，NMP的饱和浓度为300ppm。故本实用新型将二级冷凝器的冷却水温度控制在5~15℃，可以使得经二级冷凝器冷凝后气体中NMP的含量小于300ppm。

本实用新型有益效果在于：

1）本实用新型回收系统设备简单，工艺流程短，没有活性炭吸附剂的使用和淋洗塔废水的产生，不仅有效改善了生产环境，避免危害员工身体健康，同时降低企业耗材成本，提高了资源利用率；

2）本实用新型气体回收利用率高，NMP的一次回收率可以达到99%以上，经过净化回收后对空排放的气体含NMP的量小于20ppm，即达到环保要求，又达到了回收的目的。

附图说明

图1为本实用新型回收系统示意图。

图2为本实用新型中转轮吸附机的结构示意图。

图中：1-预冷换单元；11-极片涂布机；12-第一风机；13-第一气气换热器；14-回风管道；15-进气口；2-冷凝单元；21-一级冷凝器；22-二级冷凝器；3-吸附再生单元；31-转轮吸附机；311-处理区；312-冷却区；313-再生区；32-第二风机；33-排气阀门；34-第二气气换热器；35-第三风机；36-再生加热器；37-第四风机；4-NMP废液回收罐；41-液位传感器；5-风量调节阀；6-温度监控计；7-通气管道；8-通液管道。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型及其有益效果作进一步详细说明，但是，本实用新型的具体实施方式并不局限于此。

如图1~2所示，一种NMP气体回收系统，包括预冷换单元1、冷凝单元2、吸附再生单元3、NMP废液回收罐4和控制单元（图未示），预冷换单元1、冷凝单元2和吸附再生单元3均与NMP废液回收罐4连接；预冷换单元1、冷凝单元2、吸附再生单元3和NMP废液回收罐4分别与控制单元电连接；预冷换单元1包括由通气管道7依次连接的极片涂布机11、第一风机12和第一气气换热器13，冷凝单元2包括由通气管道7依次连接的一级冷凝器21和二级冷凝器22，吸附再生单元3包括转轮吸附机31、第二风机32、排气阀门33、第三风机35和第二气气换热器34，二级冷凝器22、转轮吸附机31、第二风机32和排气阀门33通过通气管道7依次连接，其中，排气阀门33安装有过滤器，以便进一步降低排放的气体中污染气体的含量，第一气气换热器13、冷凝单元2、第二气气换热器34和第三风机35通过通气管道7依次连接形成循环回路，一级冷凝器21、二级冷凝器22、第一气气换热器13和转轮吸附机31均设置有通液管道8，通液管道8与NMP废液回收罐4连接；预冷换单元1还包括回风管道14，极片涂布机11和第一气气换热器13分别与回风管道14连接；通过回风管道14可以使得交换的热能返回极片涂布机11进行循环利用。

其中，一级冷凝器21和二级冷凝器22均为水冷器，一级冷凝器21的冷却水选为常温循环水，二级水冷器22的冷却水选为5~15℃的冷冻水。

转轮吸附机31通过隔板分成处理区311、冷却区312和再生区313，冷却区312的空气经过再生加热器36加热后送至再生区313，再生区313通过第二气气换热器34与冷凝单元2连接，第二气气换热器34与冷凝单元2之间安装有第四风机37。

含有NMP的被处理空气通过通气管道7送到转轮吸附机31的处理区311，在处理区311含NMP的气体被吸附回收处理，空气被净化后从转轮吸附机31的处理区311排出，吸附于转轮吸附机31中的NMP在再生区313经过再生加热器36后被脱附、浓缩，而且转轮吸附机31在冷却区312被冷却，经过冷却区312的空气再经过加热后返回极片涂布机11作为再生空气使用，从而达到节能的效果。

其中，处理区311、冷却区312和再生区313的区间体积比为1：1：3。

本实用新型采用密闭、循环的管道系统，仅向外界排放因极片涂布机11进气口15吸进新风的少量气体，同时外界环境中的尘埃也无法进入涂布机污染极片，回收利用率高，有利于环保，而且通过吸附再生单元3可以循环利用热能，省去涂布机干燥时的二次加热，节能效果明显。

同时为了实现更好的管控，回收系统的通气管道7上安装有风量调节阀和温度监控计6，通液管道8上安装有流量调节阀，NMP废液回收罐4安装有液位传感器41，风量调节阀5、温度监控计6、流量调节阀和液位传感器41均与控制单元电连接。

控制单元包括时间控制器、变频器、闪光报警灯和远近程转换开关，时间控制器、变频器和闪光报警灯均与远近程转换开关电连接。

本实用新型回收系统安装完成后用控制单元的变频器调校风量，达到最佳排风效果，以便减少了涂布机的热量损耗。通过控制单元，回收系统实现了与极片涂布机11的联动，每台极片涂布机11开启信号输出后控制风阀将会自动打开；反之，极片涂布机11关闭信号输出后控制风阀也将会自动关闭。若遇设备故障或将设备关闭，排空阀将会自动开启。回收系统根据极片涂布机11启动数量来自动调整风量、水流量的大小，减少能源消耗。生产结束时极片涂布机11关闭，时间控制器开始工作并在设定时间内抽尽管道及极片涂布机11烘箱内的残留气体，防止气体液化腐蚀极片涂布机11烘箱或管道从而缩短系统的使用寿命。同时，这样的联动可避免操作人员不启动回收系统就进行生产，或生产结束时忘记关闭回收系统，从而造成资源及能耗的浪费。本实用新型在控制单元面板上设有一个远近程转换开关，可以随时切换成“停止”、“远程”或“本地”控制，“停止”或“本地”控制是用来检修及检测系统设备，“远程”是用来实现与极片涂布机11的联动控制。风机转速的大小根据极片涂布机11运行状态设定，可以通过变频器进行调整，以便达到最佳运行、节能效果。水泵的流量可以根据出风温度的大小自动调整。一旦风机、水泵、排风温度超过上限，闪光报警灯发出报警信号，极片涂布机11的操作人员应立即停机并进行检修，待检修完成后，方可恢复生产。另外，当NMP废液回收罐4贮存到液罐高位时，液位传感器41将会把感应信息传给控制单元，控制单元同样也会发出闪光报警信号并自动关闭输液阀，以免溢出发生资源浪费等。

本实用新型的工作原理如下：

1）含NMP的气体在第一风机12带动下经过通气管道7到达第一气气换热器13进行预冷换，再经过一级冷凝器21和二级冷凝器22降温冷凝成NMP废液，NMP废液通过通液管道8流到NMP废液回收罐4；

2）经过水冷器冷凝后，回收气体分成两部分，一部分气体送至第二气气换热器34升温后返回极片涂布机11循环使用，另一部分气体经过转轮吸附机31回收后进行外排处理。

通过第一气气换热器13排出的废气温度可降低30℃~45℃；之后进入一、二级冷却水换热器，可降温45℃~55℃，因此通过上述流程累计可降温85℃~95℃左右；最终可使得该段尾气温度控制在20℃以内，经过此段回收后的废气中NMP的含量已经小于300ppm。之后回收气体分两部分，绝大部分通过气气换热器返回涂布机，而经过气气换热器后气体的温度会升高30℃~45℃，可以被重新利用；少部分气体经过转轮吸附机31回收后进行外排处理，该段外排的气体中NMP含量小于20ppm，达到国家排放标准。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种NMP气体回收系统，其特征在于：包括依次连接的预冷换单元、冷凝单元、吸附再生单元和NMP废液回收罐，所述预冷换单元和所述冷凝单元均与所述NMP废液回收罐连接。

2.根据权利要求1所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述预冷换单元包括由通气管道依次连接的极片涂布机、第一风机和第一气气换热器，所述冷凝单元包括由通气管道依次连接的一级冷凝器和二级冷凝器，所述吸附再生单元包括转轮吸附机、第二风机、排气阀门、第三风机和第二气气换热器，所述二级冷凝器、所述转轮吸附机、所述第二风机和所述排气阀门通过通气管道依次连接，所述第一气气换热器、所述冷凝单元、所述第二气气换热器和所述第三风机通过通气管道依次连接并形成循环回路，所述一级冷凝器、所述二级冷凝器、所述第一气气换热器和所述转轮吸附机均设置有通液管道，所述通液管道与所述NMP废液回收罐连接。

3.根据权利要求2所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：还包括控制单元，所述预冷换单元、所述冷凝单元、所述吸附再生单元和所述NMP废液回收罐分别与所述控制单元电连接。

4.根据权利要求2所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述预冷换单元还包括回风管道，所述极片涂布机和所述第一气气换热器分别与所述回风管道连接。

5.根据权利要求2所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述转轮吸附机通过隔板分成处理区、冷却区和再生区，所述冷却区的气体经过再生加热器加热后送至所述再生区，所述再生区通过所述第二气气换热器与所述冷凝单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述处理区、冷却区和再生区的区间体积比为1：1：3。

7.根据权利要求2所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述一级冷凝器和所述二级冷凝器均为水冷器。

8.根据权利要求2所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述排气阀门安装有过滤器。

9.根据权利要求3所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述通气管道上安装有风量调节阀和温度监控计，所述通液管道上安装有流量调节阀，所述NMP废液回收罐安装有液位传感器，所述风量调节阀、所述温度监控计、所述流量调节阀和所述液位传感器均与所述控制单元电连接。

10.根据权利要求3所述的一种NMP气体回收系统，其特征在于：所述控制单元包括时间控制器、变频器、闪光报警灯和远近程转换开关，所述时间控制器、所述变频器和所述闪光报警灯均与所述远近程转换开关电连接。