CN208893656U - 一种锂电生产中nmp回收热泵精馏的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，包括吸收装置、缓冲装置、第一脱水精馏装置、第二脱水精馏装置、NMP精馏装置和压缩机，吸收装置与缓冲装置连接，缓冲装置与第一脱水精馏装置进料口连接，第一脱水精馏装置重组分采出口与第二脱水精馏装置进料口连接，第一脱水精馏装置气体出口与压缩机入口连接，压缩机出口与NMP精馏装置的再沸器热介质入口连接，再沸器热介质出口与第一脱水精馏装置的轻组分采出口和塔顶回流入口分别连接，第二脱水精馏装置的重组分采出口与NMP精馏装置进料口连接。该设备将NMP废气回收提纯为电子级NMP溶剂，直接可作锂电池生产中正负极材料的溶剂；精馏与热泵耦合，用塔顶蒸汽做再沸器热源，充分利用废气热量，降低设备能耗。

Description

一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备

技术领域

本实用新型属于锂电池生产技术领域，尤其是涉及一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备。

背景技术

N-甲基吡咯烷酮，英文名称N-Methyl pyrrolidone，即NMP，是重要的化工原料，是一种选择性强和稳定性好的极性溶剂，也是锂电池生产过程中常用到的溶剂，在锂电池生产过程中，制作锂电池正负极材料、制作锂电池隔膜时多使用NMP为溶剂，而生产过程中，随着锂电池正负极材料、隔膜的生产，所用的NMP溶剂不断的挥发，通常生产过程中会将挥发的NMP抽走，并吸收处理然后排放，会造成NMP原料的严重浪费，同时也会造成环境的污染，因此，有必要将挥发的NMP气体回收重复利用，以提高NMP的利用率，减少环境污染，但由于制备电极材料时，随溶剂挥发会带出一部分重杂化合物和金属离子、游离胺等，回收得到的NMP纯度很低，吸收液中存在着吸收剂、重杂化合物、金属离子、游离胺等杂质，使回收得到的NMP无法直接用作溶剂重复利用，而要对回收得到的NMP进行分离提纯必然会产生大量的能量消耗，因此，如何对锂电池生产过程中挥发浪费的NMP进行有效回收并分离，得到可直接用作锂电池生产的溶剂的NMP，并减少回收分离所需的能耗是目前所需解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，可将锂电池生产过程中挥发出的NMP废气进行回收并提纯，得到电子级NMP，可直接用作锂电池生产中的溶剂，且耦合热泵技术，将精馏塔塔顶蒸汽用作塔釜再沸器的热源，显著降低整套设备的能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，包括吸收装置、缓冲装置、第一脱水精馏装置、第二脱水精馏装置、NMP精馏装置和压缩机，吸收装置的进液口与吸收剂供给装置连接，吸收装置的出液口与缓冲装置的入口连接，缓冲装置的出口与第一脱水精馏装置的进料口连接，第一脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与第二脱水精馏装置的进料口连接，第一脱水精馏装置的塔顶气体出口与压缩机的入口连接，NMP精馏装置包括第三再沸器，压缩机的出口与第三再沸器的热介质入口连接，第三再沸器的热介质出口一路与第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口连接，另一路与第一脱水精馏装置的塔顶回流入口连接，第二脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与NMP精馏装置的进料口连接。

技术方案中，优选的，第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口与吸收装置的进液口连接。

技术方案中，优选的，第二脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口与缓冲装置的入口连接。

技术方案中，优选的，还包括回流液容器和第一回流泵，第三再沸器的热介质出口一路与第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口连接，另一路与回流液容器连接，回流液容器通过第一回流泵与第一脱水精馏装置的塔顶回流入口连接。

技术方案中，优选的，吸收装置包括吸收塔和第二回流泵，吸收塔的气体进口与NMP废气来源连接，吸收剂供给装置和第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口与吸收塔的贫液入口连接，吸收塔的富液出口一路通过第二回流泵与吸收塔的富液回流入口连接，另一路与缓冲装置的入口连接。

技术方案中，优选的，第一脱水精馏装置包括第一精馏塔和第一再沸器，缓冲装置的出口与第一精馏塔的进料口连接，第一精馏塔的塔顶气体出口与压缩机入口连接，第一精馏塔的塔釜液体出口一路与第一再沸器的入口连接，另一路与第一精馏塔的塔釜重组分采出口连接。

技术方案中，优选的，第二脱水精馏装置包括第二精馏塔、第二冷凝器和第二再沸器，第一精馏装置的塔釜重组分采出口与第二精馏塔的进料口连接，第二精馏塔的塔顶气体出口与第二冷凝器的入口连接，第二冷凝器的出口一路与第二精馏塔的塔顶回流入口连接，另一路与第二精馏塔的塔顶轻组分采出口连接，第二精馏塔的塔釜液体出口一路与第二再沸器的入口连接，另一路与第二精馏塔的塔釜重组分采出口连接，第二再沸器的出口与第二精馏塔的塔釜回流入口连接。

技术方案中，优选的，NMP精馏装置包括第三精馏塔、第三冷凝器和第三再沸器，第二精馏装置的塔釜重组分采出口与第三精馏塔的进料口连接，第三精馏塔的塔顶气体出口与第三冷凝器的入口连接，第三冷凝器的出口一路与第三精馏塔的塔顶回流入口连接，另一路与第三精馏塔的塔顶轻组分采出口连接，第三精馏塔的塔釜液体出口一路与第三再沸器的入口连接，另一路与第三精馏塔的塔釜重组分采出口连接，第三再沸器的出口与第三精馏塔的塔釜回流入口连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.该锂电池生产中NMP回收精制设备采用三塔串联方式，可将锂电池电极材料生产中挥发的NMP回收并提纯，最终分离可得到电子级NMP溶剂，可直接用于锂电池生产中正负极材料的溶剂使用，大大提高了NMP的利用度；

2.精馏与热泵技术耦合，通过压缩机将精馏装置塔顶产生的蒸汽升温升压为高压饱和蒸汽，将其低品位热能转化为高品位热能，用作塔釜再沸器的热源，充分利用设备中废气的能量，降低设备整体能耗；

3.精馏分离出的废水被NMP废气吸收系统回收利用，装置内部形成闭环循环，整个回收精制装置中只有吸收塔的出气口排放含有微量NMP的废气和NMP精馏塔的塔釜重组分出口排放含有少量NMP的釜残，装置的危废、废液排出端少，排放量小，实现了循环经济和绿色化工。

附图说明

图1是本实用新型实施例的锂电池生产中NMP回收精制的设备的结构示意图。

图中：

1、吸收装置 2、脱水精馏装置 3、脱水精馏装置

4、NMP精馏装置 5、精馏塔 6、再沸器

7、压缩机 8、回流液容器 9、回流泵

10、精馏塔 11、冷凝器 12、再沸器

13、精馏塔 14、冷凝器 15、再沸器

16、吸收剂供给装置 17、吸收塔 18、回流泵

具体实施方式

下面结合实施例对本发明实施例做进一步描述：

如图1所示，本实施例所述的一种锂电池生产中NMP回收精制的设备包括吸收装置1、缓冲装置15、脱水精馏装置2、脱水精馏装置3、NMP精馏装置4和压缩机7，吸收装置1的进液口与吸收剂供给装置16连接，吸收装置1的出液口与缓冲装置15的入口连接，缓冲装置15的出口与脱水精馏装置2的进料口连接，脱水精馏装置2的塔釜重组分采出口与脱水精馏装置3的进料口连接，脱水精馏装置2的塔顶气体出口与压缩机7的入口连接，NMP精馏装置4包括再沸器15，压缩机7的出口与再沸器15的热介质入口连接，再沸器15的热介质出口一路与脱水精馏装置2的塔顶轻组分采出口连接，另一路与脱水精馏装置2的塔顶回流入口连接，脱水精馏装置3的塔釜重组分采出口与NMP精馏装置4的进料口连接。吸收装置1中以水为吸收剂将锂电池电极材料生产中挥发的NMP吸收，将吸收液送至缓冲罐15中收集，缓冲罐15中的NMP吸收液送入三个串联精馏装置进行精馏提纯，吸收液经脱水精馏装置2进行初步脱水，塔顶采出水，塔釜采出NMP及部分水，然后将塔釜采出的重组分通入脱水精馏装置3中进一步脱水，经脱水精馏装置3后将NMP中的水进一步分离，脱水精馏装置3的塔顶采出NMP和水，塔釜采出主要为NMP并含有少量重杂化合物、金属离子、游离铵、水的重组分，塔釜重组分通入NMP精馏装置4进一步提纯其中NMP，经NMP精馏装置4分离后，塔顶采出为浓度不小于99.9％的NMP、浓度不大于100mg/L的水、浓度不大于1mg/L的游离铵、浓度不大于1mg/L的金属离子，塔釜采出含有50％-80％NMP，少量重杂化合物、金属离子、游离铵的重组分。该装置采用三塔串联方式，可将锂电池电极材料生产中挥发的NMP回收并提纯，NMP精馏塔4塔顶可采出电子级NMP，可直接用作锂电池生产中NMP溶剂使用，大大提高了NMP的利用度。并且，该设备中将精馏与热泵技术耦合，脱水精馏装置2的塔顶产生的蒸汽经压缩机7进行升压升温，将塔顶的低品位热能转化为可利用的高品位热能，送至NMP精馏装置4的塔釜再沸器的热介质换热区域中，作为再沸器的热源，从而合理的利用了塔顶蒸汽的热量，显著降低设备的能耗，与热泵耦合后的精馏设备与单纯的三塔串联精馏设备相比，可节能30％以上，且本设备中，选择利用脱水精馏装置2的塔顶蒸汽为NMP精馏装置4的再沸器的热源，脱水精馏装置2的塔顶气相中主要为水蒸气，水的焓值最大，作为再沸器热源供能最高，可大大降低设备能耗。

其中，压缩机7可以使用变频电机提供动力，也可以使用背压式汽轮机提供动力，优选的，可将背压式汽轮机的蒸汽排出口与本设备中三个精馏塔中任一的再沸器的热介质入口连接，利用背压式汽轮机排出的蒸汽的热量为再沸器提供补充热源，有效利用热量，降低设备能耗；也可以在任一精馏装置的进料口处设置换热器，将背压式汽轮机的蒸汽排出口与换热器的热介质入口连接，利用排出的蒸汽的热量通过换热器与进料换热，使精馏装置的进料被预热，减少塔釜的能耗。

优选的，其中脱水精馏装置2的塔顶轻组分采出口与吸收装置1的进液口连接，将脱水精馏装置2分离出的水进一步引入吸收装置1作为吸收剂重复利用，可作为吸收剂的补充，降低吸收NMP时水的消耗量，并将精馏装置2的废液循环利用。优选的，脱水精馏装置3的塔顶轻组分采出口与缓冲装置15的入口连接，脱水精馏装置3的塔顶轻组分采出中仍含有75％左右的NMP，该装置将其引入缓冲罐15中，再次作为精馏装置2的进料，与从吸收装置1吸收的NMP废液一起作为进料，从而将精馏装置3的废液循环利用，充分利用了废液中的NMP。该装置中精馏分离出的废水被NMP废气吸收系统回收利用，装置内部形成闭环循环，整个回收精制装置中只有吸收塔的出气口排放含有微量NMP的废气和NMP精馏塔的塔釜重组分出口排放含有少量NMP的釜残，装置的危废、废液排出端少，排放量小，实现了循环经济和绿色化工。

优选的，该装置还包括回流液容器8和回流泵9，回流液容器可以为回流罐，NMP精馏装置4的再沸器的热介质出口一路与脱水精馏装置2的塔顶轻组分采出口连接，另一路与回流液容器8连接，回流液容器8初步储存由再沸器输送的冷却后的脱水精馏装置2的塔顶轻组分，然后经回流泵9将其输送至脱水精馏装置2的塔顶回流入口进行回流。

优选的，吸收装置1包括吸收塔17和回流泵18，吸收塔17的气体进口与NMP废气来源连接，吸收剂供给装置16和脱水精馏装置2的塔顶轻组分采出口与吸收塔17的贫液入口连接，吸收塔17的富液出口一路通过回流泵18与吸收塔17的富液回流入口连接，另一路与缓冲装置15的入口连接。

优选的，该装置中脱水精馏装置2包括精馏塔5和再沸器6，缓冲装置15的出口与精馏塔5的进料口连接，精馏塔5的塔顶气体出口与压缩机7的入口连接，压缩机7的出口与NMP精馏装置4的塔釜再沸器的热介质入口连接，再沸器的热介质出口一路与精馏塔5的塔顶回流入口连接，另一路与精馏塔5的塔顶轻组分采出口连接，精馏塔5的塔釜液体出口一路与再沸器6的入口连接，另一路与精馏塔5的塔釜重组分采出口连接，再沸器6的出口与精馏塔5的塔釜回流入口连接。精馏塔5可以使用板式塔，也可以使用填料塔。

优选的，脱水精馏装置3包括精馏塔10、冷凝器11和再沸器12，脱水精馏装置2的塔釜重组分采出口与精馏塔10的进料口连接，精馏塔10的塔顶气体出口与冷凝器11的入口连接，冷凝器11的出口一路与精馏塔10的塔顶回流入口连接，另一路与精馏塔10的塔顶轻组分采出口连接，精馏塔10的塔釜液体出口一路与再沸器12的入口连接，另一路与精馏塔10的塔釜重组分采出口连接，再沸器12的出口与精馏塔10的塔釜回流入口连接。

优选的，NMP精馏装置4包括精馏塔13、冷凝器14和再沸器15，脱水精馏装置3的塔釜重组分采出口与精馏塔13的进料口连接，精馏塔13的塔顶气体出口与冷凝器14的入口连接，冷凝器14的出口一路与精馏塔13的塔顶回流入口连接，另一路与精馏塔13的塔顶轻组分采出口连接，精馏塔13的塔釜液体出口一路与再沸器15的入口连接，另一路与精馏塔的塔釜重组分采出口连接，再沸器15的出口与精馏塔13的塔釜回流入口连接。

本实施例所述的锂电池生产中NMP回收精制设备采用三塔串联方式，可将锂电池电极材料生产中挥发的NMP回收并提纯，最终分离可得到电子级NMP溶剂，可直接用于锂电池生产中正负极材料的溶剂使用，大大提高了NMP的利用度；精馏与热泵技术耦合，通过压缩机将精馏装置塔顶产生的蒸汽升温升压，将其低品位热能转化为高品位热能，用作塔釜再沸器的热源，充分利用设备中废气的能量，降低设备整体能耗；精馏分离出的废水被NMP废气吸收系统回收利用，装置内部形成闭环循环，整个回收精制装置中只有吸收塔的出气口排放含有微量NMP的废气和NMP精馏塔的塔釜重组分出口排放含有少量NMP的釜残，装置的危废、废液排出端少，排放量小，实现了循环经济和绿色化工。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：包括吸收装置、缓冲装置、第一脱水精馏装置、第二脱水精馏装置、NMP精馏装置和压缩机，所述吸收装置的进液口与吸收剂供给装置连接，所述吸收装置的出液口与所述缓冲装置的入口连接，所述缓冲装置的出口与所述第一脱水精馏装置的进料口连接，所述第一脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与所述第二脱水精馏装置的进料口连接，所述第一脱水精馏装置的塔顶气体出口与所述压缩机的入口连接，所述NMP精馏装置包括第三再沸器，所述压缩机的出口与所述第三再沸器的热介质入口连接，所述第三再沸器的热介质出口一路与所述第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口连接，另一路与所述第一脱水精馏装置的塔顶回流入口连接，所述第二脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与所述NMP精馏装置的进料口连接。

2.根据权利要求1所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口与所述吸收装置的进液口连接。

3.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述第二脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口与所述缓冲装置的入口连接。

4.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：还包括回流液容器和第一回流泵，所述第三再沸器的热介质出口一路与所述第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口连接，另一路与所述回流液容器连接，所述回流液容器通过所述第一回流泵与所述第一脱水精馏装置的塔顶回流入口连接。

5.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述吸收装置包括吸收塔和第二回流泵，所述吸收塔的气体进口与NMP废气来源连接，所述吸收剂供给装置和所述第一脱水精馏装置的塔顶轻组分采出口分别与所述吸收塔的贫液入口连接，所述吸收塔的富液出口一路通过所述第二回流泵与所述吸收塔的富液回流入口连接，另一路与所述缓冲装置的入口连接。

6.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述第一脱水精馏装置包括第一精馏塔和第一再沸器，所述缓冲装置的出口与所述第一精馏塔的进料口连接，所述第一精馏塔的塔顶气体出口与所述压缩机入口连接，所述第一精馏塔的塔釜液体出口一路与所述第一再沸器的入口连接，另一路与所述第一精馏塔的塔釜重组分采出口连接。

7.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述第二脱水精馏装置包括第二精馏塔、第二冷凝器和第二再沸器，所述第一脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与所述第二精馏塔的进料口连接，所述第二精馏塔的塔顶气体出口与所述第二冷凝器的入口连接，所述第二冷凝器的出口一路与所述第二精馏塔的塔顶回流入口连接，另一路与所述第二精馏塔的塔顶轻组分采出口连接，所述第二精馏塔的塔釜液体出口一路与所述第二再沸器的入口连接，另一路与所述第二精馏塔的塔釜重组分采出口连接，所述第二再沸器的出口与所述第二精馏塔的塔釜回流入口连接。

8.根据权利要求1或2所述的锂电生产中NMP回收热泵精馏的设备，其特征在于：所述NMP精馏装置包括第三精馏塔、第三冷凝器和第三再沸器，所述第二脱水精馏装置的塔釜重组分采出口与所述第三精馏塔的进料口连接，所述第三精馏塔的塔顶气体出口与所述第三冷凝器的入口连接，所述第三冷凝器的出口一路与所述第三精馏塔的塔顶回流入口连接，另一路与所述第三精馏塔的塔顶轻组分采出口连接，所述第三精馏塔的塔釜液体出口一路与所述第三再沸器的入口连接，另一路与所述第三精馏塔的塔釜重组分采出口连接，所述第三再沸器的出口与所述第三精馏塔的塔釜回流入口连接。