CN211111798U - 一种n-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种N‑甲基‑2‑吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，所述系统包括第一、第二、第三、第四、第五热交换器、沸石转轮、沸石膜组件和第一储罐；N‑甲基‑2‑吡咯烷酮有机废气通入第一热媒进口，第一热媒出口与第二热媒进口连通，第二气相出口与吸附区进口连通，吸附区出口一通路与第一冷媒进口连通，另一通路经第三热交换器与脱附区进口连通，脱附区出口与连接第一热媒出口和第二热煤进口的管道连通；第二液相出口经第四热交换器与沸石膜组件连通，渗透侧出口经第五热交换器与第一储罐连通，第一储罐液相出口与连接第二液相出口和第四热交换器的管道连通。本实用新型对NMP回收利用、低能耗、操作难度小且运行维护成本低。

Description

一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统

技术领域

本实用新型属于工业生产废气处理回收技术领域，涉及一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统。

背景技术

锂电池、光电半导体、液晶显示器等行业用到大量高纯度有机溶剂，价格昂贵，直接排放到环境中不仅会引起环境污染问题，还将造成巨大的资源浪费。N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)是其中一种有着优良溶解性能的有机溶剂，在锂电池制造过程中大量使用，它在后续工序中挥发形成有机废气。有机废气的一般处理方法是：一、有机废气经洗涤塔洗净后排放，洗涤后的废气含水，需要设置除水装置；二、有机废气分成两部分，一部分冷却使NMP冷凝成有机废液，一部分加热后直接回用。从有机废气中冷凝下来的NMP废水的处理，目前使用的方法是精馏提纯后再利用。精馏装置占地大，能耗高，需要高温蒸汽，操作复杂，运行维护成本高，需要配备一定数量的专业人员。而且以往，对含NMP有机废气的处理只关注了其中一个方面，即只做有机废气处理，或者，只做有机废液处理，不利于系统集成优化。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，能有效处理锂电池生产过程中产生的NMP有机废气处理及处理过程中产生的NMP废水，并对NMP回收利用，回收的NMP产品中N-甲基-2-吡咯烷酮含量≥99.9wt％，水含量≤0.02wt％，具有低能耗，操作难度小，占地面积小，运行维护成本低的特点。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，包括热交换转轮部件、第四热交换器、沸石膜组件、第五热交换器和第一储罐，所述热交换转轮部件包括第一热交换器、第二热交换器、沸石转轮和第三热交换器；所述第一热交换器设有第一冷媒进口、第一冷媒出口、第一热媒进口和第一热媒出口，所述第二热交换器设有第二热媒进口、第二气相出口和第二液相出口，所述沸石转轮设有吸附区进口、吸附区出口、脱附区进口和脱附区出口，所述沸石膜组件设有渗透侧出口和渗余侧出口，所述第一储罐设有第一储罐液相出口和第一储罐气相出口；所述热交换转轮部件的连接关系如下：所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气通入所述第一热媒进口，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口分两通路：一通路与第一冷媒进口连通，另一通路经所述第三热交换器与所述脱附区进口连通，所述脱附区出口与连接所述第一热媒出口和所述第二热煤进口的管道连通；所述第二液相出口经所述第四热交换器与所述沸石膜组件连通，所述渗透侧出口经所述第五热交换器与所述第一储罐连通，所述第一储罐液相出口与连接所述第二液相出口和所述第四热交换器的管道连通。

所述第三热交换器不限定给热方式，可以是电加热、导热油加热、蒸汽加热，优选为电加热。

所述沸石转轮的型式不限定，可以是卧式，也可以是立式，或者别的合适型式。

沸石膜组件中沸石膜可以是任意类型的透水性沸石膜，不限定于A型、X型、Y型或CHA型，它的目的是将NMP废水中的水除去。

优选地，所述热交换转轮部件的连接关系由以下连接关系替换：所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气通入所述脱附区进口，所述脱附区出口与所述第一热媒进口连通，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口与所述第一冷媒进口连通。

优选地，还包括第六热交换器和第二储罐，所述第一储罐气相出口经所述第六热交换器与所述第二储罐连通。

更优选地，还包括第三储罐和真空泵，所述第二储罐依次与所述第三储罐和所述真空泵连通，第三储罐是真空缓冲罐，为提升从沸石膜组件渗透侧所要求的真空度稳定性而设计，真空泵提供真空度，使水和少量NMP透过沸石膜后能汽化，并能顺利输送至第五热交换器、第一储罐、第六热交换器和第二储罐。

优选地，还包括第四储罐和第一泵，所述第二液相出口依次经所述第四储罐、所述第一泵、所述第四热交换器与所述沸石膜组件连通。

优选地，还包括第二泵，所述第一储罐液相出口经所述第二泵与连接所述第二液相出口和所述第四储罐的管道连通。

优选地，还包括第七热交换器，所述渗余侧出口与所述第七热交换器连通。

优选地，所述沸石膜组件为一级或两级以上，当为两级以上时，各级之间设有膜组件热交换器；沸石膜组件的级与级之间设置膜组件热交换器目的是给NMP废水提供热量，以维持NMP废水经过沸石膜组件的温度相对稳定，保证沸石膜组件的分离效率和渗透通量；膜组件热交换器不限定给热方式，可以是电加热、导热油加热、蒸汽加热，优选为电加热。沸石膜组件可以为一级或两级以上，实际设计与运行中，根据第二液相出口排出的流股组成情况确定级数。沸石膜组件渗透侧的渗透侧流股还可以用N₂做载气快速移除，达到增加沸石膜组件的渗透通量，提高沸石膜组件的处理能力。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)还包括锂电池生产单元，所述锂电池生产单元设有N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述第一热媒进口连通，或者，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述脱附区进口连通；

2)还包括风机，所述第一热媒出口经所述风机与所述第二热媒进口连通、所述第二气相出口经所述风机与所述吸附区进口连通、所述吸附区出口经所述风机后分两通路、所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经所述风机通入所述第一热媒进口、所述脱附区出口经所述风机与连接所述第一热媒出口和所述第二热煤进口的管道连通、所述吸附区出口经所述风机与所述第一冷媒进口连通、所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经所述风机通入所述脱附区进口、所述脱附区出口经所述风机与所述第一热媒进口连通或者所述风机设于与第一冷媒出口连接的管道上。

更优选地，特征1)中，所述第一冷媒出口与所述锂电池生产单元连通。

本实用新型提供一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，能有效处理锂电池生产过程中产生的NMP有机废气处理及处理过程中产生的NMP废水，并对NMP回收利用，回收的NMP产品中N-甲基-2-吡咯烷酮含量≥99.9wt％，水含量≤0.02wt％，具有低能耗，操作难度小，占地面积小，运行维护成本低的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统图。

图2是本实用新型实施例2的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统图。

附图标记

1 锂电池生产单元

I 热交换转轮部件

2 第一热交换器

3 第二热交换器

4 第四储罐

5 沸石转轮

6 第三热交换器

7 第一泵

8 第四热交换器

9 沸石膜组件

10 第七热交换器

11 第五热交换器

12 第一储罐

13 第二泵

14 第六热交换器

15 第二储罐

16 第三储罐

17 真空泵

18 风机

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统包括锂电池生产单元1、第一热交换器2、第二热交换器3、沸石转轮5、风机18、第三热交换器6、第四储罐4、第一泵7、第四热交换器8、沸石膜组件9、第七热交换器10、第五热交换器11、第一储罐12、第二泵13、第六热交换器14、第二储罐15、第三储罐16和真空泵17，所述第一热交换器2设有第一冷媒进口、第一冷媒出口、第一热媒进口和第一热媒出口，所述第二热交换器3设有第二热媒进口、第二气相出口和第二液相出口，所述沸石转轮5设有吸附区进口、吸附区出口、脱附区进口和脱附区出口，所述沸石膜组件9设有渗透侧出口和渗余侧出口，所述第一储罐设有第一储罐液相出口和第一储罐气相出口，所述锂电池生产单元1设有N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述第一热媒进口连通，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口经所述风机18后分两通路：一通路与第一冷媒进口连通，所述第一冷媒出口与所述锂电池生产单元1连通，另一通路经所述第三热交换器6与所述脱附区进口连通，所述脱附区出口与连接所述第一热媒出口和所述第二热煤进口的管道连通；所述第二液相出口依次经所述第四储罐4、所述第一泵7、所述第四热交换器8与所述沸石膜组件9连通，所述非渗余侧出口与所述第七热交换器10连通，所述渗透侧出口经所述第五热交换器11与所述第一储罐12连通，所述第一储罐气相出口经所述第六热交换器14与所述第二储罐15连通，所述第二储罐15再依次与所述第三储罐16和所述真空泵17连通，所述第一储罐液相出口经所述第二泵13与连接所述第二液相出口和所述第四储罐4的管道连通。

一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收方法，使用上述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，包括如下步骤：

a)将N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气进行第一热交换处理，以提供第一通过流股；所述第一通过流股进行第二热交换处理，以提供第一气相流股和第一液相流股；

b)步骤a)所提供的第一气相流股经沸石转轮吸附处理得到再生气流股；至少部分的再生气流股经加热后作为沸石转轮吸附处理的脱附剂以提供脱附后的流股，脱附后的流股与步骤a)所提供的第一通过流股混合，用于经受第二热交换处理以提供第一气相流股和第一液相流股；其余再生气流股作为第一热交换处理中的冷媒，以提供经受第一热交换处理后的冷媒流股，所述经受第一热交换处理后的冷媒流股通入锂电池生产；

c)步骤a)得到的第一液相流股经存储和加压后再加热后经沸石膜组件分离得到渗透侧流股和渗余侧流股；

d)步骤c)得到的渗透侧流股经冷凝和气液分离得到第二液相流股和第二气相流股，所述第二液相流股与步骤a)提供的第一液相流股混合，用于经加热后经受沸石膜组件分离以提供渗透侧流股和渗余侧流股；

e)步骤d)得到的第二气相流股经冷凝获得废液，所述废液存储于所述第二储罐，所述第二储罐经所述第三储罐和所述真空泵连通提供真空度；

f)步骤c)得到的渗余侧流股经冷却得到N-甲基-2-吡咯烷酮产品流股，冷却至合适温度后利用；

N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气中N-甲基-2-吡咯烷酮为3000ppm，相对湿度约40％，其余为空气，采用上述处理回收系统和处理回收方法。

其中，步骤a)中，N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经第一热交换处理至75℃，经第二热交换处理至45℃；

步骤b)中，至少部分的再生气流股经加热至80℃作为沸石转轮吸附处理的脱附剂以提供脱附后的流股；经沸石转轮吸附得到的再生气流股中有机物含量低于30ppm；

步骤c)中，经沸石膜组件分离得到的渗余侧流股中N-甲基-2-吡咯烷酮含量≥99.9wt％，水含量≤0.02wt％，N-甲基-2-吡咯烷酮回收率≥90％。

沸石膜组件9渗透侧的渗透侧流股还可以用N₂做载气快速移除，达到增加沸石膜组件9的渗透通量，提高沸石膜组件的处理能力。

通常情况下，第一储罐12中储存的渗透侧流股的冷凝液中NMP含量30wt％～50wt％，但是流量很小，所以第二泵13间歇操作，但不排除连续操作。

通常情况下，第二储罐15中储存的废水流量很小，废水间歇排放，但不排除连续操作。

实施例2

一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统包括锂电池生产单元1、第一热交换器2、第二热交换器3、沸石转轮5、风机18、第四储罐4、第一泵7、第四热交换器8、沸石膜组件9、第七热交换器10、第五热交换器11、第一储罐12、第二泵13、第六热交换器14、第二储罐15、第三储罐16和真空泵17，所述第一热交换器2设有第一冷媒进口、第一冷媒出口、第一热媒进口和第一热媒出口，所述第二热交换器3设有第二热媒进口、第二气相出口和第二液相出口，所述沸石转轮5设有吸附区进口、吸附区出口、脱附区进口和脱附区出口，所述沸石膜组件9设有渗透侧出口和渗余侧出口，所述第一储罐设有第一储罐液相出口和第一储罐气相出口，所述锂电池生产单元1设有N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述脱附区进口连通，所述脱附区出口与所述第一热媒进口连通，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口经所述风机18与所述第一冷媒进口连通，所述第一冷媒出口与所述锂电池生产单元1连通；所述第二液相出口依次经所述第四储罐4、所述第一泵7、所述第四热交换器8与所述沸石膜组件9连通，所述渗余侧出口与所述第七热交换器10连通，所述渗透侧出口经所述第五热交换器11与所述第一储罐12连通，所述第一储罐气相出口经所述第六热交换器14与所述第二储罐15连通，所述第二储罐15再依次与所述第三储罐16和所述真空泵17连通，所述第一储罐液相出口经所述第二泵13与连接所述第二液相出口和所述第四储罐4的管道连通。

一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收方法，使用上述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，包括如下步骤：

a)将N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气作为沸石转轮吸附处理的脱附剂以提供脱附后的流股，脱附后的流股进行第一热交换处理，以提供第一通过流股；所述第一通过流股进行第二热交换处理，以提供第一气相流股和第一液相流股；

b)步骤a)所提供的第一气相流股经沸石转轮吸附处理得到再生气流股；所述再生气流股经所述风机后作为第一热交换处理中的冷媒，以提供经受第一热交换处理后的冷媒流股，所述经受第一热交换处理后的冷媒流股通入锂电池生产；

c)步骤a)得到的第一液相流股经存储和加压后再加热后经沸石膜组件分离得到渗透侧流股和渗余侧流股；

d)步骤c)得到的渗透侧流股经冷凝和气液分离得到第二液相流股和第二气相流股，所述第二液相流股与步骤a)提供的第一液相流股混合，用于经加热后经受沸石膜组件分离以提供渗透侧流股和渗余侧流股；

e)步骤d)得到的第二气相流股经冷凝获得废液，所述废液存储于所述第二储罐，所述第二储罐经所述第三储罐和所述真空泵连通提供真空度；

f)步骤c)得到的渗余侧流股经冷却得到N-甲基-2-吡咯烷酮产品流股，冷却至合适温度后利用；

N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气中N-甲基-2-吡咯烷酮为2000ppm，相对湿度约40％，其余为空气，采用上述处理回收系统和处理回收方法。

其中，步骤a)中，N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经第一热交换处理至65℃，经第二热交换处理至40℃；

步骤b)中，经沸石转轮吸附得到的再生气流股中有机物含量低于30ppm；

步骤c)中，经沸石膜组件分离得到的渗余侧流股中N-甲基-2-吡咯烷酮含量≥99.9wt％，水含量≤0.02wt％，N-甲基-2-吡咯烷酮含量回收率≥90％。

沸石膜组件9渗透侧的渗透气流股还可以用N₂做载气快速移除，达到增加沸石膜组件9的渗透通量，提高沸石膜组件的处理能力。

通常情况下，第一储罐12中储存的渗透气流股的冷凝液中NMP含量为30wt％～50wt％，但是流量很小，所以第二泵13间歇操作，但不排除连续操作。

通常情况下，第二储罐15中储存的废水流量很小，废水间歇排放，但不排除连续操作。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，包括热交换转轮部件(I)、第四热交换器(8)、沸石膜组件(9)、第五热交换器(11)和第一储罐(12)，所述热交换转轮部件(I)包括第一热交换器(2)、第二热交换器(3)、沸石转轮(5)和第三热交换器(6)；所述第一热交换器(2)设有第一冷媒进口、第一冷媒出口、第一热媒进口和第一热媒出口，所述第二热交换器(3)设有第二热媒进口、第二气相出口和第二液相出口，所述沸石转轮(5)设有吸附区进口、吸附区出口、脱附区进口和脱附区出口，所述沸石膜组件(9)设有渗透侧出口和渗余侧出口，所述第一储罐设有第一储罐液相出口和第一储罐气相出口；所述热交换转轮部件(I)的连接关系如下：所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气通入所述第一热媒进口，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口分两通路：一通路与第一冷媒进口连通，另一通路经所述第三热交换器与所述脱附区进口连通，所述脱附区出口与连接所述第一热媒出口和所述第二热煤进口的管道连通；所述第二液相出口经所述第四热交换器(8)与所述沸石膜组件(9)连通，所述渗透侧出口经所述第五热交换器(11)与所述第一储罐(12)连通，所述第一储罐液相出口与连接所述第二液相出口和所述第四热交换器的管道连通。

2.如权利要求1所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，所述热交换转轮部件(I)的连接关系由以下连接关系替换：所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气通入所述脱附区进口，所述脱附区出口与所述第一热媒进口连通，所述第一热媒出口与所述第二热媒进口连通，所述第二气相出口与所述吸附区进口连通，所述吸附区出口与所述第一冷媒进口连通。

3.如权利要求1或2所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括第六热交换器(14)和第二储罐(15)，所述第一储罐气相出口经所述第六热交换器(14)与所述第二储罐(15)连通。

4.如权利要求3所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括第三储罐(16)和真空泵(17)，所述第二储罐(15)依次与所述第三储罐(16)和所述真空泵(17)连通。

5.如权利要求1或2所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括第四储罐(4)和第一泵(7)，所述第二液相出口依次经所述第四储罐(4)、所述第一泵(7)、所述第四热交换器(8)与所述沸石膜组件(9)连通。

6.如权利要求5所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括第二泵(13)，所述第一储罐液相出口经所述第二泵(13)与连接所述第二液相出口和所述第四储罐(4)的管道连通。

7.如权利要求1或2所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括第七热交换器(10)，所述渗余侧出口与所述第七热交换器(10)连通。

8.如权利要求1或2所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，所述沸石膜组件(9)为一级或两级以上，当为两级以上时，各级之间设有膜组件热交换器。

9.如权利要求1或2所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)还包括锂电池生产单元(1)，所述锂电池生产单元(1)设有N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述第一热媒进口连通，或者，所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气出口与所述脱附区进口连通；

2)还包括风机(18)，所述第一热媒出口经所述风机(18)与所述第二热媒进口连通、所述第二气相出口经所述风机(18)与所述吸附区进口连通、所述吸附区出口经所述风机(18)后分两通路、所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经所述风机(18)通入所述第一热媒进口、所述脱附区出口经所述风机(18)与连接所述第一热媒出口和所述第二热煤进口的管道连通、所述吸附区出口经所述风机(18)与所述第一冷媒进口连通、所述N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气经所述风机(18)通入所述脱附区进口、所述脱附区出口经所述风机(18)与所述第一热媒进口连通或者所述风机(18)设于与第一冷媒出口连接的管道上。

10.如权利要求9所述的N-甲基-2-吡咯烷酮有机废气的处理回收系统，其特征在于，特征1)中，所述第一冷媒出口与所述锂电池生产单元(1)连通。

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