JP2014144939A - NMP purification system - Google Patents

NMP purification system Download PDF

Info

Publication number
JP2014144939A
JP2014144939A JP2013015231A JP2013015231A JP2014144939A JP 2014144939 A JP2014144939 A JP 2014144939A JP 2013015231 A JP2013015231 A JP 2013015231A JP 2013015231 A JP2013015231 A JP 2013015231A JP 2014144939 A JP2014144939 A JP 2014144939A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nmp
exhaust
chamber
permeation chamber
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013015231A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryosuke Terashi
亮輔 寺師
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Organo Corp
Original Assignee
Organo Corp
Japan Organo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Organo Corp, Japan Organo Co Ltd filed Critical Organo Corp
Priority to JP2013015231A priority Critical patent/JP2014144939A/en
Publication of JP2014144939A publication Critical patent/JP2014144939A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Pyrrole Compounds (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system that can effectively carry out the purification of NMP.SOLUTION: Pervaporation separation means 18, in which a concentration chamber and a permeation chamber are separated by a separation membrane, selectively pervaporates moisture from NMP aqueous solution supplied to the concentration chamber from heating means, into the permeation chamber via the separation membrane, to yield water vapor as well as to yield dewatered NMP in the concentration chamber. Exhaust means 44, which is connected to the permeation chamber of the pervaporation separation means 18, exhausts from the permeation chamber. Cooling means 40a, 40b cool the exhaust from permeation chamber and remove condensed water from the exhausts in gas liquid separation means 42. Meanwhile, the cooling means 40a, 40b provide sufficient cooling to freeze the moisture in the exhaust discharged from the permeation chamber.

Description

本発明は、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を含むNMP水溶液を精製するNMP精製システムに関する。   The present invention relates to an NMP purification system for purifying an NMP aqueous solution containing NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).

リチウムイオン電池における正極や負極の主要な構成材料は、活物質、集電体、バインダーである。バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させたものが一般的である。そして、活物質、バインダー混合スラリーを集電体に塗布することで電極が製造される。ここで、NMPはスラリー塗布後の乾燥工程においてガス化するが、環境への影響や費用の問題により大部分を回収している。最近は、回収したNMPを製造工程で再利用するケースが増えている。   The main constituent materials of the positive electrode and the negative electrode in the lithium ion battery are an active material, a current collector, and a binder. The binder is generally obtained by dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion medium. And an electrode is manufactured by apply | coating an active material and a binder mixed slurry to a collector. Here, NMP is gasified in the drying process after slurry application, but most of it is recovered due to environmental impact and cost issues. Recently, there are an increasing number of cases where the recovered NMP is reused in the manufacturing process.

このNMPの回収、再利用工程の概略は下記の通りである。
(1)排ガス中のNMPを吸着体または水スクラバーにより回収する。この工程によりNMP7〜9割、水分1〜3割程度の状態にまでNMPが濃縮される。
(2)NMP/水の混合液を蒸留で精製する。この工程でNMPを99%、水分1%以下まで精製する。水分以外の各種不純物も同時に除去することを求められている。
The outline of the NMP recovery and reuse process is as follows.
(1) NMP in exhaust gas is recovered by an adsorbent or a water scrubber. By this step, NMP is concentrated to a state of about 70 to 90% of NMP and about 30 to 30% of water.
(2) The NMP / water mixture is purified by distillation. In this step, NMP is purified to 99% and moisture to 1% or less. Various impurities other than moisture are required to be removed at the same time.

これらの工程で精製されたNMPは、再び製造工程にて再利用される。また、蒸留精製はオフサイト、オンサイトのいずれでも行われている。   NMP purified in these steps is reused in the manufacturing process again. Further, distillation purification is performed both off-site and on-site.

このように、NMPの回収には、通常蒸留精製工程が含まれる。この蒸留精製には、多くのエネルギーを必要とし、また装置が大型化するなど欠点がある。   Thus, NMP recovery usually includes a distillation purification step. This distillation purification requires a lot of energy and has drawbacks such as an increase in the size of the apparatus.

一方、水の分離技術として蒸留精製ではなく、浸透気化分離を利用するものが提案されている。浸透気化膜としてはNaA型ゼオライト膜(無機多孔質支持体−ゼオライト膜)などが用いられる。特許文献1には、浸透気化分離工程を利用して、無水アルコールを生成することが示されている。また、特許文献2には、NaA型ではない特殊な骨格型のゼオライト膜を利用した浸透気化分離(PV)法による、NMPの精製について記載がある。   On the other hand, as a water separation technique, a technique utilizing pervaporation separation instead of distillation purification has been proposed. As the pervaporation membrane, a NaA-type zeolite membrane (inorganic porous support-zeolite membrane) or the like is used. Patent Document 1 discloses that an anhydrous alcohol is produced by using an osmotic vapor separation step. Patent Document 2 describes the purification of NMP by pervaporation separation (PV) method using a special framework type zeolite membrane that is not NaA type.

また、浸透気化分離装置は、NMP水溶液から、分離膜を介し、水分を水蒸気として除去する。このために、浸透気化分離装置に供給するNMP水溶液は120度程度に加熱し、浸透気化分離装置の透過室側を真空引きする。透過室から得られた水蒸気については冷却して、凝結水を除去するが、その排気にはNMPが含まれるため、これを除害する装置が必要である。   The pervaporation separator removes moisture from the NMP aqueous solution as water vapor through a separation membrane. For this purpose, the NMP aqueous solution supplied to the pervaporation / separation device is heated to about 120 degrees, and the permeation chamber side of the permeation / vaporization device is evacuated. The water vapor obtained from the permeation chamber is cooled to remove condensed water. However, since the exhaust gas contains NMP, a device for removing this is required.

特開2004−51617号公報JP 2004-51617 A 特開2012−67090号公報JP 2012-67090 A

ここで、浸透気化分離(PV)法を用いたNMPの精製システムについて、なるべく効率がよいことが要求される。特に、浸透気化分離装置において得られた排気についても効率的に処分することが望まれる。   Here, it is required that the NMP purification system using the pervaporation / separation (PV) method be as efficient as possible. In particular, it is desirable to efficiently dispose of the exhaust gas obtained in the pervaporation / separation apparatus.

本発明は、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を含むNMP水溶液を精製するNMP精製システムであって、NMP水溶液を加熱する加熱手段と、分離膜により濃縮室と透過室が分離され、前記加熱手段から濃縮室に供給されるNMP水溶液から水分を分離膜を介して透過室に選択的に浸透気化させて水蒸気を得ると共に、濃縮室に脱水NMPを得る浸透気化分離手段と、前記浸透気化分離手段の透過室に連結され、前記透過室から排気する排気手段と、透過室からの排気を冷却する冷却手段と、前記冷却手段で冷却された排気から凝結水を除去する気液分離手段と、を含み、前記冷却手段は、前記透過室から排出される排気中の水分を凍結させるに十分な冷却を行う。   The present invention is an NMP purification system for purifying an NMP aqueous solution containing NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), wherein a concentration chamber and a permeation chamber are separated by a heating means for heating the NMP aqueous solution and a separation membrane, Permeation vapor separation means for selectively degassing moisture from the NMP aqueous solution supplied from the heating means to the permeation chamber through the separation membrane into the permeation chamber and obtaining dehydrated NMP in the concentration chamber; An exhaust means connected to the permeation chamber of the separation means and exhausting from the permeation chamber; a cooling means for cooling the exhaust from the permeation chamber; and a gas-liquid separation means for removing condensed water from the exhaust cooled by the cooling means; The cooling means performs sufficient cooling to freeze water in the exhaust discharged from the permeation chamber.

また、一形態では、前記冷却手段は、複数の熱交換器を有し、1つの熱交換器における冷却において排気中の水蒸気の凍結により通気抵抗が大きくなる場合に、排気を他の熱交換器に切り換え、他の熱交換器において冷却を行う。   In one embodiment, the cooling means has a plurality of heat exchangers, and when cooling in one heat exchanger increases the ventilation resistance due to freezing of water vapor in the exhaust gas, the exhaust gas is exchanged with another heat exchanger. And cooling in another heat exchanger.

また、一形態では、前記複数の熱交換器における圧力損失を計測する手段を有し、圧力損失が所定値以上になることで前記通気抵抗が大きくなるとする。   Moreover, in one form, it has a means to measure the pressure loss in the plurality of heat exchangers, and the ventilation resistance increases when the pressure loss becomes a predetermined value or more.

本発明によれば、気液分離手段にからの排気をその水分が凍結するのに十分なくらいに冷却する。従って、効率的な排気が行える。   According to the present invention, the exhaust from the gas-liquid separation means is cooled to a degree sufficient for its moisture to freeze. Therefore, efficient exhaust can be performed.

システムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of a system. NMP脱水精製システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a NMP dehydration purification system. NMP脱水精製システムの参考例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the reference example of a NMP dehydration purification system.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、実施形態に係るNMP精製システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an NMP purification system according to an embodiment.

電極製造設備10においては、NMPを用いてリチウムイオン電池の電極製造工程が実施される。この電極製造の際に、活物質、バインダー混合スラリーを集電体に塗布することで電極が製造される。ここで、バインダーには、PVDFをNMPに溶解させたものが用いられ、スラリー塗布後の乾燥工程においてNMPがガス化し、排気される。   In the electrode manufacturing facility 10, an electrode manufacturing process of a lithium ion battery is performed using NMP. At the time of this electrode manufacture, an electrode is manufactured by apply | coating an active material and a binder mixed slurry to a collector. Here, a binder in which PVDF is dissolved in NMP is used as the binder, and NMP is gasified and exhausted in a drying step after slurry application.

電極製造設備10からの排気は、回収装置12に導入され、ここにおいてNMPが回収される。この回収装置12は、排気中のNMPを回収するもので、各種の方式を利用することができる。   Exhaust gas from the electrode manufacturing facility 10 is introduced into a recovery device 12, where NMP is recovered. The recovery device 12 recovers NMP in the exhaust, and various methods can be used.

例えば、水を噴霧し、排気と接触させて、NMPを水に溶解させて回収するスクラバーを用いる方式がある。この方式であると、比較的水分の高いNMPの水溶液が得られる。一方、設備自体は、比較的単純であり、運転も容易であり、低温での処理が可能であってNMPの劣化を抑制できる。   For example, there is a method using a scrubber that sprays water, contacts with exhaust, and dissolves and recovers NMP in water. With this method, an aqueous solution of NMP having a relatively high water content can be obtained. On the other hand, the equipment itself is relatively simple, can be operated easily, can be processed at a low temperature, and can suppress the deterioration of NMP.

なお、NMPは、水分を15%以上含有すると引火点がなくなり非危険物扱いとなる。従って、オフサイトでNMPの精製を行う場合、吸着方式を利用しても、回収した水溶液のNMP濃度を85%以下(水分15%以上)に保つことが一般的である。このため、回収装置12において回収するNMPの水溶液の水分を15%以上にしておくことも好適である。必要であれば、水を補充することも好適である。     If NMP contains 15% or more of moisture, the flash point disappears and it is treated as a non-hazardous material. Therefore, when NMP is purified off-site, it is common to keep the NMP concentration of the recovered aqueous solution at 85% or less (water content 15% or more) even if an adsorption method is used. For this reason, it is also preferable that the water content of the NMP aqueous solution recovered by the recovery device 12 is 15% or more. It is also suitable to replenish water if necessary.

回収装置12において回収したNMP水溶液(回収液)は、ろ過装置14に供給され不純物が除去される。ろ過装置14は、UF(限外ろ過)膜や、MF(精密ろ過)膜を用いた膜ろ過装置であり、回収液中に含まれる固形物を除去する。   The NMP aqueous solution (recovered liquid) recovered in the recovery device 12 is supplied to the filtration device 14 to remove impurities. The filtration device 14 is a membrane filtration device using a UF (ultrafiltration) membrane or an MF (microfiltration) membrane, and removes solid matter contained in the recovered liquid.

ろ過装置14で得られたろ過液は、イオン交換樹脂カラム16に供給され、ここで余分なイオンが除去される。特に、NMP水溶液に含まれるギ酸やアミン類およびアミン類などから生成される硝酸などの酸が除去される。   The filtrate obtained by the filtration device 14 is supplied to the ion exchange resin column 16 where excess ions are removed. In particular, acids such as nitric acid produced from formic acid, amines and amines contained in the NMP aqueous solution are removed.

ろ過装置14で得られたろ過液は、イオン交換樹脂カラム16に供給され、ここで余分なイオンが除去される。特に、ギ酸、アミン類およびアミン類などから生成される硝酸などの酸が除去される。   The filtrate obtained by the filtration device 14 is supplied to the ion exchange resin column 16 where excess ions are removed. In particular, acids such as nitric acid produced from formic acid, amines and amines are removed.

イオン交換樹脂カラム16による脱塩が終了した処理液(NMP水溶液)は、浸透気化分離装置(PV)18およびイオン交換樹脂カラム20を含むNMP脱水精製部30に供給され、ここで水分が除去され、回収NMPが得られる。   The treatment liquid (NMP aqueous solution) that has been desalted by the ion exchange resin column 16 is supplied to the NMP dehydration purification unit 30 including the pervaporation separator (PV) 18 and the ion exchange resin column 20, where water is removed. The recovered NMP is obtained.

NMP脱水精製部30において脱水濃縮された回収NMPの水分は1%以下である。そして、回収NMPは、イオン交換樹脂カラム20において、もう一度アミン類などのイオンを除去した後、ろ過装置22において、浮遊固形物を除去して、電極製造設備10において回収利用される。   The water content of the recovered NMP dehydrated and concentrated in the NMP dehydration purification unit 30 is 1% or less. Then, the recovered NMP is once again removed from the ion exchange resin column 20 by removing ions such as amines, and then the suspended solids are removed by the filtration device 22 to be recovered and used in the electrode manufacturing facility 10.

図2には、NMP脱水精製システムを構成する、イオン交換樹脂カラム16、浸透気化分離装置18、イオン交換樹脂カラム20を含むNMP脱水精製部30の構成が示されている。上述したように、回収装置12において回収された水分30%〜5%程度のNMP水溶液は、イオン交換樹脂カラム16に供給され、ここでイオンが除去される。   FIG. 2 shows a configuration of an NMP dehydration purification unit 30 including an ion exchange resin column 16, a pervaporation / separation apparatus 18, and an ion exchange resin column 20 that constitute the NMP dehydration purification system. As described above, the NMP aqueous solution with a water content of about 30% to 5% recovered by the recovery device 12 is supplied to the ion exchange resin column 16 where ions are removed.

イオン交換カラム16からのNMP水溶液は、ポンプなどによって熱交換器36に供給され、ここを通過することによって、加熱されて、浸透気化分離手段である浸透気化分離(PV)装置18に供給される。ここで、イオン交換樹脂カラム16の流出液の配管に別の熱交換器を設け、ここに浸透気化分離装置18で得られた脱水NMP供給することで、イオン交換樹脂カラム16の流出液に脱水NMPの熱を移動するとよい。これによって、イオン交換樹脂カラム16からの流出液を加熱するとともに、脱水NMPを冷却することができる。また、熱交換器36には、加熱蒸気が供給されており、この加熱蒸気の熱によってNMP水溶液を浸透気化分離装置18に供給するに適切な温度、例えば120℃まで上昇させる。   The NMP aqueous solution from the ion exchange column 16 is supplied to a heat exchanger 36 by a pump or the like, and is heated by passing through the heat exchanger 36 and supplied to a permeation vapor separation (PV) apparatus 18 which is a permeation vapor separation means. . Here, another heat exchanger is provided in the effluent pipe of the ion exchange resin column 16, and the dehydrated NMP obtained by the pervaporation separation device 18 is supplied thereto, whereby the effluent of the ion exchange resin column 16 is dehydrated. It is good to move the heat of NMP. As a result, the effluent from the ion exchange resin column 16 can be heated and the dehydrated NMP can be cooled. Further, heating steam is supplied to the heat exchanger 36, and the heat of the heating steam raises the temperature of the NMP aqueous solution to an appropriate temperature, for example, 120 ° C., for supplying to the pervaporation separation device 18.

浸透気化分離装置18は、処理対象成分と親和性のある分離膜(浸透気化膜)を用い、膜の供給側に混合物を流し、その透過側を減圧することで、各成分の透過速度差により分離する。   The pervaporation / separation device 18 uses a separation membrane (permeation vaporization membrane) having an affinity for the component to be treated, flows the mixture to the supply side of the membrane, and depressurizes the permeation side. To separate.

本実施形態の場合、ゼオライト膜を用い、ゼオライトの親水性の高さにより、水を透過側に、NMPを供給側に分離濃縮する。また、その際に、透過物である水は液体から気体(水蒸気)へ相変化する。   In the case of this embodiment, a zeolite membrane is used, and water is separated and concentrated on the permeate side and NMP on the supply side due to the hydrophilicity of the zeolite. At that time, the permeate water changes from a liquid to a gas (water vapor).

このように、NMP水溶液は、熱交換器36による熱交換により120℃程度まで加熱され、浸透気化分離装置18に供給される。この浸透気化分離装置18の分離膜は、例えば円筒型の膜モジュールであって、NaA型のゼオライト膜を用いたものが利用されている。浸透気化分離装置18の原液室(供給液側)には、NMP水溶液が供給され、一方、透過室(透過側)には、熱交換器40a,40b、気液分離器42を介し、真空ポンプ44が接続されており、内部が減圧されている。そこで、NMP水溶液中の水が分離膜を浸透しながら気化し、透過室(透過側)に水蒸気となって得られる。透過室に得られた水蒸気は、バルブ38a,38bを介し冷却液が供給されている熱交換器40a,40bにおいて冷却されてから、気液分離器42に導入され、ここで凝結水が下方に滞留する。また、浸透気化分離装置18の透過室には、その圧力を計測する圧力計46が設けられている。   Thus, the NMP aqueous solution is heated to about 120 ° C. by heat exchange by the heat exchanger 36 and supplied to the pervaporation separation device 18. As the separation membrane of the pervaporation separator 18, for example, a cylindrical membrane module using a NaA type zeolite membrane is used. An NMP aqueous solution is supplied to the stock solution chamber (supply liquid side) of the osmosis vapor separation device 18, while the permeation chamber (permeation side) is supplied with a vacuum pump via heat exchangers 40 a and 40 b and a gas-liquid separator 42. 44 is connected and the inside is decompressed. Therefore, water in the NMP aqueous solution is vaporized while penetrating the separation membrane, and is obtained as water vapor in the permeation chamber (permeation side). The water vapor obtained in the permeation chamber is cooled in the heat exchangers 40a and 40b to which the cooling liquid is supplied via the valves 38a and 38b, and then introduced into the gas-liquid separator 42, where condensed water flows downward. Stay. Further, a pressure gauge 46 for measuring the pressure is provided in the permeation chamber of the pervaporation separator 18.

ここで、本実施形態においては、熱交換器40a,40bに供給する冷却液として、−10℃程度のブラインを用いる。これによって、浸透気化分離装置18の透過室に得られた水蒸気は、液化するだけでなく、一部凍結する。気液分離器42において、凝結水を除去することを目的とする場合、熱交換器40における水の凍結を避けるべきである。しかし、本実施形態では、熱交換器40に供給するブラインの温度を十分低いものとして、ここに流通する気体の温度を0℃以下とし、ここおいて必ず凍結が起こるような熱交換を行う。冷却液の温度は、熱交換器40の能力にもよるが、−5℃〜−15℃程度が好ましく、上述したように−10℃程度が特に好ましい。   Here, in the present embodiment, brine of about −10 ° C. is used as the coolant supplied to the heat exchangers 40a and 40b. As a result, the water vapor obtained in the permeation chamber of the pervaporation separator 18 is not only liquefied but also partially frozen. In the gas-liquid separator 42, when the purpose is to remove condensed water, freezing of water in the heat exchanger 40 should be avoided. However, in this embodiment, the temperature of the brine supplied to the heat exchanger 40 is set to be sufficiently low, the temperature of the gas flowing therethrough is set to 0 ° C. or less, and heat exchange is performed so that freezing always occurs. The temperature of the coolant is preferably about −5 ° C. to −15 ° C., particularly about −10 ° C. as described above, although it depends on the ability of the heat exchanger 40.

例えば、バルブ38aを開、バルブ38bを閉とし、浸透気化分離装置18の透過室からの排気を、熱交換器40aを介し、気液分離器42に導入する。この状態において、排気の多くは水蒸気であり、熱交換器40aの内部通路において凍結して氷となり、気液分離器42に至るが、一部は内部通路の内表面に付着する。従って、使用に従って通路が小さくなり、熱交換器40aにおける圧力損失が上昇する。本実施形態では、圧力計46の検出値によって、浸透室の圧力が上昇したことで、熱交換器40aにおける圧力損失の上昇を検知する。   For example, the valve 38a is opened and the valve 38b is closed, and the exhaust gas from the permeation chamber of the pervaporation separator 18 is introduced into the gas-liquid separator 42 through the heat exchanger 40a. In this state, most of the exhaust gas is water vapor, which freezes in the internal passage of the heat exchanger 40a to become ice and reaches the gas-liquid separator 42, but part of it adheres to the inner surface of the internal passage. Therefore, the passage becomes smaller according to use, and the pressure loss in the heat exchanger 40a increases. In the present embodiment, an increase in pressure loss in the heat exchanger 40a is detected based on the detected value of the pressure gauge 46, as the pressure in the permeation chamber has increased.

そして、圧損が所定以上となった場合には、バルブ38aを閉、バルブ38bを開として、透過室の排気を、熱交換器40bを介し気液分離器42に導入し処理を継続する。一方、熱交換器40aについては、バルブ38cを閉じて切り離し、温度の高い水などを流通するなどの手段で、解凍して水を排出する。   When the pressure loss becomes a predetermined value or more, the valve 38a is closed and the valve 38b is opened, and the exhaust of the permeation chamber is introduced into the gas-liquid separator 42 through the heat exchanger 40b, and the process is continued. On the other hand, with respect to the heat exchanger 40a, the valve 38c is closed and disconnected, and water is discharged by thawing by means of circulating high temperature water or the like.

また、熱交換器40a,40bの使用を開始する場合には、まず下流側のバルブ38c,38dを開き、内部を真空にした後、上流側のバルブ38a,38bを開き、使用を開始するとよい。   When starting to use the heat exchangers 40a and 40b, first, the downstream valves 38c and 38d are opened, the inside is evacuated, and then the upstream valves 38a and 38b are opened to start use. .

このようにして、2つの熱交換器40a,40bを順次切り替えて使用することで、熱交換器40a,40bの内部通路に氷が付着しても、浸透気化分離装置を継続して使用することができる。なお、熱交換器40a,40bの下流側の圧力を検出する圧力計も設けておき、熱交換器40a,40bの前後の圧力から圧力損失を計測することも好適である。   In this way, by sequentially switching and using the two heat exchangers 40a and 40b, even if ice adheres to the internal passages of the heat exchangers 40a and 40b, the pervaporation separator can be used continuously. Can do. It is also preferable to provide a pressure gauge for detecting the pressure downstream of the heat exchangers 40a and 40b and measure the pressure loss from the pressure before and after the heat exchangers 40a and 40b.

このように、本実施形態によれば、真空ポンプ44により排気する対象ガスの温度が従来に比べ低温になる。従って、NMPが気化しにくくなり、真空ポンプ44の排気中のNMP濃度が低くなる。場合によっては、真空ポンプ44の排気についての除害装置が不要であったり、必要であってもその能力を小さいものにできる。また、気液分離器44内の温度も低いため、気液分離器42における液体分からの揮発の量が少ない。   Thus, according to this embodiment, the temperature of the target gas exhausted by the vacuum pump 44 is lower than that of the conventional gas. Therefore, NMP is difficult to vaporize, and the NMP concentration in the exhaust of the vacuum pump 44 is lowered. In some cases, an abatement device for the exhaust of the vacuum pump 44 is unnecessary, or even if necessary, the capacity can be reduced. Moreover, since the temperature in the gas-liquid separator 44 is also low, the amount of volatilization from the liquid in the gas-liquid separator 42 is small.

温度が高く、気液分離器42における揮発量が多いと、それだけ真空度が落ちるため、真空ポンプ44の稼働時間が長くなり、エネルギー消費が大きくなる。そこで、温度が高い場合には、凝結水の排出を頻繁に行う必要があるが、この凝結水の排出を頻繁に行うと、それだけ真空ポンプ44の稼働時間が増え、エネルギー消費が増える。また、浸透気化法では、浸透気化膜の膜面の一次側(原液室)と二次側(透過室)の水分圧差が水分離の駆動力である。よって真空度が落ちると、濃縮液中の水分濃度を安定に低く保つことができなくなる。   When the temperature is high and the amount of volatilization in the gas-liquid separator 42 is large, the degree of vacuum decreases accordingly, so that the operation time of the vacuum pump 44 becomes long and energy consumption increases. Therefore, when the temperature is high, it is necessary to discharge condensed water frequently. However, if this condensed water is discharged frequently, the operating time of the vacuum pump 44 increases accordingly, and energy consumption increases. In the pervaporation method, the water pressure difference between the primary side (raw solution chamber) and the secondary side (permeation chamber) of the pervaporation membrane is the driving force for water separation. Therefore, when the degree of vacuum drops, the water concentration in the concentrate cannot be kept stable and low.

本実施形態のように、排気系の温度を低くすることで、上記問題の発生を抑制して、効率的な運転が行える。   As in the present embodiment, by reducing the temperature of the exhaust system, the occurrence of the above problems can be suppressed and efficient operation can be performed.

なお、気液分離器42における凝結水の排出は、次のような手順で行われる。まず、真空引きしている空間の圧力が所定の真空になっている場合には、気液分離器42と真空ポンプ44の間のバルブを閉じて切り離されている。この状態で、気液分離器42内に凝結水が一定量たまった場合、浸透気化分離装置18と気液分離器42の間のバルブを閉じ、気液分離器42の凝結水ドレン用バルブおよび気液分離器42の上部空間を大気に解放するベント用バルブを開き、凝結水を排出する。次に、真空ポンプ44と気液分離器42の間のバルブを開き、真空度確保後、浸透気化分離装置18と気液分離器42の間のバルブを開き、全体としての真空度確保後、真空ポンプ44と気液分離器42の間のバルブを閉じる。これによって、凝結水の排出が終了する。   The condensed water in the gas-liquid separator 42 is discharged in the following procedure. First, when the pressure in the evacuated space is a predetermined vacuum, the valve between the gas-liquid separator 42 and the vacuum pump 44 is closed and disconnected. In this state, when a certain amount of condensed water has accumulated in the gas-liquid separator 42, the valve between the pervaporation separator 18 and the gas-liquid separator 42 is closed, and the condensed water drain valve of the gas-liquid separator 42 and A vent valve that opens the upper space of the gas-liquid separator 42 to the atmosphere is opened, and condensed water is discharged. Next, the valve between the vacuum pump 44 and the gas-liquid separator 42 is opened, and after ensuring the degree of vacuum, the valve between the pervaporation separator 18 and the gas-liquid separator 42 is opened, and after ensuring the degree of vacuum as a whole, The valve between the vacuum pump 44 and the gas-liquid separator 42 is closed. This completes the discharge of condensed water.

なお、熱交換器40a,40bの解凍には、熱交換器50の廃熱を利用することが好適である。すなわち、浸透気化分離装置18からの脱水NMPを冷却する熱交換器50における熱交換後の高温の熱媒体(温度上昇した冷却水)を凍結したことで切り離された熱交換器40a,40bにブラインに代えて導入することで、内部の氷を解凍することができる。これによって、熱交換器50の廃熱を利用して、熱交換器40a,40bの解凍処理を行うことができ、別の熱源を使用せずに廃熱の有効利用が図れる。   In addition, it is suitable to utilize the waste heat of the heat exchanger 50 for the defrosting of the heat exchangers 40a and 40b. That is, the heat exchangers 40a and 40b separated by freezing a high-temperature heat medium (cooling water whose temperature has been increased) after heat exchange in the heat exchanger 50 that cools the dehydrated NMP from the pervaporation separator 18 are brined. By introducing instead of, the internal ice can be thawed. Accordingly, the heat exchanger 40a, 40b can be defrosted using the waste heat of the heat exchanger 50, and the waste heat can be effectively used without using another heat source.

また、熱交換器40a,40bで得られた解凍水は、気液分離器42からの凝結水と一緒に生物処理するとよい。   The thawed water obtained by the heat exchangers 40a and 40b may be biologically treated together with the condensed water from the gas-liquid separator 42.

ここで、バインダーとして主に用いられるPVDFは、塩基性物質と共存することで脱フッ素化反応を起こすことが知られている。脱フッ素化反応したバインダー溶液は、反応前から粘性が変化するため、スラリー塗布工程不良の原因となる。このため、NMPについて、塩基性物質、とりわけアミン類を除去することが好ましい。   Here, PVDF mainly used as a binder is known to cause a defluorination reaction by coexisting with a basic substance. Since the viscosity of the binder solution that has undergone the defluorination reaction changes before the reaction, it causes a failure in the slurry application process. For this reason, it is preferable to remove basic substances, particularly amines, from NMP.

イオン交換樹脂カラム20には、混床イオン交換樹脂が充填されており、液中のアミン濃度を除去する。そして、イオン交換樹脂カラム20の出口に、アミン類が除去された精製NMPが得られる。   The ion exchange resin column 20 is filled with a mixed bed ion exchange resin and removes the amine concentration in the liquid. Then, purified NMP from which amines have been removed is obtained at the outlet of the ion exchange resin column 20.

<参考例>
図3に示すシステムにおいて、浸透気化分離装置18によりNMP水溶液の脱水を行い、その供給液、濃縮液の水分含有量を測定した。ブラインの温度は0℃においてしばらく予備運転した後、−10℃と変更して(この時を運転0分後とする)運転した。結果を表1に示す。

Figure 2014144939
<Reference example>
In the system shown in FIG. 3, the NMP aqueous solution was dehydrated by the pervaporation separator 18 and the water content of the supply liquid and the concentrated liquid was measured. The temperature of the brine was preliminarily operated at 0 ° C. for a while and then changed to −10 ° C. (this time was 0 minute after operation). The results are shown in Table 1.
Figure 2014144939

運転開始後30分は温度低下により透過室圧力が下がり、濃縮液の含有水分が低下した。その後徐々に熱交換器40が凍結し、透過室圧力が凍結による圧損のため上昇し濃縮液の含有水分が増加した。   30 minutes after the start of operation, the permeation chamber pressure decreased due to the temperature decrease, and the water content in the concentrate decreased. Thereafter, the heat exchanger 40 was gradually frozen, the permeation chamber pressure increased due to pressure loss due to freezing, and the water content in the concentrate increased.

<実施例>
図2に示すシステムにおいて、浸透気化分離装置18によりNMP水溶液の脱水を行い、その供給液、濃縮液の水分含有量を測定した。ブラインの温度は0℃においてしばらく予備運転した後、−10℃と変更して(この時を運転0分後とする)運転した。通気抵抗が大きくなった際は熱交換器を切替えて使用し、使用していない熱交換器は解凍した。結果を表2に示す。

Figure 2014144939
<Example>
In the system shown in FIG. 2, the NMP aqueous solution was dehydrated by the pervaporation separator 18, and the water content of the supply liquid and the concentrated liquid was measured. The temperature of the brine was preliminarily operated at 0 ° C. for a while and then changed to −10 ° C. (this time was 0 minute after operation). When the ventilation resistance increased, the heat exchanger was switched and used, and the unused heat exchanger was thawed. The results are shown in Table 2.
Figure 2014144939

このように、凍結による水分濃度の上昇は無く、濃縮液の水分濃度は安定して低く保てた。   Thus, there was no increase in the water concentration due to freezing, and the water concentration of the concentrate was stably kept low.

10 電極製造設備、12 回収装置、14,22 ろ過装置、16,20 イオン交換樹脂カラム、18 浸透気化分離装置、30 NMP脱水精製部、36 熱交換器、38a〜38d バルブ,40,40a,40b 熱交換器、42 気液分離器、44 真空ポンプ、46 圧力計。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrode manufacturing equipment, 12 Collection | recovery apparatus, 14,22 Filtration apparatus, 16,20 Ion exchange resin column, 18 Permeation vaporization separation apparatus, 30 NMP dehydration purification part, 36 Heat exchanger, 38a-38d valve | bulb, 40, 40a, 40b Heat exchanger, 42 gas-liquid separator, 44 vacuum pump, 46 pressure gauge.

Claims (3)

NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を含むNMP水溶液を精製するNMP精製システムであって、
NMP水溶液を加熱する加熱手段と、
分離膜により濃縮室と透過室が分離され、前記加熱手段から濃縮室に供給されるNMP水溶液から水分を分離膜を介して透過室に選択的に浸透気化させて水蒸気を得ると共に、濃縮室に脱水NMPを得る浸透気化分離手段と、
前記浸透気化分離手段の透過室に連結され、前記透過室から排気する排気手段と、
透過室からの排気を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段で冷却された排気から凝結水を除去する気液分離手段と、
を含み、
前記冷却手段は、前記透過室から排出される排気中の水分を凍結させるに十分な冷却を行う、NMP精製システム。
An NMP purification system for purifying an NMP aqueous solution containing NMP (N-methyl-2-pyrrolidone),
A heating means for heating the NMP aqueous solution;
The concentration chamber and the permeation chamber are separated by the separation membrane, moisture is selectively permeated into the permeation chamber through the separation membrane from the NMP aqueous solution supplied from the heating means to the concentration chamber, and water vapor is obtained. Pervaporation means for obtaining dehydrated NMP;
Exhaust means connected to the permeation chamber of the pervaporation separation means and exhausting from the permeation chamber;
Cooling means for cooling the exhaust from the permeation chamber;
A gas-liquid separation means for removing condensed water from the exhaust gas cooled by the cooling means;
Including
The NMP purification system, wherein the cooling means performs sufficient cooling to freeze water in the exhaust discharged from the permeation chamber.
請求項1に記載のNMP精製システムであって、
前記冷却手段は、複数の熱交換器を有し、1つの熱交換器における冷却において排気中の水蒸気の凍結により通気抵抗が大きくなる場合に、排気を他の熱交換器に切り換え、他の熱交換器において冷却を行う、NMP精製システム。
The NMP purification system according to claim 1,
The cooling means has a plurality of heat exchangers, and when cooling in one heat exchanger increases ventilation resistance due to freezing of water vapor in the exhaust, the exhaust is switched to another heat exchanger, NMP purification system that cools in the exchanger.
請求項2に記載のNMP精製システムであって、
前記複数の熱交換器における圧力損失を計測する手段を有し、圧力損失が所定値以上になることで前記通気抵抗が大きくなるとする、NMP精製システム。
The NMP purification system according to claim 2,
An NMP refining system, comprising means for measuring pressure loss in the plurality of heat exchangers, wherein the ventilation resistance is increased when the pressure loss exceeds a predetermined value.
JP2013015231A 2013-01-30 2013-01-30 NMP purification system Pending JP2014144939A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013015231A JP2014144939A (en) 2013-01-30 2013-01-30 NMP purification system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013015231A JP2014144939A (en) 2013-01-30 2013-01-30 NMP purification system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014144939A true JP2014144939A (en) 2014-08-14

Family

ID=51425499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013015231A Pending JP2014144939A (en) 2013-01-30 2013-01-30 NMP purification system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014144939A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111302422A (en) * 2020-03-12 2020-06-19 上一环保科技(杭州)有限公司 Concentration and reduction device and method for high-salt high-concentration organic wastewater
CN111423352A (en) * 2020-05-19 2020-07-17 上海盛剑环境系统科技股份有限公司 Recovery system and recovery method of N-methyl-2-pyrrolidone waste liquid

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111302422A (en) * 2020-03-12 2020-06-19 上一环保科技(杭州)有限公司 Concentration and reduction device and method for high-salt high-concentration organic wastewater
CN111423352A (en) * 2020-05-19 2020-07-17 上海盛剑环境系统科技股份有限公司 Recovery system and recovery method of N-methyl-2-pyrrolidone waste liquid
CN111423352B (en) * 2020-05-19 2024-01-02 上海盛剑环境系统科技股份有限公司 Recovery system and recovery method for N-methyl-2-pyrrolidone waste liquid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9765024B2 (en) System and method for organic solvent purification
JP6088265B2 (en) NMP purification system and NMP purification method
JP5911228B2 (en) NMP purification system in electrode manufacturing process
JP6088268B2 (en) NMP purification system
JP6636111B2 (en) Organic solvent purification system and method
JP6289852B2 (en) Liquid organic matter and water separation system and separation method
US20150232348A1 (en) Water desalination and brine volume reduction process
JP6088267B2 (en) NMP purification system
JP6415159B2 (en) Organic solvent purification system and method
JP2013018748A (en) Nmp purification system in electrode production process
EP4127109A1 (en) Method and system for the production of liquid biogas
JP6088266B2 (en) NMP purification system
JP5150785B2 (en) Pure liquid production equipment
JP2014144939A (en) NMP purification system
CN107555542B (en) Multi-stage nanofiltration-reverse osmosis-membrane distillation combined desalting and salt separation method
JP2016182581A (en) Method and apparatus for recovering solvent
WO2019163420A1 (en) Liquid organic matter and water separation system and separation method
JP6970280B2 (en) Organic solvent purification system and method
JP2013040868A (en) Radioactive contaminated water treatment system and radioactive contaminated water treatment method
JP5510110B2 (en) Organic solvent recovery system
JP7473171B2 (en) Liquid composition adjustment system
CN115448406B (en) Separation and purification system and separation and purification method for organic waste liquid
KR101532061B1 (en) Vapor comrpessiong distrillation apparatus
KR20120096702A (en) Method separating air of used refrigerant
JP2020193177A (en) N-methyl-2-pyrolidone purification method and purification system