Industrieperspektiven und Verfahrenstechnik von N-Methylpyrrolidon (NMP)

N-Methylpyrrolidon (NMP) ist ein aprotisches Lösungsmittel, das sich durch hohe Polarität, hohen Siedepunkt, niedrige Viskosität, geringe Flüchtigkeit und hohe thermische und chemische Stabilität auszeichnet. Als Hochleistungslösungsmittel findet es breite Anwendung in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien, in der Polymersynthese, in der Elektronikchemie, in Isolierlacken und in vielen anderen Bereichen.

NMP-Quellen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: synthetisches NMP und zurückgewonnenes NMP. Synthetisches NMP bezieht sich auf NMP-Produkte, die durch chemische Synthese gewonnen werden. Der industrielle Produktionsweg besteht in der Herstellung von NMP-Produkten durch Kondensation von Gamma-Butyrolacton (GBL) und Monomethylamin als Ausgangsstoffe. Die Rückgewinnung von NMP bezieht sich auf das Recycling von NMP-Abfallflüssigkeit, die nach der Rückgewinnung und Reinigung als Lösungsmittel verwendet wird.

Der NMP-Markt ist riesig und im Wachstum begriffen
In den letzten 5-10 Jahren ist der NMP-Verbrauch aufgrund der rasanten Entwicklung der Lithiumbatterie-Industrie rapide angestiegen. Im Jahr 2022 beläuft sich der NMP-Verbrauch in China auf etwa 1,52 Millionen Tonnen, wovon der Verbrauch im Lithiumbereich etwa 1,428 Millionen Tonnen beträgt, was etwa 94,0% des Gesamtverbrauchs in China ausmacht. Mit der kontinuierlichen Expansion des Marktes für neue Energiefahrzeuge ist auch die Nachfrage nach Lithiumbatterien gestiegen. Es wird erwartet, dass der NMP-Verbrauch in China bis 2025 3,44 Millionen Tonnen erreichen wird. Zwischen 2022 und 2025 wird die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des Verbrauchs etwa 31,3% betragen. NMP wird nicht nur im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, sondern kann auch als Flüssigkeit zur Entfernung von Fotolacken und als Reinigungsmittel für Halbleiterbildschirme im Bereich der Elektronikchemikalien verwendet werden. In der Polymersynthese kann es als Reaktionslösungsmittel für spezielle Polymere wie Para-Aramid, Polyphenylensulfid (PPS) und Polyimid (PI) verwendet werden.

NMP-Synthesetechnik
Bei der NMP-Synthese verwenden die meisten Hersteller die Dehydrierung von 1,4-Butandiol (BDO) zur Herstellung von GBL und anschließend die Ammonisierung und Kondensation zur Herstellung von NMP. Mitsubishi Chemical verwendet Maleinsäureanhydrid-Hydrierung zur Herstellung von GBL, das dann ammoniert und kondensiert wird, um NMP herzustellen.
Die industrielle Produktion von NMP wurde früher realisiert, und der Produktionsprozess ist ausgereift. Gegenwärtig wird NMP in der Welt hauptsächlich durch GBL und Monomethylamin-Kondensation hergestellt. Je nach den unterschiedlichen Reaktionsbedingungen kann man zwischen der nicht-katalytischen und der katalytischen Reaktion unterscheiden, wobei die erstere das von den meisten Produktionsunternehmen verwendete Verfahren ist.
Die katalysatorfreie NMP-Kondensation von GBL und Monomethylamin wurde 1936 von E. Path et al. entwickelt und zuerst von BASF in Deutschland und GAF in den Vereinigten Staaten industrialisiert, was derzeit die am häufigsten verwendete NMP-Produktionstechnologie ist. Da der nicht-katalytische NMP-Produktionsprozess oft hohe Temperaturen, Drücke, hohe Anforderungen an die Ausrüstung und einen hohen Energieverbrauch erfordert, kann der Einsatz von Katalysatoren die Reaktionsbedingungen reduzieren und Energie sparen. Daher haben in den letzten Jahren viele Forscher im In- und Ausland begonnen, sich mit der Rolle von Katalysatoren in diesem Prozess zu befassen. Im Jahr 2008 führte die südkoreanische Birnbaumchemie die katalytische ZSM-Molekularsieb-Synthesetechnologie ein, mit der sich die Reaktionsbedingungen bis zu einem gewissen Grad reduzieren lassen.

In China verwendet Sinopec Cu-Zn-Cr-Zr als Katalysator für die Dehydrierung und Aminierung von BDO zur Herstellung von NMP. Obwohl das katalytische Verfahren offensichtliche Vorteile hat, gibt es aufgrund einiger technischer Probleme (z. B. Lebensdauer des Katalysators usw.) derzeit nur wenige industrielle Anwendungen.

Bei der Herstellung von NMP kommt ein katalytisches Verfahren zum Einsatz, und ein neuer Zeolith-ZSM-Verbundkatalysator aus Seltenerd-Cerium, der von Maige Chemical unabhängig entwickelt wurde, kann die Geschwindigkeit des geschlossenen Kreislaufs von NMH-Zwischenprodukten wirksam beschleunigen.

Der Markt für NMP-Rückgewinnung und -Reinigung bietet breite Perspektiven
Die NMP-Industrie hat keine hohen Eintrittsbarrieren, da die nachgelagerte Lithiumindustrie weiterhin boomt, immer mehr Unternehmen mit der Herstellung von NMP begonnen haben und die Branche immer größer wird. Der größte Teil des als Lösungsmittel verwendeten NMP kann recycelt werden, was Kosten spart und die Umweltbelastung verringert. Nach Angaben der Industrie werden 1.500 Tonnen NMP für die Herstellung einer 1-GWh-Batterie benötigt. Mit dem raschen Wachstum der inländischen Strombatterieproduktion hat sich der Markt für das Recycling und die Reinigung von NMP rasch entwickelt. Seit 2021 ist der Markt für die NMP-Rückgewinnung und -Reinigung explosionsartig gewachsen, und im selben Jahr wurden in China zahlreiche NMP-Rückgewinnungs- und -Reinigungsanlagen mit einer jährlichen Gesamtrückgewinnungskapazität von über 400.000 Tonnen installiert. Entsprechend der Entwicklung der Energiebatterieproduktion im Jahr 2022 werden im Laufe des Jahres 825.000 Tonnen NMP recycelt und gereinigt werden müssen, und es wird erwartet, dass die Recycling- und Reinigungskapazität eine Million Tonnen überschreiten wird.
Derzeit, neue Energie-Fahrzeuge haben sich die Mainstream-Entwicklung Trend, China ist der größte Markt für die Produktion und den Verbraucher Markt für neue Energie-Fahrzeuge und Batterien, wird erwartet, dass in den nächsten Jahren, wird mit einer Rate von 20% bis 30% pro Jahr, NMP-Recycling Reinigung hat noch gute Marktentwicklung Potenzial.

Beim NMP-Recycling gibt es hauptsächlich zwei Möglichkeiten: Zum einen recyceln die NMP-Anwender selbst, um einen internen Kreislauf zu bilden, zum anderen beauftragen sie Hersteller mit der Veredelung oder kaufen von ihnen veredelte NMP-Produkte. Unter den NMP-Herstellern gibt es Unternehmen, die sich auf synthetische Produkte oder auf Recyclingprodukte spezialisiert haben, und es gibt Unternehmen, die sowohl synthetische als auch Recyclingprodukte herstellen.

NMP-Recycling-Technologie
Die NMP-Rückgewinnungs- und -Reinigungstechnologie umfasst die Rückgewinnung und Reinigung von zwei Teilen. Die wichtigsten Behandlungsverfahren für NMP-Abgas sind derzeit: Kondensation + Wabenrad-Adsorptionsverfahren, Kondensation + Wassersprühverfahren und mehrstufiges Wassersprühverfahren.

1. Kondensations- und Adsorptionsprozess: Das Abgas der Beschichtung wird zunächst abgekühlt, der größte Teil des NMP wird aufgefangen, und dann wird das Abgas durch den Adsorptionskanal auf den Standard aufbereitet, und das desorbierte Abgas wird zum vorderen Ende zurückgeführt.
   2, Wasser-Sprühverfahren: die Verwendung von NMP wasserlöslichen Eigenschaften, Wasseraufnahme von NMP, so dass die Abgasnormen. Jedes Verfahren hat seinen eigenen Anwendungsbereich und seine eigenen Vor- und Nachteile, die je nach der tatsächlichen Produktionssituation und der technischen Erfahrung ausgewählt werden müssen. Wenn NMP aus dem Endgas in eine wässrige Lösung überführt oder in eine Flüssigkeit kondensiert wird, entsteht die NMP-Abfallflüssigkeit, deren Reinheit oft nicht den Anforderungen der Batterieproduktion entspricht und die vor ihrer Wiederverwendung weiter gereinigt werden muss.

NMP-Reinigungstechnologie
NMP-Abfallflüssigkeit enthält in der Regel NMP, Wasser, Amine und andere organische Verunreinigungen, da das NMP in Batteriequalität direkt für die Elektrodenherstellung verwendet wird, um die Konsistenz der Batterie zu erhalten, ist die Reinheit der Rückgewinnung sehr hoch.
Der Unterschied besteht darin, dass der Prozess und die Kernausrüstung anders gestaltet sind und die Produktqualität und die Rückgewinnungsrate erreicht werden können. Vor dem Hintergrund des hohen Preises und des hohen Verbrauchs von NMP ist es ein allgemeiner Trend, ein Reinigungsverfahren mit hoher Qualität, hoher Ausbeute und geringem Verbrauch zu wählen.

In China nutzt das NMP-Abfallreinigungssystem von Tianjin Zhongfu Environmental Protection Kerntechnologien wie Vorbehandlungstechnologie, Präzisionsdestillationstechnologie, Hochpräzisionsfiltration und -adsorption, Optimierung des Wärmeübertragungsnetzes und andere Technologien zur Stärkung des Prozesses, um NMP-Lösungsmittel auf Batterieniveau zu reinigen. Es wird berichtet, dass Zhongfu Environmental Protection eines der ersten Unternehmen ist, die NMP-Reinigungstechnologie entwickeln, bereits 2014 in Zusammenarbeit mit BYD, um NMP-Lösungsmittelreinigung und Ressourcennutzungstechnologie Forschung und Entwicklung und Umwandlung von Ergebnissen durchzuführen, das erste im Land, um NMP-Lösungsmittelreinigungsgerät zu bauen, um die Wiederverwendung von NMP in der Pflanzenreinigung zu erreichen. Seitdem wurde eine Reihe von Projekten zur Reinigung von NMP-Lösungsmitteln in Betrieb genommen, mit mehr als 30 entsprechenden Fällen. Das Unternehmen hat mit vielen führenden Unternehmen der Lithium-Batterie-Industrie wie BYD, Yiwei Lithium Energy, Haichen New Energy und Bang Pu Cycle zusammengearbeitet und genießt einen guten Ruf auf dem Gebiet der NMP-Reinigung.