一種對N‑甲基吡咯烷酮氣體回收提純的裝置及方法與流程
2023-08-05 17:46:16
本發明涉及一種生產尾氣處理工藝領域，特別是涉及一種對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的裝置及方法。
背景技術：
N-甲基吡咯烷酮，簡稱N-甲基吡咯烷酮，是一種能溶於乙醚和丙酮等各種有機溶劑的無色透明液體，且能與水混溶，其沸點為203℃，閃點為95℃，同時有良好的熱穩定性和化學穩定性，因此常在生產中用作溶劑，目前應用較多的是鋰電池的生產。
在生產鋰電池電極過程中，通常需要用到N-甲基吡咯烷酮作為塗布材料的溶劑，然後對塗布材料進行乾燥，並在塗布材料乾燥時，N-甲基吡咯烷酮氣體會跟隨蒸發進入生產尾氣中，若將含有N-甲基吡咯烷酮的生產尾氣直接進行排放會造成環境汙染，且N-甲基吡咯烷酮價格昂貴，將其排放同樣也是一種資源浪費。為了避免直接排放含有N-甲基吡咯烷酮的生產尾氣汙染環境和節約社會資源，對生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體進行回收十分重要。
在現有技術中，多採用對氣態N-甲基吡咯烷酮回收手段為冷凝析出法、水吸收法，但是冷凝析出法對設備要求高且能耗大，不適合大規模使用和推廣。而水吸收法回收的N-甲基吡咯烷酮的純度達不到再次利用的標準，無法二次使，後又對水吸收法得到的N-甲基吡咯烷酮粗品進行再次精製，則需要將粗品長距離運輸，增加了生產成本。目前，在不影響產品質量的情況下，急需一種能夠低成本回收N-甲基吡咯烷酮並能夠二次使用的生產工藝。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的裝置及方法，它可以克服現有技術上述的不足，實現對生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體低耗回收、現場精製提純，並實現了該氣體的再次使用。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
本發明提供了一種對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的裝置，該裝置包括N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元、餘熱回收單元、N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元；
其中，所述N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元包括第一吸收塔、第二吸收塔、第三吸收塔、粗品罐，將含有N-甲基吡咯烷酮氣體的生產尾氣出氣口連接所述第一吸收塔入氣口，所述第一吸收塔出氣口連接第二吸收塔入氣口，所述第一吸收塔出液口連接粗品罐進液口，所述第二吸收塔出氣口連接第三吸收塔入氣口，第三吸收塔進液口連接用於吸收生產尾氣的吸收液出液口；
所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元包括真空精餾塔、成品罐，將所述粗品罐的出液口連接所述真空精餾塔進液口，所述真空精餾塔出液口連接所述成品罐。
可選的，該裝置還包括：餘熱回收單元，所述餘熱回收單元包括兩級熱交換器，將所述生產尾氣出口與所述第一吸收塔進氣口之間設置第一級熱交換器，所述第一吸收塔出氣口與所述第二吸收塔進氣口之間設置第二級熱交換器。
可選的，所述N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元還包括抽風風機、活性炭裝置、迴風風機、第一液泵、第二液泵、第三液泵、第四液泵、第一冷卻水裝置以及第二冷卻水裝置；所述抽風風機一端與車間生產尾氣排出口連接，所述抽風風機另一端連接所述第一熱交換器第一進氣口，所述第一熱交換器第一出氣口連接所述第一吸收塔入氣口，所述第一吸收塔出氣口連接所述第二熱交換器第一進氣口，所述第二熱交換器的第一出氣口連接所述第二吸收塔入氣口，所述第二吸收塔出氣口連接所述第三吸收塔入氣口，所述第三吸收塔出氣口分別連接所述活性炭裝置和所述迴風風機一端，所述迴風風機另一端連接所述第二熱交換器的第二進氣口，所述第二熱交換器的第二出氣口連接所述第一熱交換器的第二進氣口，所述第一熱交換器的第二出氣口連接所述車間進氣口；用於吸收所述生產尾氣的吸收液進液口連接所述第一液泵入口，所述第一液泵出口連接所述第三吸收塔進液口，所述第三吸收塔進出液口連接所述第二液泵入口，所述第二液泵出口連接所述第一冷卻水裝置入口，所述第一冷卻水裝置出口連接所述第二吸收塔進液口，所述第二吸收塔進出液口連接所述第三液泵入口，所述第三液泵出口連接所述第二冷卻水裝置入口，所述第二冷卻水裝置出口連接所述第一吸收塔進液口，所述第一吸收塔出液口連接所述第四液泵入口，所述第四液泵出口連接所述粗品罐入口。
可選的，所述N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元還包括閥門、溫度檢測器、壓力檢測器以及在線濃度檢測器；所述閥門安裝在所述N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元中的進液口、出液口、進氣口、出氣口、入氣口、出氣口；所述溫度檢測器安裝於所述第一吸收塔、所述第二吸收塔以及所述第三吸收塔；所述壓力檢測器安裝於所述第一吸收塔、所述第二吸收塔以及所述第三吸收塔；所述在線濃度檢測器安裝於所述第一吸收塔、所述第二吸收塔、所述第三吸收塔以及所述活性炭裝置。
可選的，該裝置還包括：電子檢測控制系統，所述電子檢測控制系統用於實時檢測所述溫度檢測器、所述壓力檢測器、所述活性炭裝置以及所述在線濃度檢測器的運行狀態信息；根據所述檢測得到的運行狀態信息，判斷是否大於所述裝置的預設閾值，若大於，所述電子檢測控制系統控制報警裝置發出報警信息。
可選的，所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元還包括真空系統裝置、第一收集罐、第二收集罐、第五液泵、第六液泵、第七液泵、第八液泵以及閥門；所述真空精餾塔塔頂連接所述真空系統裝置；所述真空精餾塔第一出口連接第五液泵入口，所述第五液泵出口連接所述第一收集罐；所述真空精餾塔第二出口連接第六液泵入口，所述第六液泵出口連接所述第二收集罐；所述真空精餾塔第三出口連接第七液泵入口，所述第七液泵出口連接所述真空精餾塔另一入口；所述真空精餾塔塔底出口連接所述第八液泵入口，所述第八液泵出口連接成品罐；所述閥門安裝在所述N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元中的進液口、出液口、進氣口、出氣口。
本發明還提供了一種對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的方法，該方法應用於對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的裝置，所述方法具體包括：
含有N-甲基吡咯烷酮氣體的生產尾氣依次進入所述N-甲基吡咯烷酮氣體回收單元中的第一吸收塔、第二吸收塔、第三吸收塔吸收；
用於吸收所述生產尾氣的吸收液依次進入所述第三吸收塔、所述第二吸收塔、所述第一吸收塔；
所述第一吸收塔中的N-甲基吡咯烷酮吸收液存入粗品罐；
將所述粗品罐存儲的吸收液進入所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元中的真空精餾塔精餾
將所述精餾後的液體存入所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元中的成品罐。
可選的，該方法還包括：經過所述第三吸收塔後部分尾氣進入活性炭裝置淨化排放；經過所述第三吸收塔後另一部分尾氣依次進入第二熱交換器和第一熱交換器進行熱交換，並將所述熱交換後的氣體進入車間入氣口作為氣體補充。
可選的，該方法還包括：實時檢測所述溫度檢測器、所述壓力檢測器、所述活性炭裝置以及所述在線濃度檢測器的運行狀態信息並根據檢測信息輸出反饋指令。
可選的，所述實時檢測所述溫度檢測器、所述壓力檢測器、所述活性炭裝置以及所述在線濃度檢測器的運行狀態信息並根據檢測信息輸出反饋指令的方法具體包括：
若檢測的活性炭運行狀態顯示所述活性炭裝置上遊在線濃度檢測器檢測濃度較高且高於比所述下遊在線濃度檢測器時，則所述電子檢測系統輸出加大所述第三吸收塔中吸收液的流量指令，若所述活性炭裝置上遊在線濃度檢測器檢測濃度接近所述下遊在線濃度檢測器檢測濃度，則所述電子檢測控制系統輸出活性提示更換活性炭裝置指令；
若檢測的運行狀態顯示濃度信息值顯示所述第一吸收塔中的吸收液的N-甲基吡咯烷酮的濃度大於80％，則將吸收液經輸入粗品罐中，若所述吸收液的N-甲基吡咯烷酮的濃度小於80％，則所述電子檢測控制系統輸出將第一吸收塔塔底的吸收液進入所述第二冷卻水裝置回流後進入所述第一吸收塔中進行循環吸收N-甲基吡咯烷酮氣體指令；
若檢測的運行狀態顯示壓力信息值顯示大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加所述車間迴風量和所述活性炭裝置的排風量的控制指令；
若檢測的運行狀態顯示溫度信息值顯示所述第二吸收塔的溫度值大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加第一冷卻水裝置水流量控制指令，若所述第三吸收塔的溫度值大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加第一液泵水流量控制指令。
根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：
本發明提供了一種對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的方法及裝置，本發明通過設置N-甲基吡咯烷酮氣體吸收單元、N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元，克服了現有技術中存在的該氣體回收成本高，熱量及N-甲基吡咯烷酮損耗大，提純精度無法達到二次使用的標準等弊端；
本發明還通過設置電子檢測控制系統實時檢測控制在線濃度檢測器、溫度檢測器以及壓力檢測器的運行狀態，克服了現有技術中人工進行濃度、溫度、壓力檢測的弊端，節省了人工成本，實時檢測整個裝置的生產運行過程，同時能夠將實時檢測到濃度、溫度和壓力值信息快速反饋到電子檢測控制系統後輸出反饋控制指令，保證生產過程的正常運行，實現了低成本、自動化遠程設備控制；其次，本發明設置電子檢測控制系統實時檢測判斷各個部件運行狀態，提高了安全性能並降低了設備生產運行成本以及檢測維修成本，進而降低了整體生產成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置的結構示意圖；
圖2為本發明實施例中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純方法的系統流程圖；
圖3為本發明實施例中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置的工藝示意圖。
第一吸收塔101 第二吸收塔102 第三吸收塔103
粗品罐104 真空精餾塔105 成品罐106
抽風風機301 第一熱交換器302 第二熱交換器303
活性炭裝置304 迴風風機305 第一液泵306
第二液泵307 第一冷卻水裝置308 第三液泵309
第二冷卻水裝置310 第四液泵311 真空系統裝置312
第五液泵313 第一收集罐314 第六液泵315
第二收集罐316 第七液泵317 第八液泵318
管道319
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
實施例一
參考圖1所示，圖1為一個實施例的中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置的結構示意圖，包括第一吸收塔101、第二吸收塔102、第三吸收塔103、粗品罐104、真空精餾塔105以及成品罐106。
其中，具體包括將含有N-甲基吡咯烷酮氣體的生產尾氣出氣口連接所述第一吸收塔101入氣口，所述第一吸收塔101出氣口連接第二吸收塔102入氣口，所述第一吸收塔101出液口連接粗品罐104進液口，所述第二吸收塔102出氣口連接第三吸收塔103入氣口，第三吸收塔103進液口連接用於吸收生產尾氣的吸收液出液口；將所述粗品罐104的出液口連接所述真空精餾塔105進液口，所述真空精餾塔105出液口連接所述106成品罐，所述成品罐106用於存儲提純的N-甲基吡咯烷酮。
本發明提供的上述實施例，實現了對生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的低耗回收以及現場提純。
實施例二
參考圖2所示，圖2為一個實施例中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純方法的系統流程圖，包括如下步驟：
步驟201：含有N-甲基吡咯烷酮氣體的生產尾氣依次進入所述N-甲基吡咯烷酮氣體回收單元中的第一吸收塔、第二吸收塔、第三吸收塔吸收；
步驟202：用於吸收所述生產尾氣的吸收液依次進入所述第三吸收塔、所述第二吸收塔、所述第一吸收塔；
步驟203：所述第一吸收塔中的N-甲基吡咯烷酮吸收液存入粗品罐；
步驟204：將所述粗品罐存儲的吸收液進入所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元中的真空精餾塔精餾；
步驟205：將所述精餾後的液體存入所述N-甲基吡咯烷酮氣體提純單元中的成品罐。
在本發明實施例中，本發明的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純方法還包括：
步驟206：經過所述第三吸收塔後部分尾氣進入活性炭裝置淨化排放；經過所述第三吸收塔後另一部分尾氣依次進入第二熱交換器和第一熱交換器進行熱交換，並將所述熱交換後的氣體進入車間入氣口作為氣體補充。
在本發明實施例中，本發明的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純方法還包括：
步驟207：實時檢測所述溫度檢測器、所述壓力檢測器、所述活性炭裝置以及所述在線濃度檢測器的運行狀態信息並根據檢測信息輸出反饋指令，其中，若檢測的活性炭運行狀態顯示所述活性炭裝置上遊在線濃度檢測器檢測濃度較高且高於比所述下遊在線濃度檢測器時，則所述電子檢測系統輸出加大所述第三吸收塔中吸收液的流量指令，若所述活性炭裝置上遊在線濃度檢測器檢測濃度接近所述下遊在線濃度檢測器檢測濃度，則所述電子檢測控制系統輸出活性提示更換活性炭裝置指令；
若檢測的運行狀態顯示濃度信息值顯示所述第一吸收塔中的吸收液的N-甲基吡咯烷酮的濃度大於80％，則將吸收液經輸入粗品罐中，若所述吸收液的N-甲基吡咯烷酮的濃度小於80％，則所述電子檢測控制系統輸出將第一吸收塔塔底的吸收液進入所述第二冷卻水裝置回流後進入所述第一吸收塔中進行循環吸收N-甲基吡咯烷酮氣體指令；
若檢測的運行狀態顯示壓力信息值顯示大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加所述車間迴風量和所述活性炭裝置的迴風量的控制指令；
若檢測的運行狀態顯示溫度信息值顯示所述第二吸收塔的溫度值大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加第一冷卻水裝置水流量控制指令，若所述第三吸收塔的溫度值大於預設閾值，則所述電子檢測控制系統輸出增加第一液泵水流量控制指令。
本發明提供的上述實施例，提供了一種N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純的方法，實現了對生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的低成本回收，並且回收的N-甲基吡咯烷酮氣體精度達到二次使用的標準。
實施例三
參考圖3所示，圖3為一個實施例中的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置的工藝示意圖，具體包括：
所述抽風風機301一端與車間生產尾氣排出口連接，所述抽風風機301另一端連接所述用於進行熱交換的第一熱交換器302第一進氣口，所述第一熱交換器302第一出氣口連接所述用於吸收生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的第一吸收塔101入氣口，所述第一吸收塔101出氣口連接所述用於進行熱交換的第二熱交換器303第一進氣口，所述第二熱交換器303的第一出氣口連接所述用於吸收生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的第二吸收塔102入氣口，所述第二吸收塔102出氣口連接所述用於吸收生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的第三吸收塔103入氣口，所述第三吸收塔103出氣口分別連接所述活性炭裝置304和所述迴風風機305一端，其中，活性炭裝置304用於部分尾氣的淨化排放，剩餘部分尾氣經過所述迴風風機305另一端連接所述第二熱交換器303的第二進氣口進入第二熱交換器303，並依次進第一熱交換器302和車間進氣口，作為車間氣體補充，免除了輸入新氣體時預處理的步驟，期間所述第一吸收塔101中的氣體在第二熱交換器303中冷凝出的液體經管道319進入第一吸收塔101噴灑；
用於吸收所述生產尾氣的吸收液進液口連接所述第一液泵306入口，所述第一液泵306出口連接所述第三吸收塔103進液口，所述第三吸收塔103出液口連接所述第二液泵307入口，所述第二液泵307出口連接所述第一冷卻水裝置308入口，所述第一冷卻水裝置308出口連接所述第二吸收塔102進液口，所述第二吸收塔102進出液口連接所述第三液泵309入口，所述第三液泵309出口連接所述第二冷卻水裝置310入口，所述第二冷卻水裝置310出口連接所述第一吸收塔101進液口，所述第一吸收塔101出液口連接所述第四液泵311入口，所述第四液泵311出口連接所述粗品罐104入口，所述粗品罐104出口連接真空精餾塔105入口，所述真空精餾塔104塔頂連接所述真空系統裝置312；所述真空精餾塔105第一出口連接第五液泵313入口，所述第五液泵313出口連接所述第一收集罐314；所述真空精餾塔105第二出口連接第六液泵315入口，所述第六液泵315出口連接所述第二收集罐316；所述真空精餾塔105第三出口連接第七液泵317入口，所述第七液泵317出口連接所述真空精餾塔105另一入口；所述真空精餾塔105塔底出口連接所述第八液泵318入口，所述第八液泵318出口連接成品罐106，所述成品罐106用於存儲提純的N-甲基吡咯烷酮。
在本發明實施例中，本發明的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置工藝還包括：還包括閥門、溫度檢測器、壓力檢測器以及在線濃度檢測器；所述閥門安裝在該裝置的進液口、出液口、進氣口、出氣口、入氣口、出氣口；所述溫度檢測器安裝於所述第一吸收塔101、所述第二吸收塔102以及所述第三吸收塔103；所述壓力檢測器安裝於所述第一吸收塔101、所述第二吸收塔102以及所述第三吸收塔103；所述在線濃度檢測器安裝於所述第一吸收塔101、所述第二吸收塔102、所述第三吸收塔103和所述活性炭裝置304。
在本發明實施例中，本發明的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置工藝還包括：電子檢測控制系統，所述電子檢測控制系統用於實時檢測所述溫度檢測器、所述壓力檢測器、所述活性炭裝置以及所述在線濃度檢測器的運行狀態信息；根據所述檢測得到的運行狀態信息，判斷是否大於所述裝置的預設閾值，若大於，所述電子檢測控制系統控制報警裝置發出報警信息。其中，壓力檢測器對各吸收塔中的壓力進行測量，若檢測的壓力信息值顯示壓力過大，則需增加活性炭裝置304埠的排氣量和車間的迴風量；若活性炭裝置304上遊的在線濃度檢測器顯示濃度較高且比下遊高很多時，需加大第三吸收塔103中吸收液的流量，當活性炭裝置上遊濃度接近下遊濃度時，則活性炭已吸附飽和，系統提示需要更換；若在線濃度檢測器反饋的檢測信息顯示第一吸收塔101中的N-甲基吡咯烷酮吸收液的濃度低於80％時，則需要第二冷卻水裝置310回流進第一吸收塔101中進行循環吸收，直至N-甲基吡咯烷酮吸收液的濃度達到80％以上後，第一吸收塔101塔底吸收液經第四液泵311送入粗品罐104中，而後第二吸收塔102的塔底吸收液進入第一吸收塔101、第三吸收塔103的塔底吸收液進入第二吸收塔102中；溫度檢測器對各個吸收塔中的溫度進行檢測，若檢測的信息顯示第二吸收塔102中溫度高於預設閾值則加大第一冷卻水裝置308的流量，若第三吸收塔103中溫度高於預設閾值則加大第一液泵306的流量。通過電子檢測控制系統遠程的操控，提高了安全性且節約運行成本。
在本發明實施例中，本發明的對N-甲基吡咯烷酮氣體回收提純裝置工藝還包括：將濃度80％以上的N-甲基吡咯烷酮粗品輸入真空精餾塔105，塔頂真空系統312進行抽空，精餾後，從塔底液收集濃度在99.9％以上的可繼續使用的N-甲基吡咯烷酮成品，其餘餾分收集在第一收集罐314和第二收集罐316中；
其中，在本發明的上述實施例中，生產尾氣從車間排出後進入，依次經過熱交換器及三個吸收塔後，尾氣中N-甲基吡咯烷酮氣體濃度依次降低，溫度也遞減，並利用迴風風機305先與第一吸收塔101排出的氣體在第二熱交換器303中進行第一次熱交換，再與車間排出的尾氣在第一熱交換器302中進行第二次熱交換，從而實現對餘熱的利用，減少了迴風加熱能耗。
在本發明的上述實施例中，吸收液進入三個吸收塔後，吸收液中N-甲基吡咯烷酮濃度依次增加，溫度也遞增，含有高濃度的N-甲基吡咯烷酮吸收液降低了後續精製提純能耗。
本發明提供的上述實施例，通過對三個吸收塔的梯度吸收設計提高了吸收液中的N-甲基吡咯烷酮濃度，從而降低了精製N-甲基吡咯烷酮的能耗；同時餘熱的分級利用降低了N-甲基吡咯烷酮吸收單元和車間的能耗；再者，電子檢測控制系統遠程的操控安全性高且節約運行和維修檢測步驟的成本。從整體上，實現了對生產尾氣中的N-甲基吡咯烷酮氣體的低成本回收，現場提純，並且提純的N-甲基吡咯烷酮氣體精度達到了二次使用的標準。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。