[发明专利]有机溶剂精制系统和方法

说明书

一种有机溶剂精制系统，其中，例如从包含N‑甲基‑2‑吡咯烷酮等有机溶剂和水的混合液分离有机溶剂并进行精制，上述有机溶剂精制系统具备：渗透汽化装置，其具备渗透汽化膜而将有机溶剂和水分离；减压蒸发罐，其被供给从渗透汽化装置的浓缩侧回收的有机溶剂；以及蒸馏装置。将(a)从渗透汽化装置的浓缩侧与减压蒸发罐的入口之间分流的上述有机溶剂以及(b)从减压蒸发罐的气相侧的出口排出的有机溶剂的一部分中的至少一者供给至蒸馏装置。通过蒸馏装置对从减压蒸发罐回收的有机溶剂进行蒸馏而得到的有机溶剂被混合并供给至有机溶剂的供给目标。

技术领域

本发明涉及从以N-甲基-2-吡咯烷酮(以下也记作NMP)为代表的有机溶剂与水的混合液分离有机溶剂并进行精制的系统和方法，本发明特别涉及使用渗透汽化法的有机溶剂精制系统和方法。

背景技术

有机溶剂中存在在水中具有高溶解度的有机溶剂。在使用这样的水溶性有机溶剂后进行回收并再利用的情况下，大多回收有机溶剂与水的混合液，因此需要从该混合液分离作为再利用对象的有机溶剂并进行精制。回收的混合液除有机溶剂和水以外，例如有可能包含离子性物质、微粒等难挥发性的杂质、与作为再利用对象的有机溶剂不同的有机物质。另外，根据有机溶剂的使用形态、回收形态，混合液也包含溶解氧、溶解二氧化碳等溶解气体。

作为在水中具有高溶解度的有机溶剂之一的NMP，例如在锂离子二次电池的制造工序中，将分散有电极活性物质等粒子的浆料涂布于电极集电体上并使其干燥而形成电极时，作为浆料的分散介质被广泛使用。在使浆料干燥时可回收NMP，且回收的NMP在精制后可再利用。在NMP的回收中，可使用以下方法等：例如通过水洗涤器回收汽化的NMP，或者使汽化的NMP吸附于吸附剂，然后，使水流入吸附剂而使NMP溶解于水。因此，NMP以NMP与水混合而成的混合液的形式而被回收。此时，回收的混合液中的NMP浓度为70～99质量％左右。混合液中溶解有来自大气的氧、二氧化碳，并且混入有上述的难挥发性的杂质、有机物质等。

以往作为从有机溶剂与水的混合液分离并回收有机溶剂的方法，已知有蒸馏法，特别经常使用对混合液进行减压并蒸馏的减压蒸馏法。然而，存在以下课题：蒸馏法或减压蒸馏法需要大量的能量，而且在欲将有机溶剂精制至期望的纯度时，需要大型蒸馏设备。因此已知渗透汽化(Pervaporation：PV)法作为不需要大规模设备且节能性能优异的分离方法。

在渗透汽化法中，使用对作为分离处理的对象的成分具有亲和性的分离膜，例如对水分具有亲和性的分离膜，将含有该对象成分的混合液，例如有机溶剂与水的混合液供给至分离膜的浓缩侧，在分离膜的透过侧进行减压或使不活泼气体流动。其结果，通过分离膜的各成分的透过速度差，进行成分的分离。将在渗透汽化法中使用的分离膜称为渗透汽化膜。作为用于使水分透过的分离膜，例如可使用沸石膜。如果通过分离膜仅使水分向透过侧移动，则在分离膜的浓缩侧残留有机溶剂，可回收有机溶剂。在通过渗透汽化法进行水分与有机溶剂的分离的情况下，为了高效进行分离而需要加热。另外，作为除去有机溶剂所含有的离子性杂质的方法，例如已知使用离子交换树脂的方法。专利文献1公开了使用渗透汽化装置作为从NMP与水的混合液分离NMP的NMP分离系统，并且在渗透汽化装置的后段设置离子交换装置的系统。然而，在渗透汽化装置的后段设置有离子交换装置的情况下，该离子交换装置进行从非水溶剂即NMP除去离子，因此存在离子交换效率小，以及离子交换树脂的更换需要很多工夫的问题。此外，在该离子交换装置内的离子交换树脂穿透的情况下，来自存在于系统内的分离膜、过滤膜的钠、硅等杂质也有可能残留于精制的NMP。