一种电解液溶剂精制方法与流程

本发明涉及电解液溶剂精制领域，尤其涉及一种电解液溶剂精制方法。

背景技术：

1、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯是锂离子电池电解液中的常用溶剂，其水分、醇类残留、金属离子和重质杂质含量会影响后续锂盐溶解、添加剂配伍以及电池体系的一致性。现有深度精制工艺通常依赖除水吸附、金属捕集、保护床处理、减压精馏或熔融结晶等单元操作，并通过人工经验或固定工艺窗口控制真空度、回流比、塔温、采出比例和结晶发汗条件。

2、在实际生产中，不同批次原料的杂质组成和杂质迁移趋势存在波动。若仅按照固定工艺参数运行，微量水分可能穿透除水床层，醇类轻组分可能随侧线产品夹带，金属离子可能在捕集单元接近饱和时进入后续工段，重质杂质也可能在塔釜排重或结晶发汗控制不足时残留于候选产品流中。真空度、回流比和塔温的扰动还会改变脱轻、侧线采出和脱重之间的分离边界，使产品纯度和杂质残留难以随批次保持一致。

3、现有控制方式缺少将原料杂质指纹、在线过程检测、历史批次去除效率和产品目标限值共同转化为可执行精制动作的机制，也缺少在路径选择异常、模型禁用、参数表未命中、设备温度越界或放行前一致性校验失败时统一生成复处理指令的闭合规则，难以及时区分需要延长除水、增强脱轻、启动金属复处理、增大排重或调整结晶发汗终点的具体原因。

4、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的电解液溶剂精制方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种电解液溶剂精制方法，针对现有技术在电池级碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯深度精制中难以根据批次杂质波动稳定控制产品纯度的问题，提出了根据保留未截断标准检测值的原料杂质指纹进行分级预处理，根据目标溶剂类型选择减压精馏或减压脱轻脱重及分段熔融结晶发汗路径，形成候选产品流和路径状态记录，并由包括预测子模型和迁移风险计算子模块的软测量模块以及模型预测控制器联动调节真空度、回流比、塔温、采出比例、除水停留时间、树脂床接触时间、重质杂质保护床接触时间、吸附床切换和结晶发汗终点；对于指纹无效、预处理复处理、模型禁用、参数表未命中、设备越界、安全状态触发、代理低置信或一致性校验失败的分支，输出复处理指令、待人工复核指令或禁止放行标志，本发明具备将批次杂质波动转化为可执行精制控制动作并降低不合格物料进入成品罐概率的技术效果。

2、本发明提供了一种电解液溶剂精制方法，包括：

3、s1、获取碳酸乙烯酯或碳酸甲乙酯原料的水分、醇类残留、金属离子和重质杂质检测值，并生成原料杂质指纹；

4、s2、根据所述原料杂质指纹使原料依次经过除水吸附单元、金属离子捕集单元和重质杂质保护单元，得到预处理物料；

5、s3、根据目标溶剂类型选择深度精制路径，使碳酸甲乙酯进入减压精馏路径并使碳酸乙烯酯进入减压脱轻脱重及分段熔融结晶发汗路径，得到候选产品流和路径状态记录；

6、s4、采集精制过程检测数据，将所述原料杂质指纹、过程检测数据、所述路径状态记录和历史批次去除效率输入软测量模块，所述软测量模块包括训练得到的预测子模型和迁移风险计算子模块，由所述预测子模型输出产品纯度预测值、杂质残留预测值和置信区间，并由所述迁移风险计算子模块输出杂质迁移风险指数；

7、s5、将所述产品纯度预测值、杂质残留预测值、置信区间和杂质迁移风险指数输入模型预测控制器，由所述模型预测控制器根据目标溶剂类型和所述路径状态记录生成路径适配的精制控制动作，并输出产品放行指令、复处理指令或待人工复核指令；当s1或s2产生指纹无效标志、预处理复处理字段或安全前置异常记录时，所述模型预测控制器或放行校验模块直接输出待人工复核指令、复处理指令或禁止放行标志，并排除对应物料的产品放行分支。

8、可选的，s1包括：

9、对同一批次原料建立批次标识、目标溶剂类型、进料时间和检测方法标识；

10、采用水分检测获得水分检测值，采用色谱检测获得醇类残留峰面积和重质杂质峰面积，采用金属离子检测获得金属离子浓度；

11、将所述水分检测值、醇类残留峰面积、金属离子浓度和重质杂质峰面积按检测量纲和目标限值分别归一化，生成包含水分分量、醇类分量、金属分量和重质分量的原料杂质指纹，并保留未截断标准检测值写入批次指纹记录；

12、当检测状态待复核、目标限值表失效或任一分量缺失时，生成指纹无效标志和待人工复核指令，并禁止对应物料进入连续预处理线。

13、可选的，s2包括：

14、根据所述原料杂质指纹中的水分分量确定除水吸附单元的停留时间和床层切换阈值，所述除水吸附单元采用析出金属含量受控的分子筛或氧化铝吸附床；

15、根据所述金属分量确定金属离子捕集单元的树脂床接触时间和再生状态；

16、根据所述重质分量确定重质杂质保护单元的保护床压差阈值和旁路关闭状态；

17、当任一床层出口检测值达到对应目标限值的预设比例时，将当前床层标记为待切换状态并将物料引入备用床层，得到预处理物料和床层状态记录；

18、当任一床层出口检测值在经过预处理后仍达到对应目标限值的预设比例，或所述预处理物料的放行字段被置为预处理复处理时，生成批次级复处理指令和预处理复处理标志，并使后续s4生成的产品纯度预测值、杂质残留预测值、置信区间和杂质迁移风险指数被标记为待复核或不参与放行状态。

19、可选的，s3包括：

20、当所述目标溶剂类型为碳酸甲乙酯时，将所述预处理物料送入减压精馏塔，按照塔顶脱轻、侧线采出和塔釜脱重的顺序形成轻组分排出流、侧线候选产品流和塔釜重组分排出流，并根据侧线位置、塔内压差和塔釜温度确定侧线采出窗口；

21、当所述目标溶剂类型为碳酸乙烯酯时，将所述预处理物料经减压脱轻脱重后送入分段熔融结晶器，在结晶段形成晶体相并在发汗段排出含杂母液，得到结晶候选产品流和结晶状态记录；

22、所述路径状态记录包括候选产品流记录，以及与减压精馏路径对应的精馏状态记录或与分段熔融结晶发汗路径对应的结晶状态记录，所述路径状态记录供后续软测量预测和模型预测控制使用。

23、可选的，s4包括：

24、当目标溶剂类型为碳酸甲乙酯时，将塔温、塔压、真空度、回流比、侧线流量、塔内压差、在线水分检测值、在线色谱检测值和候选产品流金属检测值按采样时刻对齐生成精馏过程状态序列；

25、当目标溶剂类型为碳酸乙烯酯时，将夹套温度、晶体层温度、母液电导率、母液醇类色谱检测值、母液重质杂质色谱检测值、在线水分检测值、候选产品流金属检测值、结晶段编号和发汗段编号按采样时刻对齐生成结晶过程状态序列；

26、将所述精馏过程状态序列或结晶过程状态序列与所述原料杂质指纹、目标溶剂类型、预处理物料的床层状态记录、所述路径状态记录以及历史批次去除效率合并为软测量输入向量；

27、所述预测子模型由历史批次的过程状态序列、实验室复检纯度和实验室复检杂质残留值训练得到，并输出与当前批次对应的产品纯度预测值、杂质残留预测值和置信区间；

28、进一步的，所述杂质迁移风险指数由水分迁移子指数、醇类迁移子指数、金属迁移子指数和重质杂质迁移子指数加权得到；

29、各迁移子指数根据对应未截断标准检测值、对应过程检测值、对应历史批次去除效率和对应产品目标限值生成，所述金属迁移子指数优先采用候选产品流金属检测值作为对应过程检测值，当候选产品流金属检测值缺失时采用金属捕集床出口金属离子值作为代理过程检测值并写入代理低置信标志；

30、各迁移子指数的权重在历史样本数达到预设最小样本数时由目标溶剂类型和历史批次不合格原因统计确定，在历史样本数不足时沿用上一冻结版本或采用默认权重组并生成权重回退标志；

31、当任一迁移子指数达到预设第一阈值时生成关注等级，当任一迁移子指数达到预设第二阈值时生成拦截等级，所述预设第二阈值大于所述预设第一阈值；

32、进一步的，所述模型预测控制器根据不同迁移子指数和目标溶剂类型分别生成控制动作：当水分迁移子指数达到关注等级时延长除水停留时间或切换备用除水床层；

33、当醇类迁移子指数达到关注等级且目标溶剂类型为碳酸甲乙酯时增加脱轻回流比并收窄侧线采出窗口，当目标溶剂类型为碳酸乙烯酯时延长减压脱轻时间或调整结晶发汗终点；

34、当金属迁移子指数达到关注等级且树脂床再生有效、出口金属离子检测值未达到对应目标限值的预设比例时，延长树脂床接触时间，当出口金属离子检测值达到所述预设比例或树脂床再生有效标志失效时启动金属捕集复处理；

35、当重质杂质迁移子指数达到关注等级且目标溶剂类型为碳酸甲乙酯时增大塔釜排重比例或延长重质杂质保护床接触时间，当目标溶剂类型为碳酸乙烯酯时延长减压脱重时间、保持排母液状态或延长重质杂质保护床接触时间；

36、当任一迁移子指数达到拦截等级时生成复处理指令并禁止对应物料进入成品罐；

37、进一步的，对于已形成侧线候选产品流或结晶候选产品流并进入放行校验的物料，在输出产品放行指令或基于候选产品流的复处理指令之前，将侧线候选产品流或结晶候选产品流的实验室复检结果与所述产品纯度预测值、杂质残留预测值和杂质迁移风险指数进行一致性校验；

38、当实验室复检结果满足产品目标限值、任一迁移子指数均未达到所述预设第二阈值、一致性校验通过，且不存在路径选择异常、模型禁用、参数表未命中、设备温度越界、安全状态触发、禁止放行标志、复处理优先标志和代理低置信标志时，输出产品放行指令并将对应物料导入成品罐；

39、当实验室复检结果不满足任一产品目标限值、任一迁移子指数达到所述预设第二阈值、路径选择异常、模型禁用、参数表未命中、设备温度越界、安全状态触发、禁止放行标志、复处理优先标志、代理低置信标志或一致性校验失败时，输出复处理指令并将对应物料导入返工罐或待人工复核罐；

40、当产品放行条件与复处理条件同时满足时，所述复处理指令的优先级高于所述产品放行指令；当指纹无效、预处理复处理、路径选择异常或安全前置异常导致未形成可复检候选产品流时，直接输出复处理指令、待人工复核指令或禁止放行标志，并不执行所述一致性校验。

41、可选的，s5包括：

42、所述模型预测控制器以真空度、回流比、塔温、采出比例、塔釜排重比例、除水停留时间、树脂床接触时间、重质杂质保护床接触时间、侧线采出窗口阈值、吸附床切换状态和结晶发汗终点作为控制量，其中塔温为减压精馏塔或减压脱轻脱重阶段的温度设定，采出比例为侧线采出比例或进入结晶器的进料比例，塔釜排重比例为塔釜重组分排出流的排重比例，并根据目标溶剂类型将非适用控制量置为禁用或零值；

43、所述模型预测控制器以产品纯度目标限值、杂质残留目标限值、设备操作边界和所述置信区间为约束条件；

44、当所述置信区间的上边界表明任一杂质残留预测值达到对应目标限值的预设比例且存在路径适用并满足设备操作边界的候选动作时，所述模型预测控制器增大该杂质对应的控制裕量，并输出包括除水停留时间、脱轻回流比、树脂床接触时间、金属捕集复处理、塔釜排重比例、重质杂质保护床接触时间、侧线采出窗口和结晶发汗终点中的至少一种精制控制动作；

45、当模型禁用、动作约束无可行解、安全状态触发，或在任一置信区间上边界达到对应目标限值的预设比例时控制优先队列仍为空的情况下，输出复处理指令、待人工复核指令或禁止放行标志；

46、进一步的，所述分段熔融结晶发汗路径包括结晶段、升温发汗段和排母液段；

47、在结晶段根据进入分段熔融结晶器的碳酸乙烯酯候选物料的在线水分检测值、醇类色谱检测值、重质杂质色谱检测值和结晶器夹套温度确定降温速率；

48、在升温发汗段根据母液电导率、母液重质杂质色谱检测值和晶体层温度确定发汗终点评分和结晶状态记录；

49、所述发汗终点评分仅作为模型预测控制器确定待复检触发和结晶发汗终点控制动作的输入，不作为产品合格判断；

50、在步骤s5中，当所述模型预测控制器基于所述发汗终点评分、所述杂质残留预测值、所述置信区间和设备操作边界确定待复检条件满足时，将结晶候选产品流标记为待复检状态。

51、本发明的有益效果是：

52、1、本发明通过将水分、醇类残留、金属离子和重质杂质检测值归一化为原料杂质指纹，并保留未截断标准检测值参与历史去除效率和迁移风险指数计算，使除水吸附、金属捕集和重质杂质保护能够随原料批次变化形成对应的停留时间、接触时间、压差阈值和床层切换状态，从而减少固定预处理窗口对批次波动的敏感性。

53、2、本发明针对碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯采用不同深度精制路径，并分别将侧线采出窗口、塔釜排重比例、减压脱重时间、排母液状态以及结晶发汗终点纳入路径适配控制动作，使脱轻、脱重、侧线采出和晶体发汗之间的分离边界能够结合目标溶剂类型和过程检测数据进行调整。

54、3、本发明通过软测量模块中的预测子模型输出产品纯度预测值、杂质残留预测值和置信区间，并通过迁移风险计算子模块输出杂质迁移风险指数，由模型预测控制器根据迁移子指数、路径状态记录和发汗终点评分生成差异化控制动作或复处理指令，使水分、醇类、金属离子和重质杂质的迁移风险能够对应到除水、脱轻、树脂床接触时间、金属捕集复处理、排重、保护床接触时间、侧线采出、结晶发汗以及异常复处理控制中，并在一致性校验失败、模型禁用、参数未命中、代理低置信或安全状态触发时阻止对应物料进入成品罐。