聚丙烯酰胺的生成與應(yīng)用

1、聚丙烯酰胺的生成及應(yīng)用摘要：綜述了聚丙烯酰胺的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及使用特性，論述了聚丙烯酰胺的生成工藝流程，也介紹了聚丙烯酰胺在石油開采、礦冶、紡織、印染等行業(yè)中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：聚丙烯酰胺 性質(zhì) 工藝 應(yīng)用一、概述聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或其與其他單體共聚而得聚合物的統(tǒng)稱，它是一類重要的水溶性高分子聚合物，具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)， 廣泛應(yīng)用于石油開采、造紙、水處理、紡織、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，享有 “百業(yè)助劑”之稱。二、聚丙烯酰胺的基本特性2.1物理性質(zhì)聚丙烯酰胺（PAM）是一種線性型高分子聚合物，它能以任意比例溶于水，溶解不受溫度影響，其水溶液為均一清澈的高粘度液體，屬非危險(xiǎn)品，無毒

2、，無腐蝕性；幾乎不溶于苯、乙醚、酯類、丙酮等一般有機(jī)溶劑。2.2化學(xué)性質(zhì)聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺聚合而成，因此其分子的主鏈上帶有大量側(cè)基酰胺基，酰胺基的化學(xué)活性很高，可以和多種化合物反應(yīng)生成許多PAM的衍生物；酰胺基的一大獨(dú)特之處還在于它能與多種特定的化合物形成很強(qiáng)的氫鍵。2.3使用特性基于聚丙烯酰胺（PAM）的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，使得聚丙烯酰胺（PAM）有如下使用特性：絮凝性：PAM能使懸浮物質(zhì)通過電中和，架橋吸附作用，起絮凝作用。 粘合性：通過機(jī)械的、物理的、化學(xué)的作用，起粘合作用。 降阻性：PAM能有效地降低流體的磨擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50-80% 增稠性：PAM在

3、中性和酸性條件下均有增稠作用，當(dāng)PH值在10以上PAM易水解，呈半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)增稠將更明顯。三、聚丙烯酰胺生成工藝原理3.1工藝原理 聚丙烯酰胺五車間生產(chǎn)采用的是有大慶煉化公司研究院自主開發(fā)成功的均聚后水解工藝，共分溶解、聚合反應(yīng)、預(yù)研磨造粒、水解、干燥、研磨篩分、包裝等七個(gè)主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成膠，經(jīng)過造粒后加入粒堿進(jìn)行后水解的核心工藝，螺桿式預(yù)研磨機(jī)對(duì)膠體進(jìn)行預(yù)切割，有利于膠體的造粒，振動(dòng)式流化床干燥器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行兩端干燥，可進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。而先造粒后干燥的工藝順序，使粉塵的溢出降至最低限度。主要生產(chǎn)操作和工藝控制均由DCS系統(tǒng)自動(dòng)完成，不但降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且產(chǎn)品質(zhì)

4、量指標(biāo)控制平穩(wěn)，分子量可調(diào)范圍較大。本工藝中聚合工序和水解工序均發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其他工序?qū)傥锢砑庸み^程。3.1.1聚合反應(yīng)基本原理本工藝采用丙烯酰胺單體水溶液均聚聚合方法。丙烯酰胺單體溶液在催化劑的作用下，發(fā)生自由基聚合。在這種特定過程中，聚合反應(yīng)分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止三個(gè)濟(jì)源反應(yīng)，同時(shí)伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。鏈引發(fā)首先是氧化還原反應(yīng)體系吹滑稽釋放自由基，誘發(fā)聚合反應(yīng)。隨著氧化還原反應(yīng)放熱，反應(yīng)逐漸升溫，當(dāng)反應(yīng)液溫度達(dá)到40-50時(shí)，其中的偶氮類催化劑在熱活化作用下分解釋放自由基繼續(xù)引發(fā)反應(yīng)。偶氮分解方程式：鏈增長(zhǎng)鏈引發(fā)產(chǎn)生的單體自由基不斷和單體分子結(jié)合生成鏈自由基，如此反復(fù)反應(yīng)的過程稱為鏈增長(zhǎng)反應(yīng)

5、。單體自由基形成后，繼續(xù)與其他單體加聚，就進(jìn)入鏈增長(zhǎng)過程。鏈終止鏈終止是高分子活性鏈?zhǔn)セ钚?，停止增長(zhǎng)，形成穩(wěn)定的高分子鏈的過程。3.1.2水解反應(yīng)基本原理水解反應(yīng)方程式：3.1.2工藝流程說明（1）溶解工序溶解工序的主要原料是丙烯酰胺溶液（AM）和脫鹽水（DMW）。各組分分別從各自的儲(chǔ)罐經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入溶解罐，進(jìn)行攪拌混合。溫度是影響聚合反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，該工藝的聚合反應(yīng)初始溫度為0，一般溶解后混合溶液的溫度為20左右，為達(dá)到工藝要求，需使用冷凍鹽水對(duì)溶液降溫。PH值是影響聚合反應(yīng)的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，該工藝要求反應(yīng)溶液的PH值控制在5.86.2，而溶解后混合溶液的PH隨著丙烯酰胺溶液和脫

6、鹽水的PH值而變化，溶解罐的循環(huán)線回路上設(shè)有PH值測(cè)量?jī)x，當(dāng)溶解罐PH值不滿足條件時(shí)，聚合崗人員進(jìn)行調(diào)整至工藝指標(biāo)范圍。（2）聚合反應(yīng)工序本裝置采用釜式反應(yīng)器，每條生產(chǎn)線有四臺(tái)聚合釜。來自溶解罐的單體制備也經(jīng)單體輸料泵轉(zhuǎn)移至聚合釜，從聚合釜底部?jī)蓚€(gè)噴嘴中吹入帶壓氮?dú)猓獨(dú)饧饶軐⑷芤号c加入的催化劑攪拌均勻，又能通過置換作用排除其他溶解其他，尤其是能將對(duì)反應(yīng)起阻聚作用的氧濃度降低到0.3ppm以下，吹氮40分鐘（可調(diào)）左右后，將符合引發(fā)體系中的各種引發(fā)劑按劑量配方加入聚合釜中，引發(fā)聚合反應(yīng)，繼續(xù)吹氮至有23升溫，關(guān)閉氮?dú)忾y。然后反應(yīng)逐漸升溫、成膠、熟化，整個(gè)反應(yīng)大約需要5個(gè)小時(shí)左右完成，聚合完成后

7、，打開下料閥，并打開壓縮空氣進(jìn)氣閥，用0.30.4MPa的壓縮空氣進(jìn)行壓料，約30分鐘出料完成。（3）預(yù)研磨、造粒工序?qū)⒕酆细蟹磻?yīng)完成的膠體用壓縮風(fēng)加壓方式卸入預(yù)研磨器中。在預(yù)研磨器中用旋轉(zhuǎn)螺桿將膠體碾切成比較小的膠塊，由供料螺桿輸送到造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，同事用計(jì)量螺桿的轉(zhuǎn)速控制造粒機(jī)的進(jìn)料速度。造粒機(jī)工作同時(shí)要開啟EXXSOL-SPAN系統(tǒng)，噴入研磨油分散劑，防止膠粒粘連，減小造粒機(jī)的負(fù)荷。（4）水解工序抗鹽工藝的水解反應(yīng)在水解機(jī)內(nèi)進(jìn)行，每條生產(chǎn)線有四臺(tái)水解機(jī)，水解機(jī)夾套加熱系統(tǒng)始終保持投用，夾套介質(zhì)為余熱水，溫度保持在90-100。水解進(jìn)料條件滿足后，打開水解機(jī)進(jìn)料閥和排氨閥，進(jìn)行進(jìn)料操作

8、，待水解機(jī)進(jìn)料量達(dá)到規(guī)定值后，按配方比例加入一定量的粒堿（NaOH）后，關(guān)閉排氨閥，物料在水解機(jī)內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)，水解時(shí)間要求在155分鐘。水解完成后，打開水解機(jī)下料閥，物料卸入緩沖料箱中，經(jīng)二次造粒機(jī)再次造粒后，由輸料風(fēng)機(jī)送到干燥器內(nèi)進(jìn)行烘干。（5）干燥工序水解后的物料進(jìn)入干燥器后，進(jìn)行干燥。在次過程中，聚丙烯酰胺由膠體變?yōu)榉蹌?，水含量?0%降到10%左右。本裝置采用振動(dòng)式流化床式干燥器，通過風(fēng)機(jī)，將緩沖料箱內(nèi)的膠體從造粒機(jī)輸入干燥器中。干燥器內(nèi)的熱氣流及振動(dòng)使膠粒很快的流態(tài)化。振動(dòng)流化床干燥器分為三段干燥，其中一、二段為加熱段，三段為冷吹段。干燥器通過風(fēng)機(jī)吹入的冷空氣經(jīng)過風(fēng)沙過濾器過濾后，

9、經(jīng)余熱水預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，再吹入導(dǎo)熱油翅片進(jìn)行加熱。加熱后的空氣分別進(jìn)入干燥器的一、二段，兩段熱空氣的范圍是3656和4870，空氣加熱后的溫度由導(dǎo)熱油入口管線上的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量來控制。經(jīng)由二段加熱后的物料溫度較高，故采用三段冷吹風(fēng)降低出料溫度，使物料易于研磨。干燥后的產(chǎn)品經(jīng)過干燥器出口的回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩將未干燥好的塊狀物料除去，干燥好的產(chǎn)品進(jìn)入研磨、篩分系統(tǒng)。干燥器廢棄風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，旋風(fēng)分離器開始工作，把高速氣流從已形成流化狀態(tài)的物料中夾帶出的產(chǎn)品細(xì)顆粒分離出來，由干燥器返料風(fēng)機(jī)重新輸送回干燥器中，同時(shí)也使干燥器內(nèi)保持微負(fù)壓狀態(tài)，防止氨氣擴(kuò)散到廠房?jī)?nèi)，分離后的廢氣經(jīng)煙囪排至大氣中。（6）研

10、磨、篩分工序該工序主要把干燥器出來的物料研磨粉碎，達(dá)到要求粒度，再通過篩分分離后，儲(chǔ)存到混合料斗中。從干燥器出口振動(dòng)篩出來的產(chǎn)品，經(jīng)風(fēng)機(jī)輸送到旋風(fēng)分離器中，旋風(fēng)分離器底部產(chǎn)品經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入雙層篩，旋風(fēng)分離器氣流中的粉塵被袋式過濾器收集在集塵器中。雙層篩把產(chǎn)品分成三部分：最上層為大顆粒產(chǎn)品，被雙層篩篩分出來送到研磨機(jī)中，經(jīng)過研磨后送回旋風(fēng)分離器中重新循環(huán)。中層為顆粒直徑在0.21mm的產(chǎn)品，篩分后進(jìn)入成品緩沖料斗，再由風(fēng)機(jī)輸送到混合料斗中暫時(shí)儲(chǔ)存。下層為細(xì)分，分離后進(jìn)入細(xì)分料斗，然后由風(fēng)機(jī)輸送到緩沖料箱上方的旋風(fēng)分離器中，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入細(xì)分回?fù)狡?，在上方噴入脫鹽水，將細(xì)分混合成大的膠塊下落到緩沖料

11、箱與水解料進(jìn)行均勻混合，再進(jìn)入干燥器進(jìn)行干燥。（7）包裝成品料由風(fēng)機(jī)輸送到混合料斗中。混合料斗裝有立式提升螺桿，即可均勻混合產(chǎn)品，又能將成品輸送到帶式混合器中，帶式混合器配有電子稱重系統(tǒng)，可以對(duì)來自混合料斗的產(chǎn)品進(jìn)行稱重，達(dá)到規(guī)定的750kg后停止輸送物料，帶式混合器還配有螺帶式攪拌系統(tǒng)，既可攪拌產(chǎn)品，又能將產(chǎn)品經(jīng)過包裝機(jī)卸到已經(jīng)掛好的包裝袋中，最后由包裝扎緊袋口，做好標(biāo)示后進(jìn)行產(chǎn)品入庫。四、聚丙烯酰胺在工業(yè)中的應(yīng)用4.1石油開采根據(jù)美國油田化學(xué)品研究報(bào)告指出,采用化學(xué)技術(shù)驅(qū)油提高石油采收率。無論是采用膠束一聚合物驅(qū)油還是用聚合物驅(qū)油,都需要大量使用 PAM系聚合物。據(jù)統(tǒng)計(jì),PAM在美國有 3

12、1%左右用于油田,而我國則高達(dá) 60%以上,在油田化學(xué)品中, PAM是具有多方面作用的添加劑,如鉆井液、洗井液、注水采油及提高采收率都有重要的作用。4.1.1用作驅(qū)油劑在提高石油采收率的三次采油諸方法中，用PAM作驅(qū)油劑占有重要地位。聚合物的作用是調(diào)節(jié)注入水的流變性，增加驅(qū)動(dòng)液的粘度，改善水驅(qū)波發(fā)效率，降低地層中水相滲透率，使水與油能勻速地向前流動(dòng)。采用膠束聚合物驅(qū)油時(shí)，先將表面活性劑與助劑配成具有超低界面張力 的微乳液注入注水井中，再注聚合物溶液，最后注水。水呈柱塞流動(dòng)向前推進(jìn)，驅(qū)替分散在孔隙內(nèi)的殘余油，提高原油的采收率。我國大型油田包括大慶、勝利、遼河、大港等已進(jìn)入開采中后期，采出油的綜合

13、含水率日趨提高。為了穩(wěn)定我國東部油田產(chǎn)量，采用三次采油技術(shù)，可以提高采油率，保證油田穩(wěn)產(chǎn)。4.1.2用作堵水調(diào)整劑在油田生產(chǎn)過程中，由于地層的非均質(zhì)性，常產(chǎn)生水浸問題，需要進(jìn)行堵水，其實(shí)質(zhì)是改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以達(dá)到減少油田產(chǎn)水、保持地層能量、提高油田最終采收率的目的。PAM類化學(xué)堵水劑發(fā)展快，用量大，具有對(duì)油和水的滲透能力的選擇性，對(duì)油的滲透性降低最高可超過10，而對(duì)水的滲透性減少可超過90。本方法已在國內(nèi)碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應(yīng)用，并取得了明顯的效果。采用 PAM還可調(diào)整地層內(nèi)吸水剖面及封堵大孔道，實(shí)踐中已見到良好效果。4.1.3用作鉆井液調(diào)整劑作為鉆井液調(diào)整劑，經(jīng)常使用的是

14、部分水解聚丙烯酰胺 (PAM)。其作用是調(diào)節(jié)鉆井液的流變性，攜帶巖屑，潤(rùn)滑鉆頭，減少流體損失等。用PAM調(diào)制的鉆井泥漿比重低，因含量少，減輕對(duì)油氣層的壓力和堵塞，容易發(fā)現(xiàn)油氣層，并有利于鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度比鈣處理泥漿高 19，比機(jī)械鉆速高45左右，此外，還可大大減少卡鉆事故，減輕設(shè)備磨損，并能防止發(fā)生井漏和坍塌。4.2用于礦冶行業(yè)采礦過程中，通常使用大量的水，最后常需回收水中的有用固體，并將廢水凈化回收使用 。應(yīng)用PAM絮凝，可促進(jìn)團(tuán)粒的下沉、液體的澄清和泥餅的脫水，從而可提高生產(chǎn)效率，減少尾礦流失和水消耗，降低設(shè)備投資和加工成本，并避免環(huán)境污染。4.3紡織、印染工業(yè)在紡織工業(yè)中，聚丙烯酰胺作為織

15、物處理的上漿劑、整理劑、可以生成柔順、防皺、防霉菌的保護(hù)層。利用它的吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn)，能減少紡細(xì)紗時(shí)的斷張率。聚丙烯酰胺作后處理劑可以防止織物的靜電和阻燃 。用作印染助劑時(shí)，聚丙烯酰胺可使產(chǎn)品附著牢度大、鮮艷度高，還可以作為漂白的非硅高分子穩(wěn)定劑。此外，聚丙烯酰胺還可以用于紡織印染污水的高效凈化。4.4其他除此之外，PAM及其衍生物在造紙、水處理、食品加工、電鍍等許多領(lǐng)域中應(yīng)用都非常廣泛?？傊?PAM及其衍生物,共聚物作為一種多功能的高分子化學(xué)品,在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用是非常廣泛的。以上敘述的僅是很少的一部分，隨著聚合技術(shù)的提高及應(yīng)用技術(shù)的不斷改進(jìn)，它將扮演愈來愈重要的角色，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?。參考文獻(xiàn)1.燕豐,聚丙烯酰胺的生產(chǎn)應(yīng)用及市場(chǎng)分析.化工中間體,20022.陳紹炳,李學(xué)軍,部分水解聚丙烯酰胺的水溶液性質(zhì).油田