聚丙烯酰胺的生成与应用

1、聚丙烯酰胺的生成及应用摘要：综述了聚丙烯酰胺的物理性质、化学性质及使用特性，论述了聚丙烯酰胺的生成工艺流程，也介绍了聚丙烯酰胺在石油开采、矿冶、纺织、印染等行业中的应用。关键字：聚丙烯酰胺 性质 工艺 应用一、概述聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或其与其他单体共聚而得聚合物的统称，它是一类重要的水溶性高分子聚合物，具有特殊的物理化学性质， 广泛应用于石油开采、造纸、水处理、纺织、医药、农业等行业，享有 “百业助剂”之称。二、聚丙烯酰胺的基本特性2.1物理性质聚丙烯酰胺（PAM）是一种线性型高分子聚合物，它能以任意比例溶于水，溶解不受温度影响，其水溶液为均一清澈的高粘度液体，属非危险品，无毒

2、，无腐蚀性；几乎不溶于苯、乙醚、酯类、丙酮等一般有机溶剂。2.2化学性质聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺聚合而成，因此其分子的主链上带有大量侧基酰胺基，酰胺基的化学活性很高，可以和多种化合物反应生成许多PAM的衍生物；酰胺基的一大独特之处还在于它能与多种特定的化合物形成很强的氢键。2.3使用特性基于聚丙烯酰胺（PAM）的物理性质及化学性质，使得聚丙烯酰胺（PAM）有如下使用特性：絮凝性：PAM能使悬浮物质通过电中和，架桥吸附作用，起絮凝作用。 粘合性：通过机械的、物理的、化学的作用，起粘合作用。 降阻性：PAM能有效地降低流体的磨擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50-80% 增稠性：PAM在

3、中性和酸性条件下均有增稠作用，当PH值在10以上PAM易水解，呈半网状结构时增稠将更明显。三、聚丙烯酰胺生成工艺原理3.1工艺原理 聚丙烯酰胺五车间生产采用的是有大庆炼化公司研究院自主开发成功的均聚后水解工艺，共分溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等七个主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成胶，经过造粒后加入粒碱进行后水解的核心工艺，螺杆式预研磨机对胶体进行预切割，有利于胶体的造粒，振动式流化床干燥器对产品进行两端干燥，可进一步提高产品的质量。而先造粒后干燥的工艺顺序，使粉尘的溢出降至最低限度。主要生产操作和工艺控制均由DCS系统自动完成，不但降低了工人的劳动强度，而且产品质

4、量指标控制平稳，分子量可调范围较大。本工艺中聚合工序和水解工序均发生化学反应，其他工序属物理加工过程。3.1.1聚合反应基本原理本工艺采用丙烯酰胺单体水溶液均聚聚合方法。丙烯酰胺单体溶液在催化剂的作用下，发生自由基聚合。在这种特定过程中，聚合反应分为链引发、链增长、链终止三个济源反应，同时伴有链转移反应。链引发首先是氧化还原反应体系吹滑稽释放自由基，诱发聚合反应。随着氧化还原反应放热，反应逐渐升温，当反应液温度达到40-50时，其中的偶氮类催化剂在热活化作用下分解释放自由基继续引发反应。偶氮分解方程式：链增长链引发产生的单体自由基不断和单体分子结合生成链自由基，如此反复反应的过程称为链增长反应

5、。单体自由基形成后，继续与其他单体加聚，就进入链增长过程。链终止链终止是高分子活性链失去活性，停止增长，形成稳定的高分子链的过程。3.1.2水解反应基本原理水解反应方程式：3.1.2工艺流程说明（1）溶解工序溶解工序的主要原料是丙烯酰胺溶液（AM）和脱盐水（DMW）。各组分分别从各自的储罐经流量计计量后，进入溶解罐，进行搅拌混合。温度是影响聚合反应的一个关键参数，该工艺的聚合反应初始温度为0，一般溶解后混合溶液的温度为20左右，为达到工艺要求，需使用冷冻盐水对溶液降温。PH值是影响聚合反应的另一个关键参数，该工艺要求反应溶液的PH值控制在5.86.2，而溶解后混合溶液的PH随着丙烯酰胺溶液和脱

6、盐水的PH值而变化，溶解罐的循环线回路上设有PH值测量仪，当溶解罐PH值不满足条件时，聚合岗人员进行调整至工艺指标范围。（2）聚合反应工序本装置采用釜式反应器，每条生产线有四台聚合釜。来自溶解罐的单体制备也经单体输料泵转移至聚合釜，从聚合釜底部两个喷嘴中吹入带压氮气，氮气既能将溶液与加入的催化剂搅拌均匀，又能通过置换作用排除其他溶解其他，尤其是能将对反应起阻聚作用的氧浓度降低到0.3ppm以下，吹氮40分钟（可调）左右后，将符合引发体系中的各种引发剂按剂量配方加入聚合釜中，引发聚合反应，继续吹氮至有23升温，关闭氮气阀。然后反应逐渐升温、成胶、熟化，整个反应大约需要5个小时左右完成，聚合完成后

7、，打开下料阀，并打开压缩空气进气阀，用0.30.4MPa的压缩空气进行压料，约30分钟出料完成。（3）预研磨、造粒工序将聚合釜中反应完成的胶体用压缩风加压方式卸入预研磨器中。在预研磨器中用旋转螺杆将胶体碾切成比较小的胶块，由供料螺杆输送到造粒机中进行造粒，同事用计量螺杆的转速控制造粒机的进料速度。造粒机工作同时要开启EXXSOL-SPAN系统，喷入研磨油分散剂，防止胶粒粘连，减小造粒机的负荷。（4）水解工序抗盐工艺的水解反应在水解机内进行，每条生产线有四台水解机，水解机夹套加热系统始终保持投用，夹套介质为余热水，温度保持在90-100。水解进料条件满足后，打开水解机进料阀和排氨阀，进行进料操作

8、，待水解机进料量达到规定值后，按配方比例加入一定量的粒碱（NaOH）后，关闭排氨阀，物料在水解机内进行水解反应，水解时间要求在155分钟。水解完成后，打开水解机下料阀，物料卸入缓冲料箱中，经二次造粒机再次造粒后，由输料风机送到干燥器内进行烘干。（5）干燥工序水解后的物料进入干燥器后，进行干燥。在次过程中，聚丙烯酰胺由胶体变为粉剂，水含量有70%降到10%左右。本装置采用振动式流化床式干燥器，通过风机，将缓冲料箱内的胶体从造粒机输入干燥器中。干燥器内的热气流及振动使胶粒很快的流态化。振动流化床干燥器分为三段干燥，其中一、二段为加热段，三段为冷吹段。干燥器通过风机吹入的冷空气经过风沙过滤器过滤后，

9、经余热水预热器进行预热，再吹入导热油翅片进行加热。加热后的空气分别进入干燥器的一、二段，两段热空气的范围是3656和4870，空气加热后的温度由导热油入口管线上的自动调节阀调节导热油的流量来控制。经由二段加热后的物料温度较高，故采用三段冷吹风降低出料温度，使物料易于研磨。干燥后的产品经过干燥器出口的回转振动筛将未干燥好的块状物料除去，干燥好的产品进入研磨、筛分系统。干燥器废弃风机启动后，旋风分离器开始工作，把高速气流从已形成流化状态的物料中夹带出的产品细颗粒分离出来，由干燥器返料风机重新输送回干燥器中，同时也使干燥器内保持微负压状态，防止氨气扩散到厂房内，分离后的废气经烟囱排至大气中。（6）研

10、磨、筛分工序该工序主要把干燥器出来的物料研磨粉碎，达到要求粒度，再通过筛分分离后，储存到混合料斗中。从干燥器出口振动筛出来的产品，经风机输送到旋风分离器中，旋风分离器底部产品经旋转阀进入双层筛，旋风分离器气流中的粉尘被袋式过滤器收集在集尘器中。双层筛把产品分成三部分：最上层为大颗粒产品，被双层筛筛分出来送到研磨机中，经过研磨后送回旋风分离器中重新循环。中层为颗粒直径在0.21mm的产品，筛分后进入成品缓冲料斗，再由风机输送到混合料斗中暂时储存。下层为细分，分离后进入细分料斗，然后由风机输送到缓冲料箱上方的旋风分离器中，经过旋转阀进入细分回掺器，在上方喷入脱盐水，将细分混合成大的胶块下落到缓冲料

11、箱与水解料进行均匀混合，再进入干燥器进行干燥。（7）包装成品料由风机输送到混合料斗中。混合料斗装有立式提升螺杆，即可均匀混合产品，又能将成品输送到带式混合器中，带式混合器配有电子称重系统，可以对来自混合料斗的产品进行称重，达到规定的750kg后停止输送物料，带式混合器还配有螺带式搅拌系统，既可搅拌产品，又能将产品经过包装机卸到已经挂好的包装袋中，最后由包装扎紧袋口，做好标示后进行产品入库。四、聚丙烯酰胺在工业中的应用4.1石油开采根据美国油田化学品研究报告指出,采用化学技术驱油提高石油采收率。无论是采用胶束一聚合物驱油还是用聚合物驱油,都需要大量使用 PAM系聚合物。据统计,PAM在美国有 3

12、1%左右用于油田,而我国则高达 60%以上,在油田化学品中, PAM是具有多方面作用的添加剂,如钻井液、洗井液、注水采油及提高采收率都有重要的作用。4.1.1用作驱油剂在提高石油采收率的三次采油诸方法中，用PAM作驱油剂占有重要地位。聚合物的作用是调节注入水的流变性，增加驱动液的粘度，改善水驱波发效率，降低地层中水相渗透率，使水与油能匀速地向前流动。采用胶束聚合物驱油时，先将表面活性剂与助剂配成具有超低界面张力 的微乳液注入注水井中，再注聚合物溶液，最后注水。水呈柱塞流动向前推进，驱替分散在孔隙内的残余油，提高原油的采收率。我国大型油田包括大庆、胜利、辽河、大港等已进入开采中后期，采出油的综合

13、含水率日趋提高。为了稳定我国东部油田产量，采用三次采油技术，可以提高采油率，保证油田稳产。4.1.2用作堵水调整剂在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的目的。PAM类化学堵水剂发展快，用量大，具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高可超过10，而对水的渗透性减少可超过90。本方法已在国内碳酸盐底水油藏高含水油田堵水中应用，并取得了明显的效果。采用 PAM还可调整地层内吸水剖面及封堵大孔道，实践中已见到良好效果。4.1.3用作钻井液调整剂作为钻井液调整剂，经常使用的是

14、部分水解聚丙烯酰胺 (PAM)。其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用PAM调制的钻井泥浆比重低，因含量少，减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻进，钻进速度比钙处理泥浆高 19，比机械钻速高45左右，此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌。4.2用于矿冶行业采矿过程中，通常使用大量的水，最后常需回收水中的有用固体，并将废水净化回收使用 。应用PAM絮凝，可促进团粒的下沉、液体的澄清和泥饼的脱水，从而可提高生产效率，减少尾矿流失和水消耗，降低设备投资和加工成本，并避免环境污染。4.3纺织、印染工业在纺织工业中，聚丙烯酰胺作为织

15、物处理的上浆剂、整理剂、可以生成柔顺、防皱、防霉菌的保护层。利用它的吸湿性强的特点，能减少纺细纱时的断张率。聚丙烯酰胺作后处理剂可以防止织物的静电和阻燃 。用作印染助剂时，聚丙烯酰胺可使产品附着牢度大、鲜艳度高，还可以作为漂白的非硅高分子稳定剂。此外，聚丙烯酰胺还可以用于纺织印染污水的高效净化。4.4其他除此之外，PAM及其衍生物在造纸、水处理、食品加工、电镀等许多领域中应用都非常广泛。总之,PAM及其衍生物,共聚物作为一种多功能的高分子化学品,在国民经济中的应用是非常广泛的。以上叙述的仅是很少的一部分，随着聚合技术的提高及应用技术的不断改进，它将扮演愈来愈重要的角色，其应用领域将不断拓展。参考文献1.燕丰,聚丙烯酰胺的生产应用及市场分析.化工中间体,20022.陈绍炳,李学军,部分水解聚丙烯酰胺的水溶液性质.油田