一、聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺(PAM)是一种线型高分子聚合物,分为非离子型、阳离子型、阴离子型和双离子型。在常温下为坚硬的玻璃态固体,产品有胶液、胶乳和白色粉粒、半透明珠粒和薄片等。热稳定性良好。聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称,是水溶性高分子中应用广泛的品种之一。
由于聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键、使其具有良好的水溶性和很高的化学活性,易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物,在石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业中具有广泛的应用,有“百业助剂”之称。据统计,全球聚丙烯酰胺的总产量中的37%用于废水处理,27%用于石油工业,18%用于造纸工业。
二、聚丙烯酰胺使用特性
1)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。
2)粘合性:能通过机械的、物理的、化学的作用,起粘合作用
3)降阻性: PAM能有效地降低流体的摩擦阻力,水中加入微量PAM就能降阻50-80%.
4)增稠性: PAM在中性和酸条件下均有增稠作用,当PH值在10以上PAM易水解。吴半网状结构时,增稠将更明显。
三、聚丙烯酰胺生产工艺
聚丙烯酰胺生产工艺过程主要包括配料、聚合、造粒、干燥、粉碎筛分及包装。原料通过管道进入配料釜内,加入相应的助剂混合均匀,降温至0-5℃之间,将物料送至聚合釜内通氮除氧,氧含量除至1%左右,加入引发剂进行聚合,聚合后将胶块切碎,通过输送机送至造粒机进行造粒,造粒完的胶粒送至干燥床进行干燥,干燥好物料送至粉碎筛分系统进行粉碎筛分,粉碎完物料进入包装系统进行包装,形成成品。
丙烯酰胺+水(引发剂/聚合)→聚丙烯酰胺胶块→造粒→干燥→粉碎筛分(伟良提供筛分设备用于PAM的筛分)→聚丙烯酰胺产品
聚丙烯酰胺的聚合方法包括水溶液聚合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、水相分散聚合等,近些年又有学者将辐射技术、活性/可控自由基聚合等新兴的聚合方法与上述方法相结合,促进了聚丙烯酰胺生产技术的发展。
1、水溶液聚合法
均相水溶液聚合是絮凝剂 PAM生产历史久的方法,它采用水溶性无机过氧化物类及氧化—还原引发体系或水溶性偶氮类引发剂,不必回收溶剂,产品可直接使用。由于以水为溶剂,体系杂质少,且单体向水溶剂的链转移常数极小,因此,该法具有产品纯度好、分子量高的特点。
2、分散相聚合法
用分散相聚合法制备聚丙烯酰胺又可分为反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、悬浮聚合法、沉淀聚合法 4 种。
(1) 反相乳液聚合法
是将单体的水溶液借助油包水型(W/0) 乳化剂分散在油的连续介质中,引发聚合后,所得产品是被水溶胀者的亚微观聚合物粒子(100nm~1000nm)在油中的胶体分散体,即W/0 型胶乳。
(2) 反相微乳液聚合法
近年来,在反相乳液聚合理论与技术的基础上又出现了反相微乳液聚合法。所谓微乳液通常是指一种各向同性,清亮透明,粒径在 8nm~80nm的热力学稳定的胶体分散体系,通过各种方法制造的水溶性聚合物微胶乳,具有粒子均一、稳定性好等特点。
(3) 反相悬浮聚合法
丙烯酰胺水溶液在分散稳定剂存在下,可分散在惰性有机介质中进行悬浮聚合,产品粒径一般在1.0um~500um。而产品粒径在0.1nm~1.0nm时,则称为柱状聚合。在悬浮聚合中,丙烯酰胺水溶液在Span-60,无机氨化物、脂肪酸钠或醋酸纤维素等分散稳定剂存在下,在汽油、二甲苯、四氯乙烯中形成稳定的悬浮液,引发后聚合。
(4) 沉淀聚合法
这种丙烯酰胺聚合是在有机溶剂或水和有机混合溶液中进行。这些介质对单体是溶剂,对聚合物聚丙烯酰胺是非溶剂。因此,聚合开始时反应混合物是均相的,而在聚合反应过程中,絮凝剂PAM 一旦生成就沉淀析出,使反应体系出现两相。因此聚合是在非均相体系中进行,称为沉淀聚合。
聚丙烯酰胺生产技术除了上述的单元操作外,在工艺配方上还有较明显的差别,引发就有前加碱共水解工艺和后加碱后水解工艺之分,两种方法各有利弊,前加碱共水解工艺过程简单,但存在水解传热易产生交联和相对分子质量损失大的问题,后加碱后水解虽然工艺过程增加了,但水解均匀不易产生交联,对产品相对分子质量损失也不大。
前加碱共水解聚合
该工艺采用丙烯酷胺和碳酸钠两种主要原料,与其它工艺的主要区别是在聚合溶液制备过程中加入碳酸钠,在进行聚合反应的同时进行水解反应,聚合和水解在同一反应釜内完成,在熟化过程中使水解反应更加完全。聚合反应可根据所需产品的相对分子质量,既可在较低的引发温度条件下开始,生产较高相对分子质量的产品,也可采用在较高的温度下引发,生产中低相对分子质量产品。经聚合反应和熟化过程得到聚丙烯酷胺胶体,经切割、造粒、干燥等过程得到粉状阴离子聚内烯酷胺产品。
近几年,这种技术在国内应用较为广泛,大庆炼化公司引进的5.2万t/a聚丙烯酷胺装置、胜利油田宝莫生物化工有限公司、辽河油田聚合物厂等均采用了这种技术,其产品相对分子质量高能达到2200万,粘度达到50mpa·s以上。此项技术可根据需要生产相对分子质量500--2400万的产品。但此项技术在采用低温引发生产高相对分子质量聚丙烯酷胺时,存在后加热水解不均匀等问题,一定程度上影响了产品的稳定性
均聚后水解工艺技术
该工艺是先将丙烯酷胺均聚成非离子聚合物、然后加碱进行水解。由于近几年国内三次采油要求采用高抗盐、高相对分子质量聚丙烯酷胺产品,国内聚丙烯生产厂商对高相对分子质量聚丙烯酷胺聚合技术进行了较为深入的研究。由于该工艺更容易得到高相对分子质量、粘度高的聚丙烯酷胺产品而得到了重视。大庆炼化公司采用均聚后水解工艺建成了1.3万t/a高抗盐聚丙烯酷胺生产装置,并对引进法国SNF公司的8条生产线中的4条线由原来的前加碱共水解工艺改造成后水解工艺北京恒聚油田化学剂有限公司等也采用均聚后水解工艺生产抗盐聚合物产品。
均聚后水解工艺有很好的灵活性,通过调节配方和引发温度可生产各种相对分子质量的产品可根据需要生产相对分子质量为500-3500万的产品。
四、聚丙烯酰胺的筛分
破碎后的聚丙烯酰胺有些像粗盐,为不规则的颗粒状,且带有温度(50-60°),遇水会发黏发粘。筛分的难点在于如何提高第二层筛分精度,且易堵网,产量不高。
传统筛分聚丙烯酰胺选用的机器类型为旋振筛,但存在以下问题:
1. 产量低
2. 底层筛分精度不够(细粉筛不干净)
3. 易堵网
l 客户案例:山东,东北某公司,大部分选用两层筛网,上层筛上物粗料返回进入二次破碎,中间料段和二层筛下物细粉为成品。
l 筛分的目数:16目——80目不等。
l 部分客户选用圆形摇摆筛模块化筛分提高底层筛分精度(了解更多请联系我们)
圆形摇摆筛有效解决聚丙烯酰胺的筛分难题
l 更大的筛分面积——提高产量
l 三维翻滚运动,模块化设计——提高精度
l 两层不同的清网系统——减少堵网