耐温抗盐超高分子量聚丙烯酰胺生产工艺的开发

Posted 2023-01-13 工艺

篇首语：夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了耐温抗盐超高分子量聚丙烯酰胺生产工艺的开发相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

0 前言聚丙烯酰胺(PAM)是一种多功能的化工产品，在钻井、采油、地质、纺织、农业、食品和水处理等多个领域都有广泛的用途，尤其在三次采油中作为驱油剂用量最大。普通PAM的分子量在1700～2200万之间，适用于普通油藏，全国产量约为137000t，主要分布在大庆炼化、大庆实业、盘锦助剂、北京恒聚、胜利长安、四川光亚、江苏泰兴等公司。超高分子量PAM的分子量在2200万以上，具有耐温抗盐的性能，但能够生产的厂家却不是很多。最近，笔者与大庆兴建化工股份有限公司合作，采用以丙烯腈(AN)为原料，生物酶催化水合生产丙烯酰胺(AM)和以AM为原料，低温均聚后水解生产聚丙烯酰胺(PAM)的工艺。成功地实现了年产PAM15000t工业化的规模，产品的分子量不小于2500万，粘度大于65mPa.s。
1 工艺原理

2 工艺路线外购的AN先通过蒸馏进行精制，然后在自产含腈水合酶的催化作用下与去离子水合成AM，再经闪蒸、膜分离和离子交换进行除盐和纯化，生产出含25%AM的水溶液。在聚合工段，25%AM的水溶液先与聚合助剂溶配，然后在聚合釜中在氮气的保护下，加入低温引发剂在规定的操作条件下聚合。聚合产物PAM经造粒、水解、再造粒、干燥、粉碎、筛分等成型工艺后计量、包装。整个工程分储运、发酵、水合、聚合、后水解处理和动力等几个工段，工艺原则流程图如图1。该工艺的核心分两部分：一是生物酶催化水合生产丙烯酰胺(AM)工艺；二是低温均聚后水解生产聚丙烯酰胺(PAM)的工艺。前者与传统的硫酸水合法和铜离子水合法相比有很大的优点：a)该生物酶有很高的催化活性，反应的选择性也较好，AN的转化率和AM的收率有很大的提高；b)生物法生产出的AM溶液纯度高，不含金属离子，更适合于生产超高分子量的PAM。后者的引发实质上分两步完成，低温引发剂首先释放自由基，待反应开始，放出的能量会激活另一种引发剂，这样的引发体系，更有利于自由基的产生和分子链的增长。生产出的PAM分子量不低于2500万，而且分布窄。
3 主要指标
3.1 产品质量产品质量见表1。

3.2 消耗指标消耗指标见表2。
4 讨论根据国内外工艺技术现状，选择本工艺与胜利油田聚合物有限公司和北京勘探开发研究院油化所共同开发的前加碱共水解工艺以及日本三菱化学公司开发的均聚后水解工艺进行对比分析。这三种工艺从原料、引发体系到工艺过程都有一定差别，对比情况如表3。通过对比分析可以看出：a)国内技术无论是前加碱共水解工艺还是均聚后水解工艺都能生产出分子量较高、粘度较大的聚丙烯酰胺产品，说明国内在聚合引发体系的开发与应用上达到了国际先进水平。国内技术与国外技术的主要差距是生产设备及生产设备的成套性，一是单台设备能力小、设备质量难以适应长周期运转，设备维修量大，影响生产连续运行，生产负荷率不高；二是设备之间的配套性开发不够，没有完全开发出与生产技术相匹配的成套生产设备，导致各个生产工段之间的衔接不够流畅，这既影响生产装置的生产效率，又影响产品的质量。设备质量直接影响产品质量，尤其是产品的溶解性、过滤比和粒度等项指标。b)采用国内技术的生产企业由于投资、工艺技术本身等多方面因素限制，多采用手动控制或仪表控制与手工控制相结合的控制方法，使产品质量不够稳定。c)三菱均聚后水解工艺技术已有很长的生产历史，建成了万吨级生产装置，工艺技术较为成熟可靠。但工艺过程较为复杂，设备数量多而杂，建设投资高，聚丙烯酰胺产品的分子量能达到2000万左右，未有更高分子量的聚丙烯酰胺产品。d)前加碱共聚水解工艺与大庆兴建化工股份有限公司均聚后水解工艺相比，具有工艺过程较为简单，公用工程消耗较低等特点，产品分子量最高能达到2000万，粘度在50mPa.s以上。但由于工艺技术本身的限制，生产更高分子量聚丙烯酰胺产品的难度较大。笔者与大庆兴建化工有限公司在近期合作开发的均聚后水解工艺技术在简化工艺流程，降低物耗、能耗和提高产品质量方面取得很大进展，不仅产品分子量高、粘度高，而且与同类后水解技术相比，工艺流程得到进一步简化，产品综合性能指标有突破性进展。