摘要：本文對3500萬分子量聚丙烯酰胺生產(chǎn)過程中不溶物的產(chǎn)生機(jī)理及其對產(chǎn)品在采油應(yīng)用的影響進(jìn)行了分析，確定了消減不溶物含量的關(guān)鍵生產(chǎn)控制措施。
1、工藝簡介
擴(kuò)能聚丙烯酰胺裝置采用的均聚后水解工藝是由大慶煉化公司研究院自主開發(fā)成功的，共分溶解、聚合反應(yīng)、預(yù)研磨造粒、水解、干燥、研磨篩分、包裝等七個主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成膠，經(jīng)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)對膠體進(jìn)行預(yù)切割有利于膠體的造粒，振動式流化床干燥器對產(chǎn)品進(jìn)行兩段干燥，可進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
2、不溶物產(chǎn)生機(jī)理
聚丙烯酰胺（PAM）有個重要化學(xué)性質(zhì)，就是加熱到150℃以上時，放出大量的氨而成為不溶于水的固體物，其主要原因是發(fā)生分子間和分子內(nèi)的亞胺化交聯(lián)反應(yīng)，發(fā)生凝膠現(xiàn)象。
3、控制不溶物產(chǎn)生措施
為避免發(fā)生凝膠化反應(yīng)，需要在溶解、聚合、水解、干燥等工序，按照精益指標(biāo)要求，精細(xì)管理、精心操作。
3.1 提高單體AM質(zhì)量
3.1.1 減少雜質(zhì)含量
亞胺化反應(yīng)一般在150℃以上的高溫下才能發(fā)生，但是在聚合物中雜質(zhì)含量等不同外界條件的影響下，較低的溫度即可產(chǎn)生亞胺化反應(yīng)，所以要控制單體中NTPA、低聚物、銅鐵離子等雜質(zhì)的含量。
3.1.2 控制PH值范圍
很多實(shí)驗(yàn)指出，pH值較低時，聚丙烯酰胺溶解性能差；隨著pH值的升高，溶解性變好，因此選擇單體pH值在6-7之間。
措施：車間用脫鹽水稀釋單體，并用醋酸調(diào)節(jié)pH值至5.8-6.2范圍內(nèi)，而且采用在線及便攜式PH計進(jìn)行對比校正，保證PH值測量的準(zhǔn)確性。
3.2 優(yōu)化聚合操作
3.2.1 低溫聚合
低溫聚合就是，引發(fā)溫度低，聚合的較高溫度也低，所以可以防止聚合過程中高溫凝膠化反應(yīng)的產(chǎn)生。但是低溫聚合在一般情況下聚合熱的放熱速度緩慢，也就是聚合速度慢，所以聚合所需要的時間就要延長。
3.2.2 控制單體、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑濃度
丙烯酰胺水溶液的聚合熱為82.8KJ/mol，相對來說，放熱甚大，當(dāng)單體濃度偏高時會發(fā)生自動加速效應(yīng)，導(dǎo)致爆聚，溫度偏高。歧化終止的聚合物端基帶有雙鍵，會繼續(xù)參與聚合反應(yīng)或發(fā)生向聚合物大分子鏈轉(zhuǎn)移，形成交聯(lián)產(chǎn)物，溶解性變差，所以生產(chǎn)3500萬分子量產(chǎn)品時，可以適當(dāng)降低單體濃度，減少單體之間的交聯(lián)反應(yīng)幾率，從而減少不溶物的產(chǎn)生。
3.2.3 調(diào)節(jié)催化劑加入時間間隔
生產(chǎn)2500萬分子量聚丙烯酰胺時，偶氮類引發(fā)劑與氧化還原類引發(fā)劑的加入時間間隔是20分鐘；在生產(chǎn)3500萬分子量聚丙烯酰胺時，將時間間隔延長至30分鐘；從而保證雙氮在單體中分散均勻，避免局部自由基偏多，反應(yīng)速度過快，導(dǎo)致溫度偏高，發(fā)生凝膠化反應(yīng)。
3.3 優(yōu)化水解操作
3.2.1 延長水解時間
當(dāng)水解時間小于110分鐘時，膠體與粒堿接觸不充分，部分未進(jìn)行水解反應(yīng)，導(dǎo)致水解度偏低，不溶物偏多。
3.2.2 保證水解溫度
當(dāng)水解溫度低于87℃時，水解速率變慢，水解度偏低，導(dǎo)致不溶物偏多。
措施：要求水解溫度大于87℃。
3.2.3 控制SPAN配比
SPAN作為一種分散劑，可以使膠粒保持良好的流動性不粘連，但如果過量使用會使在膠粒外表面形成隔離層，使膠粒與粒堿的接觸面積減少，從而阻礙兩者充分反應(yīng)，反應(yīng)不完全造成產(chǎn)品不溶物指標(biāo)升高。
措施：控制一次配比，SPAN質(zhì)量濃度為0.4%。
3.4 消除高溫干燥而產(chǎn)生凝膠化反應(yīng)
聚丙烯酰胺的干燥過程也和其他固體物質(zhì)的干燥過程一樣有水份的自由蒸發(fā)階段和擴(kuò)散控制階段，在兩個干燥階段之間有一個臨界點(diǎn)，PAM膠凍的干燥過程中臨界點(diǎn)約在含水率20%-40%之間，顆粒度小，物料密度松散時臨界點(diǎn)的含水率也低，經(jīng)一次造粒后，膠體大小在3-6mm之間，此時，臨界點(diǎn)含水率約在30%。物料在自由蒸發(fā)階段，被干燥物的溫度近似于濕球溫度，因此物料本身的溫度不上升，也因?yàn)檫@樣不會發(fā)生高溫凝膠化反應(yīng)。
3.4.1 降低二段干燥器風(fēng)溫
在其他條件不變的情況下，每降低10℃干燥風(fēng)溫，不溶物平均值下降0.05左右。因風(fēng)溫下降，干燥速度下降，產(chǎn)量下降，每降低10℃干燥風(fēng)溫，產(chǎn)量約下降5噸/天。
措施：控制二段風(fēng)溫在130℃以下。
3.4.2 控制床層高度
當(dāng)床層高度大于250mm時，物料在干燥內(nèi)停留時間偏長，導(dǎo)致過分干燥，發(fā)生亞胺化交聯(lián)反應(yīng)。
措施：控制床層高度為180-220mm。
3.5 其他因素
由于工業(yè)生產(chǎn)中會帶入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是不溶解于水，導(dǎo)致測量時不溶物值偏高，擴(kuò)能裝置生產(chǎn)中雜質(zhì)主要有：軟連接、鐵屑、包裝袋、沙粒等。
4、采油中的應(yīng)用
聚合物驅(qū)油的機(jī)理是利用聚合物溶液具有較高粘度的特點(diǎn)，降低水相的滲透率，有效地控制水的流動性，擴(kuò)大驅(qū)替相的波及體積，提高微觀驅(qū)油效率，從而達(dá)到提高原油采收率的目的。
如果不溶物含量超標(biāo)，就會使聚丙烯酰胺固體溶脹速度變慢，溶解時間變長，而且降低了聚丙烯酰胺溶液的流變性，導(dǎo)致溶解速度慢，采收率低。
5、總結(jié)
聚丙烯酰胺產(chǎn)品諸多性質(zhì)中，水溶性是關(guān)鍵問題之一，因此在研制PAM中需要考慮，產(chǎn)品一定要具有良好的水溶性能。我查閱了數(shù)量有限的部分文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)大部分認(rèn)為凝膠化反應(yīng)的主要原因是，聚合及干燥過程中受高溫及單體中含有有害雜質(zhì)所致。通過上述控制措施，經(jīng)過一年多的實(shí)際生產(chǎn)摸索，能夠?qū)?500萬分子量產(chǎn)品的不溶物指標(biāo)平均值控制0.2%以下，全月不溶物合格率能夠達(dá)到90%。
所以在本文中總結(jié)了所提出的各類措施，可以在工作中作參考，繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)論證。但是從一般的概念來看間，有著相對均聚物來說，聚合物的溶解性能和其他一些重要性能之間。有著相互制約的關(guān)系，所以采用某種改善產(chǎn)品的溶解性能的措施時，需要同時考慮產(chǎn)品的綜合性能。
