國內(nèi)外三次采油助劑聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展
聚丙烯酰胺具有良好的熱穩(wěn)定性，易溶于水且 體系黏度高，工業(yè)上聚丙烯酰胺及其衍生物的聚合方法由單體及其在介質(zhì)中的分散狀態(tài)決定，分為本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。儀表殼專用PP按單體和聚合物的溶解狀態(tài)分為均相聚合和非均相聚合。產(chǎn)品有3大類型：水溶液膠體、粉狀和乳液。同時聚丙烯酰胺分子主鏈上的側(cè)基——酰胺基可與多種化合物反應(yīng)產(chǎn)生系列衍生物¨ J。聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品可分為非離子型、陽離子型和陰離子型。其中相對分子質(zhì)量的大小是區(qū)分其主要性能的重要指標之一。近年來隨著聚丙烯酰胺及其衍生物應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，新的合成技術(shù)不斷出現(xiàn)，使聚丙烯酰胺工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大
到1990年，兩性聚丙烯酰胺廣泛應(yīng)用。目前國外丙烯酰胺衍生物不下百種，新的品種還在不斷地被開發(fā)出來。PAM的聚合方法也從*初的水溶液聚合發(fā)展到反相乳液聚合、反相微乳液聚合、水分散聚合。水溶液聚合是*早采用并沿用至今的PAM生產(chǎn)方法。
采用水溶液聚合制造PAM是目前國外使用*多的生產(chǎn)方法。儀表殼專用PP聚合后經(jīng)切割、制粒、干燥、粉碎、篩分、包裝成干粉產(chǎn)品。在工程上存在多處難點，首先，聚合熱不易從膠塊內(nèi)傳出；其次，切割、制粒過程中的大分子斷鏈造成相對分子質(zhì)量下降。另外，制粒過程中的高溫干燥使PAM進一步降解同時形成不溶物，導致產(chǎn)品溶解性劣化。為了解決這些問題，國外公司研發(fā)成功了眾多的工藝設(shè)備和生產(chǎn)裝置。將聚合和制粒放在同一釜內(nèi)進行，可部分避免大分子鏈在制粒過程中被切斷的問題。但動力消耗大，規(guī)模不能做大。為克服大塊聚合不易散熱的缺點，研究了帶式片狀聚合工藝，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。
反相乳液是借助油包水型乳化劑將AM類單體水溶液乳化分散在連續(xù)相中，形成水／油型穩(wěn)定膠體分散體。這一技術(shù)固體含量較高，乳液黏度低，改善了反應(yīng)的傳熱和攪拌效果。產(chǎn)品溶解性能好，使用方便。儀表殼專用PP用反相乳液聚合生產(chǎn)干粉，沒有制粒工序，避免了大分子鏈被切斷的危險。但油和乳化劑增加了生產(chǎn)成本，使這項技術(shù)的發(fā)展受到限制。
儀表殼專用PP乳液聚合工藝技術(shù)。在乳化劑的作用下形成油包水型乳液，丙烯酰胺單體在此環(huán)境中進行聚合反應(yīng)，得到質(zhì)量分數(shù)為20％ 以上的乳液聚合物產(chǎn)品，其產(chǎn)品相對分子質(zhì)量能達到2 200x10 以上，黏度在70 mPa·S以上，乳液聚合工藝在生產(chǎn)過程中減少了聚合物膠體的切割、造粒、干燥等工序，降低了聚合物工廠的設(shè)備投入和能耗，但同時增加了產(chǎn)品的運輸和貯存量，在生產(chǎn)過程中需用大量的有機溶劑。
均聚現(xiàn)場水解工藝技術(shù)。儀表殼專用PP均聚現(xiàn)場水解工藝是將聚合得到的非離子聚丙烯酰胺干粉運至聚合物注人現(xiàn)場溶解后，再加入NaOH進行水解得到質(zhì)量分數(shù)為2．2％的陰離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品，*終產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量*高能達到2 200×10 以上，黏度能達到70 mPa·s，其他各項指標均符合要求，這種工藝技術(shù)需要在油田注人現(xiàn)場建設(shè)多個水解非離子聚丙烯酰胺的小試驗站。
共聚合工藝技術(shù)。共聚合工藝采用丙烯酰胺和丙烯酸2種聚合單體在較低的引發(fā)溫度條件下，由引發(fā)體系作用進行共聚合反應(yīng)，聚合得到的膠體經(jīng)切割、造粒、干燥等過程得到粉狀陰離子聚丙烯酰胺產(chǎn)品。這種技術(shù)在國外已應(yīng)用多年，相對分子質(zhì)量能達到2 000×10 ，黏度可達50 mPa·S以上。共聚工藝的特點是可以根據(jù)不同的作用生產(chǎn)不同水解度的產(chǎn)品，產(chǎn)品的水解度為0％ ～70％。(4)均聚后水解工藝。均聚后水解工藝技術(shù)主要由日本三菱化學公司開發(fā)，其工藝過程是先均聚成非離子聚丙烯酰胺，然后加入NaOH水解，*后通過干燥得到粉狀聚合物產(chǎn)品，產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量能達到2 000x10 ，黏度能達到50 mPa·S以上，這種工藝技術(shù)的特點是產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量較高，但工藝過程較為復(fù)雜。
結(jié) 論
1.從總體上看，中國CPAM很多品種正在不斷研發(fā)之中，還有不少新品種尚待開發(fā)，但大部分產(chǎn)品生產(chǎn)尚未真正達到市場需求，而是仍處于推廣應(yīng)用、試生產(chǎn)階段，大規(guī)模裝置的建立與發(fā)揮效能往往受到應(yīng)用技術(shù)的制約。在發(fā)達國家一些精細化學品的生產(chǎn)廠均有自己的產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)開發(fā)部門及專家從事產(chǎn)品推廣應(yīng)用研究。
2.品種少、實際生產(chǎn)量小、產(chǎn)品專用性差。從品種上看，國外發(fā)達國家CPAM 已達百余種，國外產(chǎn)品的多樣化是根據(jù)用戶需要而開發(fā)形成的。就陰離子和非離子型產(chǎn)品而論，使其具有不同黏度，適用于不同的pH，用于不同的場合。而國內(nèi)只有幾十種，而且其中不少品種尚處于開發(fā)應(yīng)用階段，還未達到產(chǎn)品成熟期。此外，從產(chǎn)品的自身質(zhì)量看，中國目前已開發(fā)或正在開發(fā)的絕大多數(shù)產(chǎn)品均停留在追趕先進國家同類產(chǎn)品的階段上。由于產(chǎn)品開發(fā)速度比較慢，許多產(chǎn)品仍不能形成系列化。
3.尚未形成專業(yè)化的產(chǎn)業(yè)，影響生產(chǎn)效能的發(fā)揮，企業(yè)的綜合效能差。國外形成產(chǎn)業(yè)的方式是生產(chǎn)大宗產(chǎn)品的同時，根據(jù)市場需求對本企業(yè)的產(chǎn)品和副產(chǎn)品進一步深度加工，生產(chǎn)衍生物和系列產(chǎn)品。中國一些生產(chǎn)廠也正在逐步向這方面發(fā)展。
4.主要品種在技術(shù)水平和科研開發(fā)方面與國外發(fā)達國家有差距。中國CPAM總的發(fā)展水平比國外落后，但不少品種已不是空白。國內(nèi)有不少產(chǎn)品在開發(fā)之中，但均處于小試或中試階段，面臨著從中試邁向批量生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，而這一關(guān)鍵就在應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)。