聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究

辽 宁 石 油 化 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）Graduation Project (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目 聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究TITLE Study on Influencing Factors of Stability of Polyacrylamide Solution学 院 化学化工与环境学部School LIAONING SHIHUA UNIVERSITY专 业 班 级 化工 1309 班Major 在三次采油中加入聚丙烯酰胺 , 可明显增加驱油能力, 避免击穿油层, 提高油床的开采收率 ; 聚丙烯酰胺还可用作压裂液添加剂 , 可以增加粘度, 提高悬砂能力, 降低过滤的损失、减少模阻; 此外，还可用作水油比例控制剂、缓速剂和暂堵剂等。在水的处理方面, 聚丙烯酰胺作为絮凝剂, 广泛应用于城市污水、生活污水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业悬浮液的固液分离。在采矿、洗煤方面, 采用聚丙烯酰胺作絮凝剂, 可促进固体沉降,使水澄清, 同时，可回收大量有用的固体颗粒, 避免对环境造成污染。用作印染助剂时, 可使产品附着牢度大, 鲜艳度高。在纺织工业方面, 聚丙烯酰胺作为织物后处理的上色剂和整理剂, 可以生成柔顺、防皱及耐霉菌的保护层; 利用它的强吸湿性的特点, 能降低纺细纱生产过程中的断线率。在造纸工业方面,聚丙烯酰胺用作分散剂, 可以改善纸页的均匀度;而且还用作增强剂, 能有效提高纸张的强度; 用作助留剂、滤水剂、沉降剂, 能提高填料和细小纤维的存留率, 加速脱水速度, 还可沉淀污水、减少污染。在电解冶金方面, 添加聚丙烯酰胺, 可改善金属在阴极沉积的质量, 并增加电流效率；在制糖业方面, 聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉, 促进过滤性能和提高滤液清澈度。在养殖业方面, 聚丙稀酰胺可改善水质, 增加水的透光性能, 从而改善水的光合作用。最后, 聚丙烯酰胺还可以用作隧道、水坝等工程堵水固沙的化学灌浆和水下和地下建筑物的防腐剂, 还可用作土壤改良剂、粘结剂、纤维改性剂、光敏树脂交联剂等。四、国内发展史 我国聚丙烯酰胺产品的开发及应用始于 20 世纪 50 年代末期，1962 年上海天原化工厂建成全国唯一套聚丙烯酰胺的生产装置设备，生产水溶胶产品（水溶胶是以水作为分散介质的溶胶。其中分散的粒子可以是单个大分子，也可以是许多分子的聚集体），然后，吉化公司研究院、中科院广州化学所也成功地研制聚丙烯酰胺并投入生产。1966 年，在兰州白银有色金属公司筹建了国内第一条聚丙烯酰胺的生产线。在聚丙烯酰胺（PAM）的应用研究方面，我国较早用于矿物精选，而后在制糖、造纸、钢铁、水处理等领域的应用逐渐扩大。目前聚丙烯酰胺的主要应用领域为石油开采、水处理、造纸、高吸水树脂、冶金和洗煤等工业技术。其消费结构比例为：油田开采占百分之八十一、水处理占百分之九、造纸占百分之五、矿山占百分之二、其它占百分之三，我国聚丙烯酰胺的生产能力不断增加，相关研究也不断的深入。在这个时期我国生产厂家已经达到六十多家，总生产能力约为十六万吨年，总消费量约为十二万吨年。其中生产能力在五千吨年以上的生产厂家主要有大庆油田有限公司化工总厂聚合物厂、北京恒聚油田化学剂有限公司 (即北京朝 阳水处理剂厂)、广东李坛精细化工厂、山东淄川万松集团公司淄川社阳水处理剂厂 、天津市冰峰有机化工有限公司、山西太原重工 (集团)祁县聚合物有限责任公司以及河北冀油田化学厂等；生产能力在 2000-2000 吨年的生产厂家主要有抚顺双庆化工有限责任公司、辽宁大连力佳化学制品公司、四川篷溪县顺达利聚合物有限公司、山东胜利油田钻井泥浆助剂厂、山东胜利油田聚合物有限公司、江苏武进精细化工厂、广东杏坛精细化工厂等 ，其它企业的生产能力均在 2000 吨年以下 。产品主要包括非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、亚胺基聚丙烯酰胺、磺甲基聚丙烯酰胺、胺基聚丙烯酰胺 、羟甲基聚丙酰胺以及水解聚丙烯酰胺盐等。在 1995 年，大庆油田有限公司化工总厂聚合物厂从法国 SNF 公司引进的 5 万吨年聚丙烯酰胺生产装置，当时是我国最大的聚丙烯酰胺生产装置 ，在2000 年，我国聚丙烯酰胺产量达到 5.2 万吨，产品分子量达 1500 万，进口量总量高达为2 万公吨左右。2005 年我国对聚丙烯酰胺的总需求量已达到 142 kt，其中石油开采仍是聚丙烯酰胺占主要的消费领域，占总消费量的百分之七十，其它饭方面消费比例也有所增加。目前已能生产非离子、阳离子型 PAM，并按胶体、干粉、胶乳等剂型以及分子量和离子度的不同分为许多牌号的产品。我国 PAM 产品和国外产品的主要差距是在生产品种上，国外阳离子产品占高分子合成絮凝剂总量的半数以上，而我国仅为 6，且产品分子量较低。到目前为止，我国的生产厂家有 100 多家，目前我国的聚丙烯酰胺的生产厂主要生产阴离子型聚丙烯酰胺干粉，阳离子聚丙烯酰胺生产厂生产规模小，它们绝大多数生产能力都在100 ta 以下。主要的生产厂家有北京希涛技术开发有限公司、华东理工大学、无锡新宇、中石化北京化工研究院、广州聚丙烯酰胺工程技术中心、淄博永胜化工厂、天津有机化工厂、苏州安利化工厂、石油勘探开发科学研究院等。这些生产单位所采用的阳离子单体也主要依靠进口。国内对于阳离子聚丙烯酰胺的各种合成方法进行了广泛的研究，但是由于工业化开发技术水平还处于初步阶段。随着社会的发展国家对污水治理力度的加强，污水处理及污泥脱水用阳离子聚丙烯酰胺会有越来越大的市场。目前我国聚丙烯酰胺产品在种类和品质上还不能完全满足客户的需求，大庆油田化学助剂厂主要以满足石油开采所需的化学助剂趋油的应用为主，其它规模技术相对落后的厂家仅能满足水处理等一般用途。五、国外发展史目前，世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为 450kta，产量约 400kta，美国、日本、欧洲是聚丙烯酰胺的主要生产和消费地，其生产能力约占世总生产能力的 85。国外聚丙烯酰胺（PAM）的生产厂家主要有美国的是道化学公司、联合胶体公司、氰胺公司、拉尔科公司，日本的是日东化学公司、三井东亚公司、三井氢胺公司、三菱化学公司、三洋化成公司、Arakawa 公司、Harimo 公司，英国的是汽巴特种化学品公司，法国的是 SNF 圣泰公司，德国的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英国联合胶体公司等。20 世纪 90 年代后期，美国、西欧、日本的聚丙烯酰胺消费量分别为 12.0 万吨、8.6 万吨、6.3 万吨。到 2005 年，这三大市场的消费量将分别增长到 19 万吨、13 万吨、8 万吨；加上亚洲市场(日本除外)及其他地区 2005 年 20 万吨左右的需求量，在 2005 年的时候全球聚丙烯酰胺总需求量在 60 万吨左右。主要驱动因素：环保；水资源利用；石油开采。六、未来发展 PAM 是典型的精细化工产品。 目前我国聚丙烯酰胺（PAM）的生产与国外先进水平相比依然还存在很大差别，尤其在专用性产品和各类稠基团共聚改性衍生物的品种中，数量和性能也存在着有较大差距。此外，生产技术落后，总体生产规模小，单机生产能力低、产量低、品种少、质量差。国外先进生产厂家有乳液、悬浮液、粉末状等多种形式的产品，分子量超过 1900 万，性能优越。然而，我国的工业产品主要是粉剂和胶体，产品分子量较低，一般在 500 万到 800 万之间，分子量分布范围较宽，抗矿化度及耐剪切能力低，技术落后。为了使我国聚丙烯酰胺（PAM）系列产品赶上和超过世界先进水平，还需大大改进现有生产工艺，采用先进的生化法聚丙烯酰胺生产技术，这既是精细化工的突破，又是生物化工的重要突破。只有这样才能提高我国 PAM 的生产水平，除了继续扩大聚丙烯酰胺（PAM）在石油开采、水处理及造纸等工业上的应用外，还要大力开发 PAM 在制糖、感光材料、吸水性树脂、电镀、食品、矿冶等领域中的应用，以满足各个领域的需要。在 2009 年，尽管全球聚丙烯酰胺市场受金融危机的影响呈现衰退迹象，但 2011 年今后将逐渐回暖，到 2015 年，市场规模将达到 25.1 亿美元。市场发展的主要动力来自于下游行业（机械制造、食品加工、木材加工）的复苏、行业环保政策要求与产品相关的技术服务带来的良好的收益以及新兴市场的快速成长等。 在石油开采工业中，聚丙烯酰胺被用于钻井凝聚剂使用，也被用于三次采油。因为目前原油开采成本不断增加，当达到一定的水平时，公司必须采取三次采油工艺来平衡价格。钻井和勘探活动的复苏也会促进聚丙烯酰胺消费增长。在钻采过程中，300 万-600 万低分子量的聚丙烯酰胺可用作絮凝包被剂来使用。 聚丙烯酰胺在采矿工业中的应用也十分广泛，不但可以用来分离矿物和矿石，还可以作为絮凝剂应用于废水处理，以及密封采矿管道等。由于复杂的定价结构，从目前来看，中国和美国采矿业正在复苏，采矿活动日益活跃，南美钴、煤、铜、黄金、钻石和铁矿砂的市场需求也在不断上升，这将推动全球聚丙烯酰胺市场的增长。 对造纸行业而言，聚丙烯酰胺（PAM）主要用作纸浆纤维和添加剂的黏结剂，或者是用于废水处理。和成熟的欧洲和北美市场比起来，中国、南美、印度和其他亚太地区市场的增长势头令人看好。但是，在造纸生产增速放缓是由于经济发展趋于平缓和欧洲债务危机的影响，从而阻碍了聚丙烯酰胺市场的发展。另外，造纸行业本身的技术含量不高，市场需求也较为稳定，这也就决定了用于该行业的聚丙烯酰胺所能创造有限的利润空间。 最后，聚丙烯酰胺在市政污水处理和工业废水处理领域也扮演一个不可或缺的角色。日益严格的法律法规也促进了水处理工业的发展，市政污水处理领域不仅未受到金融危机的影响，反而表现出良好的增长势头。包括摩洛哥、突尼斯、阿尔及利亚和埃及等国家在内的北非地区出现了非常大市场，而其他一些国家，例如沙特阿拉伯和卡塔尔，也正在加大对水处理的私有化投资。此外，在工业废水处理方面，煤炭开采和热电站建设提供了巨大的业务发展空间，在和人民最贴近的生活方面，中水回用技术的日益关注也是一个市场推动因素。八聚丙烯酰溶液稳定性的相关研究简述1.疏水缔合聚丙烯酞胺溶液的稳定性研究，这是主要研究的是在高温下用胜利油田采出液模拟水配制的疏水缔合聚丙烯酞胺溶液的稳定性及适宜它的稳定剂，它具有优良耐温耐盐性能的疏水缔合水溶性聚合物就是其中的一种。疏水缔合水溶性聚合物分子在水溶液中由于静电、氢键或范德华力作用而在分子间产生具有一定强度但又具有可逆反应的物理缔合，形成巨大的三维网状结构，增大了流体力学体积，具有较好的黏性，在高温作用下，聚合物溶液会因为氧化作用、热破坏等原因使粘度降低，从而失去原本的使用价值。2.部分水解聚丙烯酞胺溶液稳定性的影响因素，目前，部分水解聚丙烯酞胺被广泛应用于油田三次采油中，利用 HPAM 作为聚合物驱对提高石油采收率的效果十分明显，已成为是中后期油田生产中至关重要的一个环节。然而，HPAM 溶液在储存、使用(注人地层到采出)以及采出液的处理过程中，聚丙烯酞胺会发生缓慢降解过程，聚丙烯酞胺本身安全无毒，但是由于在降解过程中释放出的丙烯酞胺单体，丙烯酰胺是具有都行的，会对当地环境造成潜在的危害。而且丙烯酸胺具有神经性和遗传生殖性毒性。3.碱/聚合物复合驱溶液中聚丙烯酞胺的稳定性，聚合物降解反应主要有物理的(热、光、剪切等)和化学的(水解、氧化、微生物酶解等)两个方面，HPAM 在高温聚合物驱中应用的关键问题是化学稳定性，它在高温下发生两种降解，即酞胺基的水解和大分子链的降解，其中最普遍的是水解，在碱/聚合物复合驱油体系中，水解现象尤为突出.酞胺基的水解主要依赖于体系的 pH 值、温度、聚合物的原始链结构三个因素，水解的结果是增大聚电解质效应，使聚合物分子链更加舒展，粘度增加，但此时主链上与酞胺基和梭基相连接的叔碳原子上的氢原子更加暴露出来，更易发生氧化降解反应，导致粘度迅速下降.大分子链的降解与试样的纯度、合成方法、矿化水中离子的性质、氧含量、温度及剪切条件等有关。为了达到稳定聚丙烯酞胺水溶液粘度的目的，可在碱/聚合物溶液中添加稳定剂，以保持聚合物的长期稳定性。9 聚丙烯酰胺研究对环保的影响 首先，我们简单地做一个算数问题，按平均来看，一个人一天的用水量 5kg,那么一天我国一天的污水量是 65 亿 kg，可想而知，随着我国的城市化和工业方面取得高速发展的同时, 环境污染也变得越来越严重以及恶化, 目前, 国内城市污水处理量非常大, 尤其是对絮凝剂的需求量变得非常大。虽然研究人员在聚丙烯酰胺的应用方面取得了很大的进展，特别是对聚丙烯酰胺作为絮凝剂的合成、性能及应用关系的研究和促进产品工业化方面, 还需要进一步提高和学习研究。水处理行业约占中国聚丙烯酰胺（PAM）总消费量的 11%, 从这个比例可以看出，发展前景相当大。与发达国家相比之下，我国城市污水处理率、工业水的重复利用率和工业废水处理率相当低。因此，随着中国整体工业生产能力和技术水平的提高, 聚丙烯酰胺（PAM）的应用领域将会日益扩大，用量也会逐步增加，聚丙烯酰胺（PAM ）在各领域的