聚丙烯酰胺絮凝剂

1、聚丙烯酰胺絮凝剂 聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝 性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型 四种类型。 聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学 材料等方面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在 造纸过程中作助留剂，补强剂。 目录 1产品简介 2聚合方法 3石油工业上应用 4作用原理 5聚丙烯酰胺在钻井中的作用 6技术流程 7使用原则 1产品简介 具有良好的絮凝性, 聚丙烯酰胺絮凝剂为水溶性高分子聚合物， 不溶于大多数有机溶剂, 可以 降低液体之间的磨

2、擦阻力， 按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种 类型。 聚丙烯酰胺絮凝剂广泛应用于增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方 面。水处理中作助凝剂、絮凝剂、污泥脱水剂。石油钻采中作降水剂，驱油剂。在造纸过程 中作助留剂，补强剂。 聚丙烯酰胺絮凝剂溶解时，应注意将产品均匀的慢慢地加入带搅拌和加热措施的溶解器 中，应避免结固，溶液在适宜温度下配制，并应避免长时间过剧的机械剪切建议搅拌器60 200 转/min,否则会导致聚合物降解，影响使用效果. 聚丙烯酰胺絮凝剂在废水处理中的絮凝作用是由于它的两个特点：长链（线）状的分子 结构和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基团。聚丙烯酰胺

3、是直链状聚合物，因每个分子是由 十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长。它如果完全伸直，其长度要比一般的分子（如 蔗糖）或离子（如ca2+）长数万倍以上。由于它的分子长而细，会弯曲或卷曲成不规则的曲线 形状。这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团：酰胺基conh2及羧基coo 一。酰胺基 是非离子性基团，但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。由于聚丙 烯酰胺分子长而细并有许多化学活性基团，它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮 凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很稳固，内部有很多 空间和很多微细的网络，包藏着大量液体，因而絮凝物的比重颇接近它所

4、存在的液体本身。 絮凝物中还网络了各种各样的微粒，这就将各种不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合 在一起。因此，良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去，使溶液显得特别清 亮透明和有光泽。由于絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快。聚丙烯酰胺絮凝剂与 废水中胶体的絮凝作用是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。根据上述机理可知， 分子量较高、分子较长的聚丙烯酰胺，能吸附较多的微粒，形成网络的能力较强，故絮凝效 能较好。同理，聚丙烯酰胺分子中羧基的比例适当也很重要，因废水中的胶体多数带负电， 聚丙烯酰胺需要有适量的羧基通过钙离子架桥与它作用。但如果羧基含量太多， 聚丙烯酰胺 分子本

5、身负电过强，本身分子之间的相斥力过大，也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺（PAM）的 种类分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子型，在废水处理中，聚丙烯酰胺絮凝剂用来提 高水处理过程中沉降、澄清、过滤、离心等工艺的效率。 新型PAM工艺： 聚丙烯酰胺采用光聚绝热聚合后水解工艺，具有独特的创新性.水溶性好，絮凝效果好， 规格齐全，聚丙烯酰胺年产量逾千吨，满足广大客户需求。聚丙烯酰胺简称PAM，分为： 阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性离子聚丙烯酰胺，主要用城市、工业污水处理、 油田、造纸业、金属矿业、洗煤、纺织印染、皮革厂等行业，净水产品，投加量少，效果显 著，价格合理，快速达到污水处理效果。 2

6、聚合方法 聚丙烯酰胺4絮凝剂常用的聚合方法有本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合四种。 若是自由基聚合，则可选用其中的一种方法即可。离子型或配位聚合的话，一般采用溶液聚 合，例如乙烯、丙烯采用钛催化剂聚合。缩聚反应一般在本体或溶液中进行，分别称为本体 (熔融)缩聚和溶液缩聚，在两相晃面上的缩聚称为界面缩聚。在聚合温度和压力下为气态或 固态的单体也能聚合，分别称为气相聚合和固相聚合。 3石油工业上应用 一、聚丙烯酰胺絮凝剂在三次采油中的应用 聚丙烯酰胺絮凝剂的增稠、絮凝和对流体的流变性调节的作用所具备的性能使得它在石 油开采中充 当了重要的角色。它广泛地被用于钻井、堵水、酸化水、压裂、洗井、完

7、井、 减阻、防垢和 驱油等方面。总的来说，使用聚丙烯酰胺絮凝剂是为了提高石油的开采率(E OR)。特别是许多油田已进入二次、三次开采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏 深度达7000m，地层的非 均质性以及海上油田给采油作业提出了更加苛刻的条件，深层采 油和海上采油相应地也给PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高温(100C以上直至2 00 C )，耐钙离子、镁离子，耐海水降解。 自20世纪80年代以来，国外对适用于采油的PAM的基础研究和制备、应用研究以及 品种开发各方面均取得了很大进展。 美国菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co.)专家阿罕默德 M . A

8、.和彼得H. D,对 PAM在高温高盐矿化水中的研究结果表明： (1)在矿化度很低(20 X10-6)时，无论浓度、水解度及 相对分子质量 大小如何，PAM水 溶液的浊点均在204 C以上；二价阳离子浓度稍有增加，浊点即大大降低，水解度越高， 浊点降低越明显； (3) 在等摩尔水平上比较，钙离子降低浊点的作用大于镁离子，Sr离子和Ba离子； (4) 二价阳离子浓度大于等于100 X10娟时，水解度是决定聚丙烯酰胺絮凝剂溶液浊点的 关键参数； (5) 相对分子质量和浓度也影响溶液浊点，但相对于水解度而言是次要因素； (6) 聚丙烯酰胺絮凝剂水解后溶液浊点降低，水解是一平衡过程，水解平衡值随温度而

9、 不同； （7）在温度小于75 C时，聚丙烯酰胺絮凝剂在任何矿化度的水溶液中均稳定，超过75 C 后，随温度 升高，沉淀物形成加快，降低水的矿化度可延长稳定时间，但要求的矿化度往 往低于油田水 实际矿化度。 二、用作堵水调整剂 在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是 改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率 的目的。聚丙烯酰胺絮凝剂类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透 性降低最高可超过10%而对水的渗透性减少可超过90%选择性堵水这一特点是其他堵 水剂所没有 的，通常按地层类型选择合适的聚丙烯酰胺相对

10、分子质量。均质性好、平均渗 透率高的油 层，可选用中相对分子质量 （500。700） X10o ）的聚丙烯酰胺絮凝剂；基岩渗 透率低的裂缝性油层或渗透率变化大的油层，可选用高相对分子质量（1000 X10o以上）的聚 丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用时可不交联使用，但可与铝盐、铬盐、锆盐等交联生成凝胶使 用，还可添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性。该方法已在国内碳 酸盐底水油藏高含水油田堵水中应用，取得明显效果。采用聚丙烯酰胺还可调整地层内吸水 剖面及封堵大孔道，实践中已取得良好效果。 我国各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝剂方面都做了大量试验。油田用平均相对分子质量为 （300350）

11、 X10 /水解度为10%15%勺聚丙烯酰胺，在油井堵水上获得良好效果。采用水 解度为30%相对分子质量为 400 X10。的聚丙烯酰胺絮凝剂在地质钻探上，起到了维护孔 壁稳定，防止钻孔渗漏的作用。采用水解度为30%勺聚丙烯酰胺絮凝剂作钻井液处理剂，降 低了钻井液的渗透速度，提高了钻孑L速度，缩短了钻井液的搅拌时间，因而减少钻井液搅 拌和台数，提高黏土造浆率达30%50%,。有时，在堵水中需使用部分交联的聚丙烯酰胺。 为了提高堵水出油的选择性，交联度要尽量低些。聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量通常在 （300 500） X10。之间，相对分子质量的选择以孔隙结构的渗透率为依据。渗透率大于1D 的

12、堵层，聚合物相对分子质量以300 X10。左右为宜。渗透率更高时，叮用（500800） X10。 的聚丙烯酰胺。水解度也和堵层岩石的性质有关，灰岩吸附能力强，水解度应高些，约为2 0%30%砂岩吸附能力低，水解度为5%20% 三、用作钻井液调整剂和压裂液添加剂 作为钻井液调整剂， 经常使用部分水解聚丙烯酰胺 （HPAM）,它由聚丙烯酰胺水解而得。 其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用聚丙烯酰胺调制 的钻井液比重低，可减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻井，钻井速 度比常规钻井液高19%比机械钻速高45%左右。此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备 磨

13、损，并能防止发生井漏和坍塌。 压裂工艺是油田开发致密层的重要增产措施。亚甲基聚丙烯酰胺交联而成的压裂液，因 具有高黏度，低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、黏度稳定性好、残渣少、货源广、配制 方便和成本低而被广泛应用。 在压裂和酸化处理中，将聚丙烯酰胺絮凝剂配制成浓度为0. 01%4%勺水溶液，泵入 井下地层，使地层断裂。聚丙烯酰胺絮凝剂水溶液具有增稠携砂、降低压裂液流失的作用。 而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使压力的传递损失下降。 四、油井水泥外加剂 以AMPs与甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的三元共聚物，适用于各种盐水钻井液，起到良 好的高温缓凝作用。美国：Halliburton公司推出的AM

14、PS与丙烯酸的共聚物，AMPS与N , N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水泥外加剂， 可有效地降低水钻井液的高温滤失量。 五、钻井液处理剂 AMPs与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS与丙烯酰胺和 N , N 二甲基丙烯酰胺 的共聚物，AMPS与腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水 钻 井液和海水钻井液中均具有较好的降滤失和抗温、抗盐能力。 黏土分散和其他因素造成的污染往往引起钻井液的黏度增加，此时需要用降黏剂来控制 钻井液的流变性。常见的、用量最大的钻井液降黏剂为铁铬木质素磺酸盐降黏剂(FCLSb A MPs与丙烯酸和甲基丙烯酸

15、的三元共聚物用作钻井液降黏剂取代FCLS,即保留了 FcIJS良好 的抗盐性能和抗温性能，又克服了FCIJS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗 高价金属离子的能力更强。 六、完井液和修井液添加剂 AMPS与丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、盐水的增黏剂，使完井液黏度提 高4倍以上，并且具有良好的热稳定性，克服了传统聚合物在盐水体系中黏度下降的缺点。 六、油田水处理剂 AMPs的均聚物与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水处理的 絮凝剂、污泥脱水剂和防垢阻垢剂，F. Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺 酸钠组成的三元共聚物对硫酸钙垢和磷酸钙垢

16、都有很好的抑制作用，其阻垢率均达到97% 以上。文献资料表明，以 AMPs共聚物作水处理剂具有用量少，效果优于现有聚丙烯酰胺 类水 处理剂的特点。 4作用原理 1 絮凝过程是目前国内外众多 水处理工艺 中应用最广泛、最普遍的单元操作之一， 是废水 处理过程中不可缺少的关键环节。絮凝效果的好坏往往决定了后续流程的运行状况、最终出 水水质和费用，选择何种絮凝剂，对于提高出水水质、降低制水成本有着最为重要的技术经 济价值。 工业废水涉及行业众多， 污水的性质千变万化， 在聚丙烯酰胺的药剂选择方面我们要根 据实际水质和工艺流程综合考量，去做烧杯试验确定。经检测几家化工废水处理污泥脱水， 有用到阳离子度

17、特别高的甚至在 50以上的，也有用到低阳离子聚丙烯酰胺，离子度只有2 0，看来污水的复杂性和工艺的复杂性越来越让人难以用经验来判断选择何种絮凝剂处理该 行业污泥，只能具体问题具体分析 1） 絮凝作用原理：PAM用于絮凝时，与被絮凝物种类表面性质， 特别是动电位，粘度、 浊度及悬浮液的 PH值有关，颗粒表面的动电位，是颗粒阻聚的原因加入表面电荷相反的P AM，能使动电位降低而凝聚。 2）吸附架桥：PAM分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，使 颗粒形成聚集体而沉降。 3）表面吸附：PAM分子上的极性基团颗粒的各种吸附。 4）增强作用：PAM分子链与分散相通过种种机械、物理、化学

18、等作用，将分散相牵连 在一起，形成网状。 5聚丙烯酰胺在钻井中的作用 2 聚丙烯酰胺PAM作为一种多功能添加剂在油田钻井工艺中用于泥浆的增调剂、稳定 剂和沉降絮凝制以改进泥浆的流变性；能改进悬浮颗粒的大小， 提高悬浮力，加速原油的过 滤、分离。作为土壤结构成型剂，使井壁表面抗冲击性能提高，钻井通过启层时使不易分散 的液浆获得高效的分离效果。使部分水解均聚丙烯酰胺与甲醛、乙二醛等发生羟甲基化反应 而生成侧链含甲基的产物，在原油生产中可获得满意的效果。 在二次采油时将聚丙烯酰胺PAM注人盐水中，可提高盐水的喷射能力，从多孔的岩石 表面有效地将原油萃取下来。在水油乳液中加人聚丙烯酰胺PAM，可明显地

19、降低乳液的 粘度。加人贮油池内，可降低油池表面的含水量，降低采用成本。在石油开采中，可增加注 人水的粘度，避免击穿油层，提高采油率。在第三次采油中用作增稠剂，增加驱油能力，提 高油床开采效果。在油田领域内，更新的阴、阳离子的聚丙烯酰胺PAM可用于保护注人的 地下水从启孔渗透并凝集回收原油，提高油井生产的经济性，控制水分向油层掺人。此外.P AM还用于压裂液添加剂、润滑剂、降阻剂等。在油田化学中，聚丙烯酰胺PAM是多用途 的添加剂，如钻井液、洗井液、注水采油及提高采收率等都起着重要的作用。利用聚丙烯酰 胺PAM线型大分子结构，在湍流状态下很容易按流动方向取向成长线条状，抑制湍流发展。 PAM可作

20、为降摩剂的理想材料，在原油的长距离管道输送中，加人Omg/L（原油量）PAM 聚丙烯酰胺，就能大大地降低原油输送阻力，从而降低能耗。 6技术流程 沉淀是发生 化学反应 时生成了不溶于反应物所在溶液的物质。从字意上理解就是在重力 作用下沉淀去除。污水中的悬浮物质，可以这是一种物理过程，简便易行，效果良好，是污 水处理的重要技术之一。 根据悬浮物质的性质、浓度及絮聚丙烯酰胺凝性能，沉淀可以分为：自然沉淀，絮凝沉 淀，区域沉淀。域沉淀的悬浮颗泣浓度较高（5000mg/L以上），颗粒的沉降受到周围其它颗 粒影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界 面。二次沉淀池与污泥浓缩池中均有区域沉淀发生。废水中悬浮固体浓度不高。二沉池污泥 斗中的聚丙烯酰胺浓缩过程以及在浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。自由沉淀发生在 水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀