CN106496412A - 快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法 - Google Patents

Abstract

快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法，本方法以丙烯酰胺与丙烯酸为原料，加入去离子水混合，再在溶液中加入氢氧化钠，釜温控制在0‑15℃，再加入助剂，混合搅拌后转入聚合釜内；向釜内通入氮气，30分钟后，加入引发剂进行聚合反应，加完后继续通氮气至反应液转稠，密闭聚合釜，聚合反应在pH 6‑9范围内进行，反应时间为4‑10小时，反应液自然升温，转变为胶体状时向聚合釜内通空气加压，将胶体状产物从釜底挤出造粒，将残余引发剂中的氧化剂反应去除剂直接加到胶体颗粒上，然后干燥、粉碎制成成品。本发明能大幅度的提高产品的溶解性能，尤其是在高矿化度水中溶解时，效果更加明显，且生产成本低，无氨气排放对大气污染问题。

Description

快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法

技术领域：

本发明属于阴离子聚丙烯酰胺的制备领域，特别涉及一种具有快速溶解性能的聚丙烯酰胺的共聚合制造方法。

技术背景：

阴离子聚丙烯酰胺在很多领域都得到广泛应用，是水溶性聚合物应用最为广泛的品种之一。它可以作为驱油剂、造纸分散剂、絮凝剂、纸张增强剂、减阻剂等，广泛应用于石油开采、钻井压裂、造纸、污水处理、煤炭等领域。

在以上所有的应用领域中，都要求聚丙烯酰胺有非常好的溶解性能。聚丙烯酰胺的溶解性能除与产品的自身性能相关外，还与使用条件密切相关，一般随着溶解所用水的矿化度的提高溶解速度变慢。目前市售的聚丙烯酰胺产品在一般的使用条件下具有较好的溶解性能，能够达到使用的要求，但在一些特殊要求的行业，如三次采油等领域，由于一方面溶解所用的水具有较高的矿化度，一般都在5000mg/L以上，有的甚至达到30000mg/L，另一方面对溶解有时间限制，一般要求在2小时之内，有些甚至要求在1小时之内，因此对产品的溶解性能提出了更高的要求，而市场上能够达到这一要求的产品也相对较少。

在工业上阴离子聚丙烯酰胺的制备方法主要有三种，分别为前加碱均聚共水解法，均聚后加碱水解法及共聚合法。前加碱均聚共水解法是在聚合前将丙烯酰胺单体和碱(一般为碳酸钠)同时加入聚合体系中，聚合结束后将胶体在聚合釜内加热升温到85℃以上并保温6-15小时进行水解，然后将胶体造粒、干燥、粉碎筛分得到最终产品。均聚后加碱水解法是聚合体系中只含有丙烯酰胺单体和必须的助剂，聚合结束后将胶体造粒然后加碱(一般为氢氧化钠)混合均匀，然后加热水解，水解后干燥、粉碎筛分得到最终产品。共聚合法是在聚合体系中同时加入丙烯酰胺单体和丙烯酸单体，聚合结束后将胶体直接造粒、干燥、粉碎筛分得到最终产品。从以上三种制备方法可以看出，前加碱均聚共水解法和均聚后加碱水解法在生产过程中均加入了强碱，这降低了聚合物的酰亚胺化等交联反应的发生，有利于提高聚合物的溶解性。但前两种制备方法生产成本高，这是由于在聚合过程中存在酸碱中和反应，产生中和水，而这部分水在生产过程中需耗用大量蒸汽进行干燥，从而大幅增加了生产成本，同时均聚生产方法中有氨气排放，对大气造成污染，而共聚合法始终是在中性pH值条件下制备的，这在聚合及干燥过程中增加了产品发生交联等副反应的倾向，降低了产品的溶解性能，尤其是在高矿化度水中溶解时，与前两种方法制备的产品相比区别更加明显。

发明内容：

本发明的目的是提供一种快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法,使用该方法能提高产品的溶解性能。

本发明的技术方案是：快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)、配制引发剂：

称取氧化剂2g-5000g、称取还原剂2g-2000g，分别用10-20kg水溶解，制成作为引发剂的氧化剂溶液和还原剂溶液；

称取偶氮40g-40kg，取10-100kg水或有机溶剂溶解，制成作为引发剂的偶氮溶液；

(2)、配制聚合溶液：

聚合釜内加入5方的去离子水，加入丙烯酰胺与丙烯酸的混合物2000-4000kg，其中，丙烯酰胺占混合物总重量的5-95％，余量为丙烯酸，釜温控制在0-15℃，再在溶液中加入氢氧化钠55-2110kg，进行中和，聚合反应中pH 6-9，加入助剂20-150kg，混合搅拌后转入聚合釜内；

(3)、聚合：

打开氮气开关向聚合釜内通入氮气，聚合釜内温度在0-15℃范围内，充氮量为30-60m³每小时，充氮30分钟后，向聚合釜内加入预先配制的引发剂进行聚合反应，加引发剂顺序为偶氮溶液、氧化剂溶液、还原剂溶液或为氧化剂溶液、还原剂溶液，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，加完后继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，密闭聚合釜，反应液自然升温，经4-10小时，使反应液变成胶体；

(4)、造粒

当反应液自然升温到峰温后，此时反应液已转变为胶体状，向聚合釜内通空气加压，将胶体状产物从釜底挤出同时经釜底的螺杆造粒机造粒，在造粒机出口处通过加装的小型喂料装置，将残余引发剂中的氧化剂反应去除剂直接加到胶体颗粒上，残余引发剂中的氧化剂反应去除剂的加入量为胶体重量的1-5％。

(5)、干燥、粉碎、筛分包装成品：

将造粒后的胶体输送至流化床进行干燥，控制流化床各段的温度为50-80℃，干燥后的颗粒经粉碎筛分后包装成为具有快速溶解性能的阴离子聚丙烯酰胺成品。

所述的助剂是尿素、乙酸盐、苯甲酸盐、甲酰胺其中的一种；

所述的氧化剂是过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢其中的一种；

所述的还原剂是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、七水合硫酸亚铁、六水合硫酸亚铁铵其中的一种；

所述的偶氮选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐其中的一种；

所述的残余引发剂中的氧化剂反应去除剂选自抗坏血酸、季戊四醇亚磷酸酯、抗氧剂168、抗氧剂330其中的一种。

本发明的优点：在本发明中，反应助剂的加入，有效的抑制了在聚合及干燥过程中产品发生交联等副反应的倾向，大幅度的提高了产品的溶解性能，尤其是在高矿化度水中溶解时，效果更加明显。经实验验证，产品在总盐浓度10000mg/L某油田污水中的溶解速度小于1小时。本发明用共聚合制造聚丙烯酰胺方法与传统的前加碱均聚共水解法，均聚后加碱水解法相比，工艺中不产生中和水，节省了耗用大量蒸汽进行干燥的过程，有效降低了聚丙烯酰胺生产成本，同时避免均聚生产方法中氨气排放对大气污染问题。

具体实施方式：

实施例1：

配料釜内加5方去离子水，丙烯酰胺1900kg，丙烯酸100kg，搅拌并降温到10-15℃，加氢氧化钠55kg，补水至10方，调整pH至6.0，加尿素20kg，溶解并降温，所有物质全部溶解且温度降低到5℃后，将反应液转移到聚合釜内，打开氮气开关通氮气，充氮量为30-60m³每小时，充氮30分钟后，向反应釜内加入预先配制好的引发剂，分别为过硫酸铵2g溶解在10kg水里，亚硫酸钠2kg溶解在20kg水里，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，将釜密封，约10小时自然升温到峰温(峰温80-95℃)，使反应液变成胶体，同时从釜上方通空气加压将胶体从釜内挤出，经釜底的螺杆造粒机造粒，在造粒机出口处通过加装的小型喂料装置，将浓度为50％的抗坏血酸水溶液(残余引发剂中的氧化剂反应去除剂)直接加到胶体颗粒上，加入量按每1000kg胶体颗粒加50kg，然后胶体颗粒进入流化床干燥、粉碎筛分包装成成品。经实验验证，产品在总盐浓度10000mg/L某油田污水中的溶解速度小于1h。

实施例2：

配料釜内加5方去离子水，丙烯酰胺200kg，丙烯酸3800kg，搅拌并降温到10-15℃，加氢氧化钠2110kg，补水至10方，调整pH至9.0，加乙酸钠100kg，溶解并降温，所有物质全部溶解且温度降低到0℃后，将反应液转移到聚合釜内，打开氮气开关通氮气，充氮量为30-60m³每小时，充氮30分钟后，向反应釜内加入预先配制好的引发剂，分别为叔丁基过氧化氢2kg溶解在20kg水里，六水合硫酸亚铁铵4g溶解在10kg水里，偶氮二异丁腈40kg溶解在100kg乙醇中，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，将釜密封，约4小时自然升温达到峰温，反应液变成胶体，向釜上方通空气加压将胶体从釜内挤出，同时造粒，造粒机出口处按1000kg胶体加10kg残余引发剂(氧化剂)反应去除剂季戊四醇亚磷酸酯，胶体进入流化床干燥，然后粉碎筛分包装成成品。产品在总盐浓度10000mg/L某油田污水中的溶解速度小于1h。

实施例3：

配料釜内加5方去离子水，丙烯酰胺1500kg，丙烯酸1500kg，搅拌并降温到10-15℃，加氢氧化钠833kg，补水至10方，调整pH至6.5，加苯甲酸钠150kg，溶解并降温，所有物质全部溶解且温度降低到8℃后，将反应液转移到聚合釜内，打开氮气开关通氮气，充氮量为30-60m³每小时，30分钟后，向反应釜内加入预先配制好的引发剂，分别为过硫酸钾1kg溶解在20kg水里，亚硫酸氢钠2g溶解在20kg水里，偶氮二异丁脒盐酸盐40g溶解在10kg水中，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，将釜密封，自然升温约6小时达到峰温，反应液变成胶体，向釜上方通空气加压将胶体从釜内挤出，同时造粒，造粒机出口处按1000kg胶体加30kg残余单体引发剂(氧化剂)反应去除剂抗氧剂168，胶体进入流化床干燥，然后粉碎筛分包装成成品。产品在总盐浓度10000mg/L某油田污水中的溶解速度小于1h。

实施例4：

配料釜内加5方去离子水，丙烯酰胺1875kg，丙烯酸625kg，搅拌并降温到10-15℃，加氢氧化钠347kg，补水至10方，调整pH至8.0，加甲酰胺100kg，溶解并降温，所有物质全部溶解且温度降低到3℃后，将反应液转移到聚合釜内，打开氮气开关通氮气，充氮量为30-60m³每小时，30分钟后，向反应釜内加入预先配制好的引发剂，分别为过氧化氢5kg溶解在20kg水里，七水合硫酸亚铁40g溶解在20kg水里，偶氮二异丁脒盐酸盐1kg溶解在20kg水中，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，将釜密封，自然升温约7小时达到峰温，反应液变成胶体，向釜上方通空气加压将胶体从釜内挤出，同时造粒，造粒机出口处按1000kg胶体加40kg残余引发剂(氧化剂)反应去除剂抗氧剂330，胶体进入流化床干燥，然后粉碎筛分包装成成品。经实验验证，产品在总盐浓度10000mg/L某油田污水中的溶解速度小于1h。

Claims (1)

1.快速溶解型阴离子聚丙烯酰胺的共聚合制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、配制引发剂：称取氧化剂2g-5000g、称取还原剂2g-2000g，分别用10-20kg水溶解，制成作为引发剂的氧化剂溶液和还原剂溶液；称取偶氮40g-40kg，取10-100kg水或有机溶剂溶解，制成作为引发剂的偶氮溶液；

(2)、配制聚合溶液：聚合釜内加入5方的去离子水，加入丙烯酰胺与丙烯酸的混合物2000-4000kg，其中，丙烯酰胺占混合物总重量的5-95％，余量为丙烯酸，釜温控制在0-15℃，再在溶液中加入氢氧化钠55-2110kg，进行中和，聚合反应中pH 6-9，加入助剂20-150kg，混合搅拌后转入聚合釜内；

(3)、聚合：打开氮气开关向聚合釜内通入氮气，聚合釜内温度在0-15℃范围内，充氮量为30-60m³每小时，充氮30分钟后，向聚合釜内加入预先配制的引发剂进行聚合反应，加引发剂顺序为偶氮溶液、氧化剂溶液、还原剂溶液或为氧化剂溶液、还原剂溶液，各引发剂加入的时间间隔为5-10分钟，加完后继续通氮气至反应液转稠，停止通氮气，密闭聚合釜，反应液自然升温，经4-10小时，使反应液变成胶体；

(4)、造粒:当反应液自然升温到峰温后，此时反应液已转变为胶体状，向聚合釜内通空气加压，将胶体状产物从釜底挤出同时经釜底的螺杆造粒机造粒，在造粒机出口处通过加装的小型喂料装置，将残余引发剂中的氧化剂反应去除剂直接加到胶体颗粒上，残余引发剂中的氧化剂反应去除剂的加入量为胶体重量的1-5％；

(5)、干燥、粉碎、筛分包装成品：将造粒后的胶体输送至流化床进行干燥，控制流化床各段的温度为50-80℃，干燥后的颗粒经粉碎筛分后包装成为具有快速溶解性能的阴离子聚丙烯酰胺成品；

所述的助剂是尿素、乙酸盐、苯甲酸盐、甲酰胺其中的一种；

所述的氧化剂是过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢其中的一种；

所述的还原剂是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、七水合硫酸亚铁、六水合硫酸亚铁铵其中的一种；

所述的偶氮选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐其中的一种；

所述的残余引发剂中的氧化剂反应去除剂选自抗坏血酸、季戊四醇亚磷酸酯、抗氧剂168、抗氧剂330其中的一种。