聚丙烯酰胺生产工艺设计

聚丙烯酰胺（PAM）生产工艺设计

石油工业是国民经济的支柱产业，石油是经济发展的重要保证之一。我国石油资源相对较少，三次采油是我国保障石油供应的重要措施。进行聚丙烯酰生产工艺设计的研究，目的是使我国聚丙烯酰胺生产工艺技术、产品质量、及生产规模均提升到一个较高水平，以满足三次采油对聚丙烯酰胺质和量的要求，避免引进产品带来的风险，保证三次采油技术的顺利实施最终以满足国民经济发展对石油供应的要求，并获得最大经济效益。与此同时，进行聚丙烯酰生产工艺设计的研究，可满足随着三次采油工艺技术的不断提高而对聚丙烯酰胺各项性能不断改进的要求。

PAM最有价值的性能是分子量很高，水溶性强，可以制作出亲水而水不溶性的凝胶，可以引进各种离子基团并调节分子量以得到特定的性能，对许多固体表面和溶解物质有良好的粘附力。由于这些性能，使得PAM被广泛应用于增稠、絮凝、稳定胶体、减阻、粘结，成膜、阻垢、凝胶及生物医学材料等许多方面。PAM的最大用途是在水处理、造纸、采油、冶矿等领域。

此外，聚丙烯酰胺在水处理行业具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。随着环境意识的不断加强，聚丙烯酰胺在城市污水处理方面的应用将会越来越受到重视。聚丙烯酰胺生产工艺技术的研究，也将对城市污水处理工艺技术的提高起到推动作用。

目前PAM生产的工艺路线一般从丙烯腈(AN)为原料开始，经AM装置生产出AM水溶液，再以AM为原料在PAM装置生产出PAM产品。AM生产工艺主要有以骨架铜为主体的重金属类为催化剂的化学法和以生物酶为催化剂的生物法，其技术的关键在于催化剂，依催化剂的不同生产工艺有较大差异。PAM的生产工艺方法较多，依PAM产品性能要求不同及生产过程采用的引发剂不同，生产工艺方法有较大的差异，其中引发剂是技术关键，属各公司的技术秘密。对PAM生产工艺技术的研究主要体现在引发体系和与PAM生产相关的专用设备上。

在AM制备方面，国外化学催化水合法已属成熟技术，生物催化水合法在日本已取得成功，并有大规模的工业应用。国内化学法则长期来无大的技术突破，引起关注的是用微生物法生产AM水溶液的研究取得了成功。该研究利用生物发酵方法培养出含腈水合酶的菌体，再将其菌体用海藻酸钠包埋作为催化剂使AN与水生成AM。据报道其产酶细胞最高活性达2924u/ml，平均酶活为2556u/ml, AN转化率为99.9%，其主要生产技术属国内领先且达到国际先进水平。

在国内微生物法AM技术研究取得成功后，利用其技术相继建设了四套规模在1000-2000t/a的中试装置，中试过程对其工艺技术进行了进一步研究完善。这些研究中包括与AM聚合工艺相配合的对AM纯度、杂质含量等进

行纯化的研究。

1 工艺流程

2 x 104t/a聚丙烯酰胺工业化开发研究包括微生物法AM装置和PAM装置两个主要工艺装置。AM装置工艺过程主要包括AN原料制备，空气净化、生物发酵、催化反应和AM精制5个工序；PAM装置主要有AM配液、AM 聚合、PAM造粒、PAM干燥、研磨、筛分、包装等工序。

A、AN原料制备

本工序的目的是脱除原料AN在储运过程中所加的阻聚剂（对苯二酚单甲基醚)。

从储罐中来的AN经加热后进闪蒸罐，在真空状态闪蒸，气相经冷凝、冷却后进AN中间储罐。

b、空气净化

本工序的目的是生产无油、无菌的空气，供细菌培养用风。

压缩空气(0.35MPa )，经冷却分离出部分水分，控制空气露点在20℃以下，再加热后进总过滤器，消除空气中杂菌，送发酵工序。

c、生物发酵

本工序的目的是培养生产含腈水合酶的细菌。

操作的第一步是将培养基送入种子罐、繁殖罐、发酵罐；第二步是用蒸汽对设备及培养液进行严格消毒；第三步是移种、繁殖、发酵，生产出具有较高酶活性的发酵液。

本工序操作为间歇操作。

d、催化反应

本工序的目的是在生物酶催化剂的作用下，完成AN与H2O转化为AM 的反应。

发酵液经固定化细胞技术生产出颗粒状的生物酶催化剂，与水按一定配比进催化反应器，精制后的AN经计量后滴加至催化反应器，控制反应器内溶液中AN浓度在3-4%，同时控制反应器的温度，待AM达到预定浓度，AN浓度≤500mg/l时进AM中间罐。

生物酶催化剂有效活性为三个周期，用三个周期后，催化剂经过滤分离后送去焚烧。

e、AM精制

本工序的目的是分离AM中因原料所带入的轻组份杂质，及培养基、催化剂、设备带入的杂质，包括生物细胞、有机物、金属离子等。

AM水溶液在高真空状态下闪蒸，脱除AN原料带入的轻组份，进超滤膜过滤器过滤，除去生物细胞、有机物等，再经离子交换树脂脱金属离子，得到满足后续聚合工艺要求的AM水溶液产品。

f、AM配液

本工序的目的是将AM、H2O、碱按一定比例配制成预定浓度的混合溶

液，同时控制溶液温度在设定范围。

g、聚合、水解

本工序的目的是在引发剂的作用下，使AM聚合成高分子量的PAM胶体、并在同一聚合釜内进行水解反应，达到所要求的水解度。

AM溶液进聚合釜后，用纯N2( 99. 99%)除去溶液中的O2，然后按预定程序和量加入各种引发剂，进行聚合反应，反应过程不需温度控制。聚合反应完成后在聚合釜夹套内通入热水保温进行水解反应。

h、PAM胶体造粒

本工序的目的是将胶块状PAM切割成3-6mm胶粒。

PAM胶体从聚合釜用空气压入储料箱，再从储料箱压入造粒机。造粒机内的螺杆把胶体从喂料口输送至刀孔，同时借螺杆的压力使胶体从刀孔中挤出形成细条状，再经与刀孔配合的旋转切TJ刀将胶条切成颗粒。

通过造粒机可以得到颗粒尺寸约为3-6mm的胶粒，再以气力输送方式把胶粒输入干燥机。

i、PAM干燥

本工序的目的是将PAM胶体变成固体颗粒状PAM，其含水量从胶体的75%降至固体状PAM的10%.

干燥器分2段，第一段用110-120℃的热空气干燥，干燥至PAM含水约25%，第二段用90-70℃热空气干燥，干燥至PAM含水10%，然后冷却至55℃。干燥分两条生产线，一条线规模6500t/a，采用国内开发产品；另一线规模13500t/a，采用引进设备。

干燥过程所产生的NH3、H2O汽与空气一同排入高空。

j、研磨及包装

本工序的目的是将固体大颗粒状PAM研磨成小颗粒状粉体，经筛分得0.15-1.Omm的颗粒状PAM干粉，并将其包装成袋。

从振动筛出来的产品经负压气力输送到旋风分离器，旋风分离器底部的物料进双层筛分器，经双层筛分器分成三部分，细粉末进料斗入袋；粗颗粒进研磨机重新研磨，再送至旋风分离器;符合要求的颗粒输送至混合料斗内，使不同反应釜的产品混合得到均匀产品，然后通过包装机计量装袋。

2 工程设计要点

2.1AN精制

AN易自聚。在储存运输过程中，为防AN自聚，通常采取在AN中加入对苯二酚单甲基醚。对苯二酚单甲基醚带入AM中对生产高分子量PAM 有较大影响。因此，在AN进行水合反应前要将其脱除。由于对苯二酚单甲基醚沸点为165℃，AN沸点为77.3℃，二者沸点差较大，采用闪蒸分离的方法较为有效；由于AN原料中对苯二酚单甲基醚的含量很少，一般在40-50mg/L，所以采取定期从闪蒸釜中清除釜底聚积的重组份物质(主要是对苯二酚单甲基醚)的方法可使工艺流程较为简单;由于AN高温下极易自聚，