聚丙烯酰胺装置概况

聚丙烯酰胺装置概况
装置简介：
聚合物扩能工程5.2万吨/年聚丙烯酰胺装置选建在大庆炼化公司已建5.2万吨/年聚丙烯酰胺装置东北侧的预留地内，由大庆油田设计院设计，占地面积12402m2，共设8条生产线，工程公称建设规模为5.2×104t/a,每条生产线的生产能力为6500 t/a。

正常生产时，每年可生产高分子量高抗盐聚丙烯酰胺产品量为5.76×104t（含水10％），折干基为5.2×104t。

共有静设备358台，动设备370台，其他设备160台。

产品类型为超高分子量抗盐阴离子聚丙烯酰胺，外观为白色颗粒，主要用于油田三次采油驱油助剂，提高油田采收率，同时可提高油田含油污水利用率，降低开发成本，具有较好的市场前景。

装置采用CENTUM CS3000集散型控制系统，是日本横河公司最新推出的新一代开放型、网络型集散控制系统，代表着当今DCS发展的趋势。

控制方案由装置技术人员自行提出和设计，运用到生产实际，可达到控制精度要求，整套装置运行平稳，实现了生产过程的自动控制，提高生产过程的自动化水平。

工艺原理:
本装置采用均聚后水解工艺是由大庆炼化公司科研中心自主开发，共分溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等7个主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成胶，经造粒后加入粒碱进行后水解的核心工艺，螺杆式预研磨机对胶体进行预切割更利于胶体的造粒，振动式流化床干燥器对产品进行两段干燥，可进一步提高产品的质量。

而先造粒后干燥的工艺顺序，使粉尘的溢出降至最低限度，主要操作和工艺控制均由DCS系统自动完成，不但降低了工人的劳动强度，而且产品质量指标控制严格，分子量可调范围较大。

聚合工序和水解工序均发生化学反应，其它工序属物理加工过程。

1）聚合过程基本原理
本工艺采用丙烯酰胺单体水溶液均聚聚合方法。

丙烯酰胺单体溶液在催化剂的作用下，发生自由基聚合。

在这种特定过程中，聚合反应分为链引发、链增长、链终止三个基元反应，同时伴有链转移反应。

（1）链引发
首先是氧化-还原反应体系催化剂释放自由基，诱发聚合反应。

随着氧化还原反应放热，反应逐渐升温，当反应液温度达到40-50℃时，其中的偶氮类催化剂在热活化作用下分解释放自由基继续引发反应，以偶氮二异丁腈分解为例，方程式如下：
CH3CH3△CH3
CH3 C N=N C C H32H3C C·+ N2
NC CN CN
由于引发剂的种类繁多，在不确定具体物质情况下用I 2R·表示初级自由基形成过程。

初级自由基与单体加成，生成单体自由基。

R·+ CH2=CH RCH2CH·
2 2
（2）链增长
链引发产生的单体自由基不断和单体分子结合生成链自由基，如此反应反复的过程称为链增长反应。

单体自由基形成后，继续与其他单体加聚，就进入链增长过程。

nCH2CHCONH2
RCH2-CH·＋CH2=CH RCH2-CH-CH2-CH·RCH2CH ( CH2CH ) CH2CH O=C-NH2 2 2 2 O=C-NH2 O=C-NH2 2
（3）链终止
链自由基失去活性形成稳定聚合物分子的反应称为链终止反应。

（4）链转移
所谓的链转移，既一个增长着的链自由基从其他分子上夺取一个原子，而终止称为稳定的大分子。

2)水解过程基本原理
在聚合后的胶粒上加水解剂，并捏合反应以制备部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺。

水解反应方程式：
( CH2CH ) n + mNaOH (CHCH2 ) m (CHCH2 ) n- m+mNH3
CONH2 COONa CONH2
与均聚中后水解工艺相比，该工艺具备如下优点：
①该产品在聚丙烯酰胺大分子上引入功能基团，这种功能基团能抑制钙、镁等阳离子对粘度的降低，从而降低了粘度损失，起到抗盐作用。

②该产品采用后水解工艺，使大分子链在产品中的比重加大，使产品质量大幅度提高，其分子量可达2500万以上，粘度分别可达60mPa.s（大庆清水913mg/l）和40 mPa.s（4倍大庆清水）以上。

工艺工序说明
1、溶解工序
装置所用的溶解系统包括10台溶解罐及其配套的10台输料泵，其中每四条线共用一个备用倒料罐。

主要原料是丙烯酰胺（AM）和脱盐水（DMW）丙烯酰胺供料系统是从扩能丙烯酰胺装置管线接到装置，装置有脱盐水储罐，专供溶解使用。

脱盐水和溶解罐均有相配套的搅拌设备和降温系统。

每罐反应液的配制量为24吨，可供两个聚合釜反应使用。

具体步骤为：将50%丙烯酰胺水溶液和脱盐水按配方所计算的原料量转入溶解罐内。

待原料转入完毕后，罐体循环系统以及搅拌系统自动开启，使原料充分均匀混合。

采用聚合物厂扩能聚丙烯酰胺装置制冷站供应的冷冻盐水系统对溶解罐进行降温，使反应液温度降到规定温度值。

2、聚合反应工序
在此工段中，主要进行聚合反应，先得到非离子聚丙烯酰胺中间产品。

聚合工段分为8条生产线，每条线设有4台13.2m3聚合釜，共32台，每条生产线的工艺流程为：
来自AM单体配置罐V-KX10.00的AM单体制备液经AM单体输料泵P-KX10.20打入聚合釜，打开氮气进气阀通氮40分钟（根据工艺调节）左右后，将复合引发体系中的各种引发剂按配方量加入反应釜中，引发聚合反应，继续吹氮30分钟左右，关闭氮气阀，进行聚合反应4～5小时，得到聚合物胶体。

聚合完成后，打开放料阀并同时打开压缩空气进气阀，
用0.2～0.3 MPa的压缩空气进行压料，约30分钟出料完成。

3、胶体预研磨及造粒工序
将反应釜中反应完的胶体用压缩风加压方式卸入预研磨器中。

在预研磨器中用旋转螺杆将约12吨的胶体碾切成比较小的胶块，由供料螺杆输送到造粒机G-KX30.10中进行造粒，同时计量螺杆的转速控制造粒机进料速度。

造粒机工作同时要开启SPAN—EXXSOL系统，喷入研磨油分散剂，防止胶粒粘连，减小造粒机的负荷。

水解进料前应做好准备工作：预研磨料仓内有足够料位；流程的切换、确认；水解机已经准备就绪。

将从造粒机G-KX30.10中出来的胶粒由输料风机F-KX30.20输送到水解机中。

水解进料量由水解机底部的电子秤计量。

水解机进料时，应观测水解机电流，视水解机实际负荷决定水解进料量。

4、水解工序
水解机夹套加热系统始终保持投用，保温介质为脱盐水，由装置热水系统提供。

水解进料条件满足后，打开排氨阀，进行进料操作，待水解机中的物料收完之后，按配方比例加入定量的粒碱（NaOH）后，关闭排氨阀，物料在水解机中进行水解反应，水解时间要求不低于155分钟。

水解完成后，打开水解机下料阀，卸料进入缓冲料箱中，经造粒机再次造粒，然后由输送风机F—KX70.20输送到干燥器内进行胶粒烘干。

5、干燥工序
水解后的物料进入干燥器后，进行干燥，在此过程中聚丙烯酰胺由胶体变成粉剂，水含量由75%降到10%左右，干燥器每小时约蒸发出约2603kg的水，在不同的操作条件下，干燥器的输出能力随原料质量及最终产品温度变化而增减，所得产品含水约10%左右。

开启风机F—KX70.20，将缓冲料箱的胶体从造粒机G—KX70.10输入干燥器D—KX40.00中。

振动流化床干燥器采用热空气干燥，分为三段，一、二段为加热段，每段干燥面积9m2 ,一段干燥物料含水由70％降到30％，入口物料流量为3230kg/h～3550 kg/h；二段干燥物料含水由30％降到10％；三段为冷吹段。

经过过滤器FT-KX40.80A/B过滤后的较为纯净空气，先经预热器进行预热，预热器热介质为70-85℃余热水，空气经过预热后，由空气入口风机F-KX40.50A/B和空气加热器（加热介质为导热油）分别加热至一定温度后，进入干燥器流化床的第一段的干燥区和第二段干燥区。

空气加热后的温度可由空气加热器导热油管线上的调节阀调节导热油的量来实现。

进入第一段干燥器区的热空气温度为125℃～150℃，进入第二段干燥区的热空气温度为100℃～130℃。

由于经二段干燥后物料的温度较高，采用三段冷吹风机降低出料温度。

干燥后的产品通过干燥器出口的回转振动筛将未干燥好的块状物料除去，干燥好的产品进入筛分、研磨、包装系统。

干燥器粉尘返料风机F—KX40.40A/B启动后，旋风分离器V—KX40.10A/B/C/D开始工作，把被高速气流从流化态表面夹带出的产品细颗粒分离出来，由输料风机F—KX40.40A/B重新加入干燥器中，同时也使干燥器内保持微负压状态，防止氨气扩散到厂房内，分离后的废气由干燥器排风风机F-KX40.30送入60m高的烟囱ST—KX970.70排至大气中。

本工段加热介质采用余热水和导热油，预热段采用余热水（70-85℃）加热，加热段用导热油（235～245℃）。

热水总流量为约为400m3/h,每条线的流量约为50 m3/h。

6、研磨与筛分工序
该工序主要是把干燥器出来的物料研磨粉碎，达到要求粒度，再经过筛分分离后，储存到混合料斗中。

从干燥器出口振动筛Z—KX40.60出来的产品，经F—KX50.70风机输送至旋风分离器V—KX50.10中，旋风分离器底部产品经旋转阀RV—KX50.00进入双层筛Z—KX50.30，旋
风分离器气流中的粉尘被袋式过滤器FT—KX50.60收集在料斗H—KX50.60中。

双层筛Z—KX50.30，把物料分成三部分：上层大颗粒产品被双层筛筛分出来进入下面的研磨机料斗H—KX50.40，经过研磨机G—KX50.40研磨粉碎，然后由旋风分离器V—KX50.10经旋转阀RV—KX50.00输送到双层筛Z—KX50.30重新进行筛分。

中层为颗粒径在0.212～1mm的产品，由风机输送物料经成品缓冲料斗H—KX50.35后进入两个混合料斗H—KX60.00A/B中，由立式螺杆搅拌后得到混合均匀的合格产品；下层为细粉，被输送到细粉料斗H—KX50.60中，然后被F－KX60.40风机输送到缓冲料仓上方的旋风分离器V—KX60.80中，经过旋转阀下落到输料螺杆中，在上方喷入雾化的脱盐水混合成大颗粒，下落入缓冲料仓内与水解料进行均匀混合，输入进干燥器进行干燥。

7、包装
成品料由风机F—KX50.90经H—KX50.35输送到混合料斗H—KX60.00A/B。

在混合料斗中装有立式提升螺杆，由电子秤系统控制卸料并输送到带式混合器H—KX60.10中，同时称量物料重量，足够750kg后停止输送物料，然后经过包装机Z—KX60.50包装到已经挂好的包装袋中，做好标识，扎紧袋口后送到成品库房。

工艺原则性流程图如下页：
扩能5.2万吨/年聚丙烯酰胺装置操作规程
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