探討濃縮系統聚合物的產生及控制

王思原

[摘要]丙烯酰胺裝置分為水合、濃縮、丙烯腈氣提、精制、產品、催化劑、制冷等工序，在實際生產中各項參數的協調控制，都是系統內產生聚合物多少的因素，主要表現在拆洗過濾器和泵的次數增多，并且清洗水排入裝置污水系統會造成污水COD含量的升高。

[關鍵詞]聚合物;溫度;COD;壓力;催化劑

引言

丙烯酰胺產品是一種用途比較廣泛的有機中間體和高分子聚合物的單體，化學式為CH2=CHCONH2，由于在其分子結構中具有不飽和“碳—碳”雙鍵和酰胺基團，因此，它是一種具有高聚合活性的單體，可以均聚或共聚方式而生成各種分子量可控的性能不同的聚合物，我車間生產的生產的丙烯酰胺主要為生產聚丙烯酰胺提供原料，作為油田第三次采油的化學助劑，提高采油的收率。

一、裝置工藝原理簡介

裝置以丙烯腈、水為原料，并在自產銅催化劑作用下水合生產濃度43%～50%之間的丙烯酰胺溶液。反應液經過濃縮系統閃蒸提濃，丙烯酰胺濃度由39%左右提到43%以上，提濃后的丙烯酰胺經過氣提塔除掉多余的丙烯腈，再經過離子交換樹脂塔除掉銅離子，送到產品工段，采樣分析合格后送到干粉裝置。

二、聚合物產生的原因

（一）反應系統產生聚合物的因素

裝置是以丙烯腈、水為原料，在金屬銅催化劑的作用下升溫到90°C～98°C的條件下水合生產丙烯酰胺溶液，反應后高濃度的丙烯酰胺溶液聚合的概率增加，同時產生的副產物也隨之增多。

（二）濃縮系統產生聚合物的因素

從反應器出來的反應液溫度范圍在90°C～97°C，高溫的丙烯酰胺溶液在P-321的出口處，與濃縮液（大約40°C）混合，反應液直接進入P-321出口，與P-321出口的循環液混合，經換熱器E-321加熱，反應液在T-322（閃蒸罐）中，絕對真空度在6KPa～9KPa來蒸發丙烯腈和水，水和丙烯腈被蒸出，從而反應液被濃縮，濃度提高到47%～51%。蒸發后的丙烯酰胺溶液需在T-321中鼓入大量的空氣，以保證丙烯酰胺溶液中溶解氧含量，防止丙烯酰胺聚合。若經閃蒸罐閃蒸后的溶液溫度高，熱量不斷積累在緩沖罐T-321中，也會造成溶液的聚合。

（三）產生聚合物的其他原因

鐵是比較活潑的金屬，在金屬活動順序表里排在氫的前面，鐵的最重要的氧化態是+2和+3，具有很強的還原性，在丙烯酰胺中含胺基的功能性單體與氧化還原引發聚合，另一方面，二價和三價鐵均易與無機或有機配位體形成穩定的配位化合物，因此鐵的存在，也會也丙烯酰胺中碳碳雙鍵結合形成化學性質穩定的絡合物，且本套裝置中沒有出去絡合物的化學原料和化工設備，因此控制副產物的生成，優化產品的質量。

三、影響

第一，反應系統中聚合物的產生。隨著時間的延長，會導致反應器壓力升高，致使裝置工藝參數發生波動，MES平穩率也將會受到影響。第二，濃縮系統中，聚合物不僅存在T-321緩沖罐的丙烯酰胺溶液里，造成P-320、P-322、S-322拆洗頻繁，FC-347流量變換，從而D-322進料量發生變化引起偏流，而且T-322閃蒸罐的內壁和內壁各視鏡處也會產生不同程度的聚合物，為有效防止在此處發生聚合物，必須定期進行器壁沖洗，因此嚴格控制各項參數，是保證聚合物減少的根本原因。第三，丙烯酰胺是有機高聚物，排入廢水中，對廢水COD的影響較大。COD即化學需氧量，在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質多少的一個指標。水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等。但主要的是有機物。因此，化學需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標，因此對裝置聚合物進行嚴格的管理。

四、控制措施

（一）反應系統產生聚合物的處理措施

1.嚴格控制反應壓力在0.15MPa～0.3MPa，溫度在90°C～98°C條件下進行反應，在反應器內催化劑濃度控制在20%，活性在0.45～0.55的范圍內。

2.對反應器氣體放空罐進行嚴格巡檢，及時調節放空罐密封水，保證液位在30%以上，起到氣體放空的作用。

（二）濃縮系統產生聚合物的處理措施

1.控制T-322入口溫度在41°C～42°C之間，且出入口溫差≤2.5°C，絕對真空度在6KPa～9KPa，同時保證T-321鼓入的空氣量。

2.為保證在T-322罐壁得到充分的清洗，且不改變T-321中的產品濃度，經多次觀察總結經驗，T-322沖洗水每隔45分鐘沖洗20秒，能夠達到很好的沖洗效果。

（三）精制系統產生聚合物的處理措施

1.控制FC-347流量不低于6t/h，溶液進料在D-322內填料上分布均勻保證丙烯酰胺溶液在塔內的平穩流動。

2.嚴格控制D-322塔頂溫度在28°C～33°C，塔底溫度在18°C～22°C，保證后續過程的平穩運行。

3.經多次觀察，我車間定期對精致塔D-324進行解體修補破損的地方，防止因金屬裸漏在外引起發生聚合。

（四）其他產生聚合物的原因及處理措施

鐵存在引發丙烯酰胺溶液聚合的措施：嚴格監控動力來的脫鹽水中鐵離子的含量，避免裝置使用鐵離子含量超標的脫鹽水。

結語

裝置系統內產生的聚合物多，聚合物檢測過濾器拆洗和切換的頻率高，泵的切換次數也會增加，切換時流量的波動不僅影響操作平穩率，而且在拆洗時相對增多的沖洗水排入廢水，會使污水池中的COD增加，造成環境的污染，流量波動更會造成在塔產生不均勻流動引發丙烯酰胺聚合，針對產生聚合物的各種途徑，我車間在多年的摸索和探討中獲取一些經驗，已經能夠根據不同負荷條件下將聚合物控制在最低限度。

參考文獻：

[1]滕山，楊秀進等《.丙烯酰胺操作規程》[M].大慶繪本出版社，2006.

[2]潘祖仁主編.《高分子化學》[M].北京：化學工業出版社，2005.