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              郵編:451200

              地址:鞏義市西村工業園區

               
               

              油田用高分子量聚丙烯酰胺的生產工藝進展

                聚丙烯酰胺(PAM)是油田上廣泛應用的高分子線型水溶性聚合物,可用于鉆井、采油、堵水、調剖、酸化、壓裂等方面。作為驅油主劑的PAM其主要功能是提高驅替液的黏度。而PAM相對分子質量越高,其表觀黏度也越高。近年來,為了提高三次采油的原油采收率,高相對分子質量PAM產品的研究與開發,在國內外引起極大的關注。

                PAM及其衍生物都是以丙烯酰胺(AM)為主要單體,通過自由基聚合而制得,主要分為均相水溶液聚合、分散相聚合;而PAM的合成工藝則可分為前加堿均聚共水解和均聚后水解兩種。目前工業上生產高相對分子質量聚丙烯酰胺產品普遍采用均聚后水解工藝,工藝復雜,生產成本高。

                本工藝以前加堿均聚共水解工藝為基礎,生產高相對分子質量的PAM。其反應機理為AM、水、碳酸鈉溶液在聚合釜中聚合,形成PAM膠體。反應的同時,在溫度的作用下,PAM與碳酸鈉發生水解反應。經過聚合和熟化過程而得到的PAM膠體,再進行切割、造粒、干燥等過程,從而得到粉狀陰離子PAM產品。該工藝技術與其他工藝的最主要區別在于,在聚合溶液制備的過程中加入了碳酸鈉,這使得聚合和水解反應同時發生,聚合過程和水解過程在同一反應釜內完成,因而在熟化的過程中,使水解反應更加完全。該生產工藝簡單,生產成本低。為了提高產品的合格等級,提出更為合理優化的生產工藝,必須對反應體系中各個影響因素(如氧化還原劑總含量、鏈轉移劑含量、反應溫度、單體質量濃度等)進行深入的研究,以此確定各個因素對PAM相對分子質量的影響,為工業試驗及應用奠定基礎。

              氧化還原劑及鏈轉移劑含量對PAM 相對分子質量和黏度的影響

                當氧化還原劑總含量,即過硫酸銨和亞硫酸氫鈉(質量比=1:1)總含量為10μg/g時,相對分子質量都在1600萬以上,隨著過硫酸銨和亞硫酸氫鈉總含量及次磷酸鈉含量的增加,相對分子質量和黏度都呈現明顯的下降趨勢。這是因為當氧化還原劑量不足時,無法引發,造成聚合反應量少,相對分子質量低;但當氧化還原劑量繼續增加后,引發劑本身卻充當起了鏈轉移劑的作用,造成聚合物相對分子質量的降低。而對于鏈轉移劑來說,當其含量增大時,盡管不溶物的含量呈現了下降的趨勢,促進了聚合物的溶解性能,但也直接導致了相對分子質量及黏度的下降。

              反應溫度對相對分子質量和黏度的影響

                當反應溫度為19℃時,試樣相對分子質量都在1600萬以上,黏度在45mPa·s以上,隨著反應溫度的升高,反應速率將得到大幅度的提高,但也同時造成了試樣相對分子質量的下降。這是因為隨著反應溫度的升高,鏈引發的增長速度要高于鏈增長的速度,這就導致了自由基濃度的升高,從而引起相對分子質量的下降。

              單體質量濃度對相對分子質量和黏度的影響

                當單體質量濃度為230g/L時,試樣相對分子質量達到了2000萬,黏度達到49.7mPa·s,隨著單體質量濃度的增大,聚合物的相對分子質量和黏度都在減小,實驗結果與理論相反。

                經過分析后認為:Arrhenius公式的理論是有前提的,即是在稀溶液中進行的反應。隨著聚合反應的進行,反應體系的黏度不斷增大,鏈增長速率常數變小,自由基的活性末端被包圍,自由基偶合終止困難,導致分子鏈長較短。另外,聚合反應是放熱反應,AM 聚合后形成的膠體是熱的不良導體,熱量不能夠很快地散發,使體系溫度迅速增加,鏈終止反應速率增大,這也是造成PAM相對分子質量下降的原因之一。


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