探讨浓缩系统聚合物的产生及控制

王思原

[摘要]丙烯酰胺装置分为水合、浓缩、丙烯腈气提、精制、产品、催化剂、制冷等工序，在实际生产中各项参数的协调控制，都是系统内产生聚合物多少的因素，主要表现在拆洗过滤器和泵的次数增多，并且清洗水排入装置污水系统会造成污水COD含量的升高。

[关键词]聚合物;温度;COD;压力;催化剂

引言

丙烯酰胺产品是一种用途比较广泛的有机中间体和高分子聚合物的单体，化学式为CH2=CHCONH2，由于在其分子结构中具有不饱和“碳—碳”双键和酰胺基团，因此，它是一种具有高聚合活性的单体，可以均聚或共聚方式而生成各种分子量可控的性能不同的聚合物，我车间生产的生产的丙烯酰胺主要为生产聚丙烯酰胺提供原料，作为油田第三次采油的化学助剂，提高采油的收率。

一、装置工艺原理简介

装置以丙烯腈、水为原料，并在自产铜催化剂作用下水合生产浓度43%～50%之间的丙烯酰胺溶液。反应液经过浓缩系统闪蒸提浓，丙烯酰胺浓度由39%左右提到43%以上，提浓后的丙烯酰胺经过气提塔除掉多余的丙烯腈，再经过离子交换树脂塔除掉铜离子，送到产品工段，采样分析合格后送到干粉装置。

二、聚合物产生的原因

（一）反应系统产生聚合物的因素

装置是以丙烯腈、水为原料，在金属铜催化剂的作用下升温到90°C～98°C的条件下水合生产丙烯酰胺溶液，反应后高浓度的丙烯酰胺溶液聚合的概率增加，同时产生的副产物也随之增多。

（二）浓缩系统产生聚合物的因素

从反应器出来的反应液温度范围在90°C～97°C，高温的丙烯酰胺溶液在P-321的出口处，与浓缩液（大约40°C）混合，反应液直接进入P-321出口，与P-321出口的循环液混合，经换热器E-321加热，反应液在T-322（闪蒸罐）中，绝对真空度在6KPa～9KPa来蒸发丙烯腈和水，水和丙烯腈被蒸出，从而反应液被浓缩，浓度提高到47%～51%。蒸发后的丙烯酰胺溶液需在T-321中鼓入大量的空气，以保证丙烯酰胺溶液中溶解氧含量，防止丙烯酰胺聚合。若经闪蒸罐闪蒸后的溶液温度高，热量不断积累在缓冲罐T-321中，也会造成溶液的聚合。

（三）产生聚合物的其他原因

铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面，铁的最重要的氧化态是+2和+3，具有很强的还原性，在丙烯酰胺中含胺基的功能性单体与氧化还原引发聚合，另一方面，二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，因此铁的存在，也会也丙烯酰胺中碳碳双键结合形成化学性质稳定的络合物，且本套装置中没有出去络合物的化学原料和化工设备，因此控制副产物的生成，优化产品的质量。

三、影响

第一，反应系统中聚合物的产生。随着时间的延长，会导致反应器压力升高，致使装置工艺参数发生波动，MES平稳率也将会受到影响。第二，浓缩系统中，聚合物不仅存在T-321缓冲罐的丙烯酰胺溶液里，造成P-320、P-322、S-322拆洗频繁，FC-347流量变换，从而D-322进料量发生变化引起偏流，而且T-322闪蒸罐的内壁和内壁各视镜处也会产生不同程度的聚合物，为有效防止在此处发生聚合物，必须定期进行器壁冲洗，因此严格控制各项参数，是保证聚合物减少的根本原因。第三，丙烯酰胺是有机高聚物，排入废水中，对废水COD的影响较大。COD即化学需氧量，在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指標，因此对装置聚合物进行严格的管理。

四、控制措施

（一）反应系统产生聚合物的处理措施

1.严格控制反应压力在0.15MPa～0.3MPa，温度在90°C～98°C条件下进行反应，在反应器内催化剂浓度控制在20%，活性在0.45～0.55的范围内。

2.对反应器气体放空罐进行严格巡检，及时调节放空罐密封水，保证液位在30%以上，起到气体放空的作用。

（二）浓缩系统产生聚合物的处理措施

1.控制T-322入口温度在41°C～42°C之间，且出入口温差≤2.5°C，绝对真空度在6KPa～9KPa，同时保证T-321鼓入的空气量。

2.为保证在T-322罐壁得到充分的清洗，且不改变T-321中的产品浓度，经多次观察总结经验，T-322冲洗水每隔45分钟冲洗20秒，能够达到很好的冲洗效果。

（三）精制系统产生聚合物的处理措施

1.控制FC-347流量不低于6t/h，溶液进料在D-322内填料上分布均匀保证丙烯酰胺溶液在塔内的平稳流动。

2.严格控制D-322塔顶温度在28°C～33°C，塔底温度在18°C～22°C，保证后续过程的平稳运行。

3.经多次观察，我车间定期对精致塔D-324进行解体修补破损的地方，防止因金属裸漏在外引起发生聚合。

（四）其他产生聚合物的原因及处理措施

铁存在引发丙烯酰胺溶液聚合的措施：严格监控动力来的脱盐水中铁离子的含量，避免装置使用铁离子含量超标的脱盐水。

结语

装置系统内产生的聚合物多，聚合物检测过滤器拆洗和切换的频率高，泵的切换次数也会增加，切换时流量的波动不仅影响操作平稳率，而且在拆洗时相对增多的冲洗水排入废水，会使污水池中的COD增加，造成环境的污染，流量波动更会造成在塔产生不均匀流动引发丙烯酰胺聚合，针对产生聚合物的各种途径，我车间在多年的摸索和探讨中获取一些经验，已经能够根据不同负荷条件下将聚合物控制在最低限度。

参考文献：

[1]滕山，杨秀进等《.丙烯酰胺操作规程》[M].大庆绘本出版社，2006.

[2]潘祖仁主编.《高分子化学》[M].北京：化学工业出版社，2005.