探討濃縮系統(tǒng)聚合物的產(chǎn)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(chǎn)品、催化劑、制冷等工序，在實際生產(chǎn)中各項參數(shù)的協(xié)調(diào)控制，都是系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聚合物多少的因素，主要表現(xiàn)在拆洗過濾器和泵的次數(shù)增多，并且清洗水排入裝置污水系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)的生產(chǎn)的丙烯酰胺主要為生產(chǎn)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(chǎn)銅催化劑作用下水合生產(chǎn)濃度43%～50%之間的丙烯酰胺溶液。反應液經(jīng)過濃縮系統(tǒng)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(jīng)過氣提塔除掉多余的丙烯腈，再經(jīng)過離子交換樹脂塔除掉銅離子，送到產(chǎn)品工段，采樣分析合格后送到干粉裝置。

二、聚合物產(chǎn)生的原因

（一）反應系統(tǒng)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的副產(chǎn)物也隨之增多。

（二）濃縮系統(tǒng)產(chǎn)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(huán)液混合，經(jīng)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(fā)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(fā)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(jīng)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(chǎn)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(tài)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(fā)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(wěn)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(zhì)穩(wěn)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(chǎn)物的生成，優(yōu)化產(chǎn)品的質(zhì)量。

三、影響

第一，反應系統(tǒng)中聚合物的產(chǎn)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(shù)發(fā)生波動，MES平穩(wěn)率也將會受到影響。第二，濃縮系統(tǒng)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，F(xiàn)C-347流量變換，從而D-322進料量發(fā)生變化引起偏流，而且T-322閃蒸罐的內(nèi)壁和內(nèi)壁各視鏡處也會產(chǎn)生不同程度的聚合物，為有效防止在此處發(fā)生聚合物，必須定期進行器壁沖洗，因此嚴格控制各項參數(shù)，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(zhì)多少的一個指標。水中的還原性物質(zhì)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(zhì)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(tǒng)產(chǎn)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(nèi)催化劑濃度控制在20%，活性在0.45～0.55的范圍內(nèi)。

2.對反應器氣體放空罐進行嚴格巡檢，及時調(diào)節(jié)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(tǒng)產(chǎn)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(chǎn)品濃度，經(jīng)多次觀察總結經(jīng)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(tǒng)產(chǎn)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(nèi)填料上分布均勻保證丙烯酰胺溶液在塔內(nèi)的平穩(wěn)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(xù)過程的平穩(wěn)運行。

3.經(jīng)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(fā)生聚合。

（四）其他產(chǎn)生聚合物的原因及處理措施

鐵存在引發(fā)丙烯酰胺溶液聚合的措施：嚴格監(jiān)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(tǒng)內(nèi)產(chǎn)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(shù)也會增加，切換時流量的波動不僅影響操作平穩(wěn)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(huán)境的污染，流量波動更會造成在塔產(chǎn)生不均勻流動引發(fā)丙烯酰胺聚合，針對產(chǎn)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(jīng)驗，已經(jīng)能夠根據(jù)不同負荷條件下將聚合物控制在最低限度。

參考文獻：

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[2]潘祖仁主編.《高分子化學》[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.