摘要：本文對3500萬分子量聚丙烯酰胺生產過程中不溶物的產生機理及其對產品在采油應用的影響進行了分析，確定了消減不溶物含量的關鍵生產控制措施。
1、工藝簡介
擴能聚丙烯酰胺裝置采用的均聚后水解工藝是由大慶煉化公司研究院自主開發成功的，共分溶解、聚合反應、預研磨造粒、水解、干燥、研磨篩分、包裝等七個主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成膠，經造粒后加入粒堿進行后水解的核心工藝，螺桿式預研磨機對膠體進行預切割有利于膠體的造粒，振動式流化床干燥器對產品進行兩段干燥，可進一步提高產品的質量。
2、不溶物產生機理
聚丙烯酰胺（PAM）有個重要化學性質，就是加熱到150℃以上時，放出大量的氨而成為不溶于水的固體物，其主要原因是發生分子間和分子內的亞胺化交聯反應，發生凝膠現象。
3、控制不溶物產生措施
為避免發生凝膠化反應，需要在溶解、聚合、水解、干燥等工序，按照精益指標要求，精細管理、精心操作。
3.1 提高單體AM質量
3.1.1 減少雜質含量
亞胺化反應一般在150℃以上的高溫下才能發生，但是在聚合物中雜質含量等不同外界條件的影響下，較低的溫度即可產生亞胺化反應，所以要控制單體中NTPA、低聚物、銅鐵離子等雜質的含量。
3.1.2 控制PH值范圍
很多實驗指出，pH值較低時，聚丙烯酰胺溶解性能差；隨著pH值的升高，溶解性變好，因此選擇單體pH值在6-7之間。
措施：車間用脫鹽水稀釋單體，并用醋酸調節pH值至5.8-6.2范圍內，而且采用在線及便攜式PH計進行對比校正，保證PH值測量的準確性。
3.2 優化聚合操作
3.2.1 低溫聚合
低溫聚合就是，引發溫度低，聚合的較高溫度也低，所以可以防止聚合過程中高溫凝膠化反應的產生。但是低溫聚合在一般情況下聚合熱的放熱速度緩慢，也就是聚合速度慢，所以聚合所需要的時間就要延長。
3.2.2 控制單體、引發劑、鏈轉移劑濃度
丙烯酰胺水溶液的聚合熱為82.8KJ/mol，相對來說，放熱甚大，當單體濃度偏高時會發生自動加速效應，導致爆聚，溫度偏高。歧化終止的聚合物端基帶有雙鍵，會繼續參與聚合反應或發生向聚合物大分子鏈轉移，形成交聯產物，溶解性變差，所以生產3500萬分子量產品時，可以適當降低單體濃度，減少單體之間的交聯反應幾率，從而減少不溶物的產生。
3.2.3 調節催化劑加入時間間隔
生產2500萬分子量聚丙烯酰胺時，偶氮類引發劑與氧化還原類引發劑的加入時間間隔是20分鐘；在生產3500萬分子量聚丙烯酰胺時，將時間間隔延長至30分鐘；從而保證雙氮在單體中分散均勻，避免局部自由基偏多，反應速度過快，導致溫度偏高，發生凝膠化反應。
3.3 優化水解操作
3.2.1 延長水解時間
當水解時間小于110分鐘時，膠體與粒堿接觸不充分，部分未進行水解反應，導致水解度偏低，不溶物偏多。
3.2.2 保證水解溫度
當水解溫度低于87℃時，水解速率變慢，水解度偏低，導致不溶物偏多。
措施：要求水解溫度大于87℃。
3.2.3 控制SPAN配比
SPAN作為一種分散劑，可以使膠粒保持良好的流動性不粘連，但如果過量使用會使在膠粒外表面形成隔離層，使膠粒與粒堿的接觸面積減少，從而阻礙兩者充分反應，反應不完全造成產品不溶物指標升高。
措施：控制一次配比，SPAN質量濃度為0.4%。
3.4 消除高溫干燥而產生凝膠化反應
聚丙烯酰胺的干燥過程也和其他固體物質的干燥過程一樣有水份的自由蒸發階段和擴散控制階段，在兩個干燥階段之間有一個臨界點，PAM膠凍的干燥過程中臨界點約在含水率20%-40%之間，顆粒度小，物料密度松散時臨界點的含水率也低，經一次造粒后，膠體大小在3-6mm之間，此時，臨界點含水率約在30%。物料在自由蒸發階段，被干燥物的溫度近似于濕球溫度，因此物料本身的溫度不上升，也因為這樣不會發生高溫凝膠化反應。
3.4.1 降低二段干燥器風溫
在其他條件不變的情況下，每降低10℃干燥風溫，不溶物平均值下降0.05左右。因風溫下降，干燥速度下降，產量下降，每降低10℃干燥風溫，產量約下降5噸/天。
措施：控制二段風溫在130℃以下。
3.4.2 控制床層高度
當床層高度大于250mm時，物料在干燥內停留時間偏長，導致過分干燥，發生亞胺化交聯反應。
措施：控制床層高度為180-220mm。
3.5 其他因素
由于工業生產中會帶入雜質，這些雜質也是不溶解于水，導致測量時不溶物值偏高，擴能裝置生產中雜質主要有：軟連接、鐵屑、包裝袋、沙粒等。
4、采油中的應用
聚合物驅油的機理是利用聚合物溶液具有較高粘度的特點，降低水相的滲透率，有效地控制水的流動性，擴大驅替相的波及體積，提高微觀驅油效率，從而達到提高原油采收率的目的。
如果不溶物含量超標，就會使聚丙烯酰胺固體溶脹速度變慢，溶解時間變長，而且降低了聚丙烯酰胺溶液的流變性，導致溶解速度慢，采收率低。
5、總結
聚丙烯酰胺產品諸多性質中，水溶性是關鍵問題之一，因此在研制PAM中需要考慮，產品一定要具有良好的水溶性能。我查閱了數量有限的部分文獻，發現大部分認為凝膠化反應的主要原因是，聚合及干燥過程中受高溫及單體中含有有害雜質所致。通過上述控制措施，經過一年多的實際生產摸索，能夠將3500萬分子量產品的不溶物指標平均值控制0.2%以下，全月不溶物合格率能夠達到90%。
所以在本文中總結了所提出的各類措施，可以在工作中作參考，繼續進行相關實驗論證。但是從一般的概念來看間，有著相對均聚物來說，聚合物的溶解性能和其他一些重要性能之間。有著相互制約的關系，所以采用某種改善產品的溶解性能的措施時，需要同時考慮產品的綜合性能。
