聚丙烯酰胺乳液的應(yīng)用及市場(chǎng)分析

莊　斌，劉　敏

（安徽省化工設(shè)計(jì)院，安徽合肥230009）

聚丙烯酰胺乳液的應(yīng)用及市場(chǎng)分析

莊斌，劉敏

（安徽省化工設(shè)計(jì)院，安徽合肥230009）

聚丙烯酰胺乳液是一種新型水溶性高分子化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于石油開采、礦冶工業(yè)、造紙工業(yè)、水處理工業(yè)、紡織印染工業(yè)等領(lǐng)域，其市場(chǎng)需求由于下游行業(yè)的復(fù)蘇、行業(yè)環(huán)保政策要求以及新興市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)而持續(xù)增長(zhǎng)。

聚丙烯酰胺乳液；應(yīng)用；市場(chǎng)需求

聚丙烯酰胺作為一種水溶性高分子化學(xué)品，除廣泛用于采油和環(huán)保行業(yè)外，其在造紙、選礦、洗煤、紡織、冶金等行業(yè)的市場(chǎng)需求也逐步平穩(wěn)增長(zhǎng)，且應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)展[1]。

聚丙烯酰胺乳液包括非離子型、陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性離子型等品種。從節(jié)能和環(huán)保方面分析，乳液型聚丙烯酰胺與固體粉狀聚丙烯酰胺相比，具有合成時(shí)放熱量小、換熱快、產(chǎn)品的分子量高且分布較窄、不需干燥、沒有水和氣體排放等多種優(yōu)勢(shì)，具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義。從使用效果和適應(yīng)性分析，與傳統(tǒng)固體粉狀產(chǎn)品相比，聚丙烯酰胺乳液具有適用pH值范圍更廣、電荷穩(wěn)定性更高、絮凝效果更好、用藥量更少等一系列優(yōu)點(diǎn)[1-3]。此外，聚丙烯酰胺乳液還具有電荷密度可選性大、溶解速度快、存放和使用方便等特點(diǎn)。

1　聚丙烯酰胺乳液的應(yīng)用

1.1石油開采工業(yè)的應(yīng)用

聚丙烯酰胺乳液在石油開采工業(yè)中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面：作為凝聚劑應(yīng)用于鉆井作業(yè)中，也可應(yīng)用在三次采油工藝中，對(duì)提高采油率有顯著作用。另外在油田開采的常規(guī)作業(yè)中，如鉆井、完井、固井、壓裂等主要工序，起到增粘、降濾失、流變調(diào)節(jié)、膠凝、分流、剖面調(diào)整等作用。如在鉆采過程中，分子量為300萬～600萬范圍的聚丙烯酰胺乳液可用作絮凝包被劑。目前在國(guó)內(nèi)石油開采工業(yè)，聚丙烯酰胺作為三次采油的驅(qū)油劑，約占驅(qū)油劑消費(fèi)總量的60%。大慶、勝利、中原、華北、遼河、大港等國(guó)內(nèi)大型油田已全面進(jìn)入開采中后期，其采出油綜合含水率日趨提高[2-3]。為了穩(wěn)定油田采出產(chǎn)量而采用三次采油工藝，提高采油率，保證油田穩(wěn)產(chǎn)，大慶油田等大型油田企業(yè)對(duì)聚合物驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)化推廣，取得了較好的增油效果，1噸聚丙烯酰胺可增產(chǎn)178.7噸原油。大慶油田2015年消費(fèi)的聚丙烯酰胺超過10萬噸。此外，海上油田的開采也進(jìn)入快速發(fā)展期，隨著海上油田開采占比的不斷增大，聚丙烯酰胺乳液也將得到快速發(fā)展。

1.2礦冶工業(yè)的應(yīng)用

在采礦、選礦和冶金等礦冶工業(yè)中，聚丙烯酰胺乳液也被普遍應(yīng)用。聚丙烯酰胺乳液不但可以分離礦物和礦石，也可作為絮凝劑應(yīng)用于廢水處理、密封采礦管道等。由于定價(jià)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，南美的鈷、煤、銅、黃金、鉆石和鐵礦砂的市場(chǎng)需求在逐步增加，這也推動(dòng)了全球聚丙烯酰胺市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)。在此過程中水的使用量很大，且常需回收水中的有用固體，并將廢水凈化處理后循環(huán)使用。聚丙烯酰胺乳液作為絮凝劑和助濾劑，可促進(jìn)有用固體礦物的快速沉降，加速細(xì)粒物料的濃縮、液體的澄清和泥餅的脫水，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率，減少了尾礦流失和水的消耗，降低了設(shè)備投資和加工成本，對(duì)減少環(huán)境污染有顯著效果。鈾礦的提取是聚丙烯酰胺乳液較早的應(yīng)用領(lǐng)域，采用酸或磺酸鹽溶液瀝取鈾礦石時(shí)，在濃縮和過濾瀝取物的過程中，添加聚丙烯酰胺乳液后效果非常明顯。在選煤廠中，聚丙烯酰胺乳液主要用于兩方面：一是在煤泥水深度凈化濃縮機(jī)中，聚丙烯酰胺作為絮凝劑，可以加速煤泥的沉降，降低溢流水濃度；二是在真空過濾機(jī)或壓濾機(jī)中，可優(yōu)化濾餅結(jié)構(gòu)，降低濾餅中水含量，提高過濾速度[3-5]。

1.3造紙工業(yè)的應(yīng)用

相對(duì)于發(fā)展成熟的歐洲和北美市場(chǎng)，造紙行業(yè)在南美、中國(guó)、印度及其它亞太市場(chǎng)的需求有較大增長(zhǎng)。這也促使用于該行業(yè)的聚丙烯酰胺乳液市場(chǎng)需求較為穩(wěn)定。聚丙烯酰胺乳液在造紙工業(yè)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過提高填料、顏料等的存留率，降低了原材料的流失并減少了對(duì)環(huán)境的污染；二是提高紙張的強(qiáng)度。聚丙烯酰胺乳液用作分散劑，可以明顯改善紙張的均勻度，降低紙料的打漿度，促進(jìn)長(zhǎng)纖維的分散性，提高紙漿液的穩(wěn)定性，增強(qiáng)填料和顏料的粘結(jié)性；作為增強(qiáng)劑，能明顯提高紙張的強(qiáng)度，提升紙張的抗撕性和多孔性，并改進(jìn)視覺及其印刷性能；作為助留劑、濾水劑、沉降劑，能提升填料粒子和細(xì)小纖維的存留率，加快脫水速度，減少纖維流失，并使過濾和沉淀等回收設(shè)備的效率明顯提高，同時(shí)減少環(huán)境污染[4-6]。研究表明，在紙漿中添加0.25%～0.5%的聚丙烯酰胺，可使紙漿沉淀速度提高60倍，且白水懸浮物可降至50mg/L以下。當(dāng)添加量為0.3%，溫度為60℃，時(shí)間為1.5h時(shí)，增強(qiáng)效果最好。此外，聚丙烯酰胺乳液也經(jīng)常應(yīng)用于造紙工業(yè)的廢水處理和纖維回收。在造紙廢水處理中，改性聚丙烯酰胺乳液添加量為0.75mg/kg，復(fù)配的聚合氯化鋁添加量為100mg/kg時(shí)，COD去除率高達(dá)85%以上。

1.4水處理工業(yè)的應(yīng)用

近年來，隨著國(guó)家環(huán)保力度的逐步加大，聚丙烯酰胺乳液用作污水處理劑和污泥脫水劑的市場(chǎng)需求量穩(wěn)步增長(zhǎng)。在水處理工業(yè)中，聚丙烯酰胺乳液的酰胺基可與很多物質(zhì)發(fā)生親和、吸附作用而生成氫鍵，因此可作為一種性能良好的絮凝劑，廣泛應(yīng)用在原水處理、城市污水處理、工業(yè)廢水處理等方面。高分子量的聚丙烯酰胺乳液可使被吸附的粒子間發(fā)生“橋聯(lián)”作用，進(jìn)而生成絮團(tuán)，促使微粒沉降。此種絮凝劑適應(yīng)范圍廣、添加量小、效率高、產(chǎn)生的泥渣少、后處理方便，對(duì)某些情況具有特殊的價(jià)值。在使用鋁鹽、鐵鹽等無機(jī)混凝劑、絮凝劑的污水處理系統(tǒng)中，如水處理量超過澄清池的處理能力或由于其它因素使水中絮體未來得及沉降而發(fā)生外漂現(xiàn)象時(shí)，添加約0.1～2mg/m3的聚丙烯酰胺乳液，可顯著提升沉降效果，處理后水的COD和色度等指標(biāo)會(huì)有明顯改善，但須滿足所使用的無機(jī)混凝劑或絮凝劑與其有較好的適配性。在污泥濃縮方面，添加約0.3～2mg/m3的聚丙烯酰胺乳液可降低生化池和污泥濃縮池內(nèi)污泥與水的比例，使生化池和污泥濃縮池的利用率顯著提高，而且污泥濃度也從3～10g/L增加到30～100g/L，使進(jìn)入后續(xù)污泥脫水過程的污泥量大為減少，提高了脫水設(shè)備和工人的工作效率[4-6]。另外，聚丙烯酰胺乳液在市政污水處理和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域也占有一定的份額。日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)促進(jìn)了水處理工業(yè)的發(fā)展，市政污水處理領(lǐng)域表現(xiàn)出穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。北非地區(qū)如摩洛哥、阿爾及利亞、埃及和突尼斯等國(guó)家已成為市政污水處理的新興市場(chǎng)。沙特阿拉伯和卡塔爾等西亞國(guó)家也逐漸加大投資水處理工業(yè)。另外，煤炭開采和熱電站建設(shè)在工業(yè)廢水處理方面也提供了較大的市場(chǎng)空間，而對(duì)中水回用技術(shù)的日益關(guān)注也是一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

1.5紡織印染工業(yè)的應(yīng)用

在紡織工業(yè)中，聚丙烯酰胺乳液作為織物的整理劑和上漿劑，可以形成柔順、防皺、耐霉菌的保護(hù)層。利用其吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn)，以及良好的成膜性、漿膜的光滑度、對(duì)纖維良好的親和性、高強(qiáng)低彈性、與天然合成漿料優(yōu)良的互溶性使紡細(xì)紗時(shí)的斷線率大大降低，且可防止織物的靜電和阻燃[5]。用作印染助劑時(shí)，聚丙烯酰胺乳液可提高印染物的附著牢度及鮮艷度，還可作為勻染劑（紡織助劑）和漂白的非硅高分子穩(wěn)定劑等。此外，聚丙烯酰胺乳液還可用于紡織印染污水的高效凈化劑、脫色劑等。研究顯示，當(dāng)pH=5時(shí)，對(duì)于分散染料，當(dāng)聚丙烯酰胺添加量為10mg/L，其脫色率可達(dá)31%；當(dāng)添加量增加到100mg/L，脫色效果達(dá)到最佳值92.2%；對(duì)于堿性品紅和酸性紅染料，當(dāng)添加量為100mg/L時(shí)，脫色率可分別達(dá)到73.6%和84%。

2　國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析

2.1全球市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析

盡管2009年受金融危機(jī)的影響，全球聚丙烯酰胺市場(chǎng)呈現(xiàn)短暫衰退跡象，但2011年后開始逐漸回暖，至2014年底，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到約25.1億美元。市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿碜杂谙掠涡袠I(yè)的復(fù)蘇、行業(yè)環(huán)保政策要求與產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)服務(wù)帶來的利潤(rùn)以及新興市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)等。

截止到2014年底，全球聚丙烯酰胺乳液的產(chǎn)能約近40萬噸，其中美國(guó)產(chǎn)能約為10萬噸，西歐產(chǎn)能約為14萬噸，日本產(chǎn)能約為4萬噸，其他國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)能約為12萬噸。全球聚丙烯酰胺乳液的主要生產(chǎn)企業(yè)有法國(guó)愛森集團(tuán)（SNF）、芬蘭凱美拉公司（Kemira）、日本DiaNitrix株式會(huì)社、美國(guó)亞什蘭公司和德國(guó)巴斯夫公司等。全球聚丙烯酰胺乳液的消費(fèi)量約為39萬噸，總需求與總產(chǎn)能基本相同。預(yù)計(jì)未來幾年，全球聚丙烯酰胺乳液在水處理、石油開采、造紙、采礦及其它應(yīng)用領(lǐng)域的消費(fèi)市場(chǎng)將以約7.0%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。全球聚丙烯酰胺乳液消費(fèi)情況見表1。

2.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析

目前，我國(guó)聚丙烯酰胺乳液的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槭烷_采、水處理、造紙、采礦等。其消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：石油開采占60%，水處理占18%，造紙占12%，采礦占4%，其它占6%。石油開采是目前我國(guó)聚丙烯酰胺乳液最大的消費(fèi)領(lǐng)域，其消費(fèi)量占國(guó)內(nèi)總消費(fèi)量的60%。水處理是我國(guó)聚丙烯酰胺乳液的第二大消費(fèi)領(lǐng)域，我國(guó)城市污水處理率不足30%，工業(yè)水的重復(fù)利用率為60%，工業(yè)廢水處理率為77%，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大[4-6]。聚丙烯酰胺乳液作為絮凝劑在我國(guó)城市水處理以及化工、冶金、造紙、印染、煤炭、建材等行業(yè)的廢水處理用量將不斷增長(zhǎng)，另外也可應(yīng)用在高吸水性樹脂、水泥增強(qiáng)劑、粘合劑、皮革復(fù)鞣劑等領(lǐng)域。

表1　全球聚丙烯酰胺乳液消費(fèi)情況

目前，我國(guó)聚丙烯酰胺乳液的產(chǎn)能較低，截止到2014年底，我國(guó)聚丙烯酰胺乳液的產(chǎn)能約為6萬噸，較大產(chǎn)能的生產(chǎn)企業(yè)主要有新鄉(xiāng)市聚創(chuàng)化工有限公司、愛森（中國(guó)）絮凝劑有限公司、大慶油田煉化分公司等。我國(guó)聚丙烯酰胺乳液的消費(fèi)量約為14萬噸，產(chǎn)能與消費(fèi)量相比較低，大部分需要從國(guó)外進(jìn)口。預(yù)計(jì)未來幾年，我國(guó)聚丙烯酰胺乳液在石油開采、水處理、造紙、采礦及其它應(yīng)用領(lǐng)域的消費(fèi)市場(chǎng)將以約11%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)聚丙烯酰胺乳液消費(fèi)情況見表2。

表2　我國(guó)聚丙烯酰胺乳液消費(fèi)情況

3　結(jié)論

聚丙烯酰胺乳液作為一種新型水溶性高分子化學(xué)品，與傳統(tǒng)的固體粉狀產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝相比，乳液聚合工藝在后處理過程中省去了聚合物膠體的切割、造粒、干燥等工序，不但減少了設(shè)備投資，簡(jiǎn)化了流程，而且節(jié)能降耗效果顯著，且其最大限度地減少了粉塵污染和污水排放等，對(duì)環(huán)境影響較小，具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義。另外，其具有電荷密度可選性大，溶解速度快，存放和使用方便、適用pH值范圍更廣，電荷穩(wěn)定性更高，絮凝效果更好，用藥量更少等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在石油開采、礦冶工業(yè)、造紙工業(yè)、水處理工業(yè)、紡織印染工業(yè)等領(lǐng)域具有較好的市場(chǎng)前景。

[1]單偉，張學(xué)佳，那榮喜，等.聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[J].安徽化工，2010，36（1）：13-17.

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[3]劉音，常青，于富美，等.聚丙烯酰胺在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2014，33（4）：9-11.

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[5]李文紅.聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合及其應(yīng)用的研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2005.

[6]馮維紅.兩性聚丙烯酰胺反相微乳液的制備及其性能研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

Application and Market Analysis of Polyacrylamide Emulsion

ZHUANG Bin，LIU Min
（Anhui Design Institute ofChemical Industry，Hefei 230009，China）

Polyacrylamide emulsion is a newtype ofwater-soluble polymer chemicals，widelyused in oil drilling，miningand metallurgyindustry，paper makingindustry，water treatment industry，textile printingand dyeing industry.Its market demand due to the recovery of the downstream industry，industry policy for environmental protection as well as the rapid growth and continued growth in emergingmarkets.

polyacrylamide emulsion；application；market demand

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.04.007

TQ225.26+1

A

1008-553X（2016）04-0024-03

2016-02-25

莊斌（1982-），男，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，工程師，從事化工工藝設(shè)計(jì)工作，13695602188，18529027@qq.com。