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(shí)際生產(chǎn)中各項(xiàng)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(guò)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(huì)造成污水COD含量的升高。

[關(guān)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(jī)中間體和高分子聚合物的單體，化學(xué)式為CH2=CHCONH2，由于在其分子結(jié)構(gòu)中具有不飽和“碳—碳”雙鍵和酰胺基團(tuán)，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(chē)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(xué)助劑，提高采油的收率。

一、裝置工藝原理簡(jiǎn)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(yīng)液經(jīng)過(guò)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(guò)氣提塔除掉多余的丙烯腈，再經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)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(yīng)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(yīng)后高濃度的丙烯酰胺溶液聚合的概率增加，同時(shí)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(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)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(yīng)液直接進(jìn)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(yīng)液在T-322（閃蒸罐）中，絕對(duì)真空度在6KPa～9KPa來(lái)蒸發(fā)丙烯腈和水，水和丙烯腈被蒸出，從而反應(yīng)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(huì)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(dòng)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(qiáng)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(jià)和三價(jià)鐵均易與無(wú)機(jī)或有機(jī)配位體形成穩(wěn)定的配位化合物，因此鐵的存在，也會(huì)也丙烯酰胺中碳碳雙鍵結(jié)合形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的絡(luò)合物，且本套裝置中沒(méi)有出去絡(luò)合物的化學(xué)原料和化工設(shè)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(yīng)系統(tǒng)中聚合物的產(chǎn)生。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器壓力升高，致使裝置工藝參數(shù)發(fā)生波動(dòng)，MES平穩(wěn)率也將會(huì)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(jìn)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(huì)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(jìn)行器壁沖洗，因此嚴(yán)格控制各項(xiàng)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(jī)高聚物，排入廢水中，對(duì)廢水COD的影響較大。COD即化學(xué)需氧量，在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，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(gè)指標(biāo)。水中的還原性物質(zhì)有各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等。但主要的是有機(jī)物。因此，化學(xué)需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)，因此對(duì)裝置聚合物進(jìn)行嚴(yán)格的管理。

四、控制措施

（一）反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生聚合物的處理措施

1.嚴(yán)格控制反應(yīng)壓力在0.15MPa～0.3MPa，溫度在90°C～98°C條件下進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)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(duì)反應(yīng)器氣體放空罐進(jìn)行嚴(yán)格巡檢，及時(shí)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(duì)真空度在6KPa～9KPa，同時(shí)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(guān)察總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，T-322沖洗水每隔45分鐘沖洗20秒，能夠達(dá)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(jìn)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(dòng)。

2.嚴(yán)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(guò)程的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.經(jīng)多次觀(guān)察，我車(chē)間定期對(duì)精致塔D-324進(jìn)行解體修補(bǔ)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(yán)格監(jiān)控動(dòng)力來(lái)的脫鹽水中鐵離子的含量，避免裝置使用鐵離子含量超標(biāo)的脫鹽水。

結(jié)語(yǔ)

裝置系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的聚合物多，聚合物檢測(cè)過(guò)濾器拆洗和切換的頻率高，泵的切換次數(shù)也會(huì)增加，切換時(shí)流量的波動(dòng)不僅影響操作平穩(wěn)率，而且在拆洗時(shí)相對(duì)增多的沖洗水排入廢水，會(huì)使污水池中的COD增加，造成環(huán)境的污染，流量波動(dòng)更會(huì)造成在塔產(chǎn)生不均勻流動(dòng)引發(fā)丙烯酰胺聚合，針對(duì)產(chǎn)生聚合物的各種途徑，我車(chē)間在多年的摸索和探討中獲取一些經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)能夠根據(jù)不同負(fù)荷條件下將聚合物控制在最低限度。

參考文獻(xiàn)：

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