王威年产吨聚丙烯酰胺生产工艺设计

王威年产吨聚丙烯酰胺生产工艺设计内容摘要：

............................................ 28 盈亏平衡分 析 ............................................................................................................ 28 7 环境保护、劳动安全与工业卫生 ...................................................................................... 30 环境保护 .................................................................................................................... 30 12 该项目环保设计依据和标准 ........................................................................... 30 环保治理措施 .................................................................................................. 30 预期效果 .......................................................................................................... 30 环保管理及监测 .............................................................................................. 31 绿化概况 .......................................................................................................... 31 劳动安全、工业卫生与消防 .................................................................................... 31 总结 .......................................................................................................................................... 32 参考文献 .................................................................................................................................. 33 致谢 .......................................................................................................................................... 35 1 1 概述 聚丙烯酰胺简介 丙烯酰胺聚合物的发展 随着我国丙烯酰胺工业的迅速发展，对丙烯酰胺下游产品的研究不断深入，应用范围不断扩大。 自 PAM在 1893年由实验室制得后，于 1954年在美国实现产业 化生产，初期得产品仅室单一得非离子型 PAM。 不久开发了碱性阴离子型 PAM和阳离子型 PAM。 PAM优良的水溶性、增稠性、絮凝性能和化学反应活性的显示出了巨大的市场潜力和广阔的应用前景。 我国 PAM产品的开发始于 20世纪 50年代末期。 1962年上海珊瑚化工厂建成我国第一套 PAM生产装置，生产 PAM水溶胶产品，用于矿产品处理和石油钻采工业。 随后又开发了辐射聚合法、反相乳液聚合法和水溶液聚合法生产 PAM干粉。 由于在油气田开采和三次采油中的大量应用，以及在污水处理和造纸等方面的用量增加，我国 PAM的生产能力不断增加。 自 1995年法国 NSF公司 5万吨 /年 PAM生产装置后，我国 PAM的产量和质量都油了很大的提升。 近 10年来我国 PAM发展迅速，现成为世界生产大国，产量跃居世界首位，生产规模已达国际水平。 现有生产厂 200多个，生产能力（含 AM）约为 23万吨 /年。 我国的销售量约占全球的 1/3。 产品主要包括 HPAM、 CPAM、 NAM和梳型 PAM等，以 HPAM为主。 产品剂型有干粉、水溶胶、油乳液和水乳液等，以干粉为主。 生物酶法制丙烯酰胺、梳型 PAM和超高分子量 PAM等方面已达到世界先进水平。 值得一提的是对于 PAM的吸水性而言，高吸 水性树脂 (SAP)及其凝胶是一类重要的功能高分子材料，具有优异的吸水保水性、稳定的结构以及无毒无味等特性，近年来得到迅速发展。 在 SAP的发展过程中，人们早就发现， PAM轻度交联后即可成为吸水性树脂，且吸水后能形成透明水凝胶，但由于丙烯酰胺均聚物交联后吸水性能不是很好，所以这类材料最初并未引起人们的关注。 近些年来，随着水凝胶材料在医学领域应用研究的不断发展，以及为了提高 SAP的耐盐性问题，人们加强了对 PAM类吸水性树脂及其凝胶材料的研究，使其种类不断增加，性能也不断提高。 与同类材料相比，这类材料具有吸水速率 快、耐盐性高、生物相容性好等优点，目前这类材料的研究已经成为 SAP研究领域的热点之一。 2但是在总体上，我国的 PAM产品与国外相比还存在大的差距，主要表现在（ 1）产品系列：国外阳离子产品约占总产量的一半，且仍以每年 10%的速度增长。 而我国阳离子产品仅占 10%。 国外的阳离子产品的品种、类型十分齐全，大品种的分子量都超过 1900万，干粉占 53%，乳液占 35%，水溶液仅占 2%。 而我国的阳离子产品分子量较低，一般在 500800万之间，产品剂型以水溶液为主，制约了我国水处理和造纸工业的发展。 在品种系列化上，国外已形成 齐全的多品种系列产品，达到 2020多个品种。 仅法国 NSF公司一家的常规产品就超过 1000种，可以适应各行业不同工艺条件和不同物料性质的要求，而用于数十个行业。 在我国尚缺少系列化产品，因而应用单一，这在造纸和不同水质的处理种尤为突出；（ 2）生产规模和技术：我国随有近 10家上万吨级的生产厂，产量占倒 90%。 但这些规模大的生产厂主要以满足石油开采所需的通用化学助剂为主，其产品单一，主要十阴离子型粉剂，尚无上规模的乳液型和阳离子型产品。 其他上百家的生产厂生产规模较小，技术相对落后，产品也比较单一只能满足污水处理等一 般用途的要求，没有能力去补充通用品种。 丙烯酰胺聚合物的结构及性质 PAM 在结构上最基本的特点是： (1)分子链具有柔顺性和分子形状（即构象）的易变性，如分子量 710 万的 PAM，其分子链伸直后的长径比高达 10 的 5 次方，相当于直径 1mm、长 100m的细丝。 可以想象，这样大长径比的柔性分子链是极易卷曲的，分子链之间也易发生缠结。 (2) 分子链上具有与丙烯酰胺单元数相同的侧基 —酰胺基，而酰胺基具有高极性，易形成氢键和高反应活性。 这些结构特点赋予了 PAM许多极有价值的应用性能，如酰胺基的高极性使 PAM具有良好的亲水性和水溶性，其水凝胶亲水而不溶于水；柔顺的长链使 PAM水溶液具有高黏性和良好的流变调节性；酰胺基极易与水或含有 —OH 基团的物质（天然纤维、蛋白质、土壤和矿物等）形成氢键，产生很强的吸附作用，酰胺基的高反应活性可使 PAM衍生出很多变性产物，拓宽了它们的应用范围 丙烯酰胺聚合方法介绍 丙烯酰胺聚合反应属于自由基引发体系，引发方法常用引发剂引发和辐射引发两种。 引发剂主要是过氧化物和偶氮化合物，辐射引发常 用碳 60源的 Y射线。 PAM及其衍 3 生物都是通过丙烯酰胺的自由基聚合制成的均聚物或共聚物。 聚合方法按单体在介质中的分散状态有：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。 其中主要有水溶液聚合、反向悬浮聚合和反向乳液聚合。 （ 1） 水溶液聚合 :在丙烯酰胺的聚合方法中，采用水溶液聚合的较多，主要涉及到引发体系、介质 PH、添加剂和单体浓度等。 ① 引发体系 :丙烯酰胺聚合的引发体系近年研究甚多，其目的在于保持高合速率下能获得高转化率、高分子量和少支化的产物。 有过硫 酸钱一亚硫酸氢钠一偶氮化合物、过硫酸钱一雕白粉一偶氮化合物等复合引发体系，以及 22OH 胺、特丁基过氧化氢 3NaHSO , 822 OSK 一三 (氨基甲 酰 乙基 )胺或疏基乙醇、 尿素、硫脉等有机一无机物组成的引发体系。 用高价金属盐与有机物组成的体系亦不少。 这些体系的特点是反应活性高，适于常温聚合。 在此不做过多的说明，结合实际与效益，本次设计我们采用 了过硫酸钾与 N， N’亚甲基双丙烯酰胺。 ② PH值 :丙烯酰胺聚合中，介质 PH值可影响反应动力学及聚合物的结构和性质。 在较低 PH下 (PH2)，聚合易伴生分子内和分子间的亚酰胺化反应，形成支链或交联型产物。 在较高 PH下，单体或聚合物分子中的酰胺基会发生水解反应，使均聚物变成含丙烯酸链节的共聚物。 （ 2）反向乳液聚合：水溶性单体丙烯酰胺的反相乳液聚合是乳液聚合研究领域中新开拓的一个分支，多采用非离子型的低分子或高分子乳化剂形成油包水型乳液体系而进行乳液聚合。 乳胶粒是通过乳化剂吸附膜的阻隔或高聚物的位阻作用而稳定的，有人认为这种乳胶粒也是通过胶束成长起来的。 近十年来的研究丰富了乳液聚合理论，获得了有实际价值的胶乳型产品，其具有速溶等显著特点。 （ 3）反向悬浮聚合：采用反相悬浮法制备丙烯酰胺聚合物与反相乳液聚合有许多相似之处，关键在于分散相粒子尺寸的控制。 决定粒子尺寸的因素主要是搅拌、分散稳定剂和相比，反相悬浮聚合可采用热引发或氧化还原体系引发，有人认为聚合物的分子量与 222 OSK 的浓度无关，分子量较水溶液聚合为低。 最近的一份报告指出，采用环己烷和一种非离子表面活性剂作为乳化剂，以 222 OSK 作为引发剂，在 3040℃ 及浓度 50%条件下可得到分子量大于 1000万的速 溶型粉状 PAM。 （ 4）水溶液聚合展望：水溶液聚合是丙烯酰胺最常用的聚合方法，对于水溶液聚合法制造 PAM的工艺，人们研究的热点是选择新型聚合、造粒、干燥及粉碎技术与设备， 4开发更先进的连续化、自动化聚合工艺，改进和提高产品的性能和质量。 具体为： ① 提高产品分子量和溶解性能：为提高产品分子量和溶解性能，应采用高纯单体。 这是获得超高分子量 PAM产品的基础。 还要掌握好聚合反应规律优选聚合工艺、聚合引发体系，适当增大单体浓度、减少引发剂浓度和降低聚合反应温度，使反应平稳。 ② 提高产品的耐温抗盐和抗剪切性能：在聚合物分子主链段上引入不同的基团可以改善其性能。 ③ 降低 PAM产品中残余单体的含量：高聚物 PAM本身基本无毒， PAM的毒性来自残余的丙烯酰胺单体。 ④ 制备用于生态建设和环保产业的 PAM产品。 ⑤ 选择适宜的技术和设备，开发更先进的连续化、自动化的聚合工艺。 生产和消费情况 （ 1） 国外生产和消费 据美国咨询公司 TranTech公司分析， 2020年全球 PAM能力为 9l万 吨／年，美国、 f本、欧洲是 PAM主要的生产和消费地，生产能力约占世界总能力的 85％。 其中 25％在西欧。 表 PAM生产能力分析。 表 2020年 2月统计的世界各地区 PAM主要生产能 )。 亚太地区为最大的 PAM 生产地， 2020年生产照 (除日本外 )为 23万吨／年，其次为西欧 2l万吨／年。 亚太地区也是最大的 PAM消费地区，其次是西欧和美国。 表 世界 PAM生产能力分析（万吨 /年） 乳液和分散体 微 小 粉 末 溶 液 非 离 子 — — 阴 离 子 阳 离 子 5 表 2020年 2月统计的世界各地区 PAM主要生产能力（万吨 /年） 公司 地点 生产能力 西 欧 汽巴精化 氰特 纳尔料 SNF 斯托豪森 三 F 英国布拉布拉福德 英国布拉布拉福德 法国法兰克福 法国安德烈津克 德国克雷菲尔德 意大利 美 国 汽巴精化 氰特 纳尔料 SNF 弗吉尼亚州萨福克 阿拉伯马州莫比尔 路易斯安那州加利维尔 乔治亚州赖斯波罗 日 本 荒川化工 DaNnx 橘磨化工 日本大阪 日本新泻 日本 亚 太 中国石油 中国石化 SNF 大庆，恒聚 胜利 泰兴 ， 国外 PAM的生产商主要有美国的陶氏化学公司、氰胺公司、联合胶体公司、纳。