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聚丙烯酰胺絮凝劑

發(fā)布日期:2014-08-15 11:26:15

聚丙烯酰胺絮凝劑

聚丙烯酰胺絮凝劑為水溶性高分子聚合物,不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑,具有良好的絮凝性,可以降低液體之間的磨擦阻力,按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類型。 聚丙烯酰胺絮凝劑廣泛應(yīng)用于增稠、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)、成膜、生物醫(yī)學(xué)材料等方面。水處理中作助凝劑、絮凝劑、污泥脫水劑。石油鉆采中作降水劑,驅(qū)油劑。在造紙過(guò)程中作助留劑,補(bǔ)強(qiáng)劑。

聚丙烯酰胺絮凝劑為水溶性高分子聚合物,不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑,具有良好的絮凝性,可以降低液體之間的磨擦阻力,按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類型。
聚丙烯酰胺絮凝劑
聚丙烯酰胺絮凝劑
聚丙烯酰胺絮凝劑廣泛應(yīng)用于增稠、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)、成膜、生物醫(yī)學(xué)材料等方面。水處理中作助凝劑、絮凝劑、污泥脫水劑。石油鉆采中作降水劑,驅(qū)油劑。在造紙過(guò)程中作助留劑,補(bǔ)強(qiáng)劑。
聚丙烯酰胺絮凝劑溶解時(shí),應(yīng)注意將產(chǎn)品均勻的慢慢地加入帶攪拌和加熱措施的溶解器中,應(yīng)避免結(jié)固,溶液在適宜溫度下配制,并應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間過(guò)劇的機(jī)械剪切.建議攪拌器60—200轉(zhuǎn)/min,否則會(huì)導(dǎo)致聚合物降解,影響使用效果.
聚丙烯酰胺絮凝劑在廢水處理中的絮凝作用是由于它的兩個(gè)特點(diǎn): 長(zhǎng)鏈(線)狀的分子結(jié)構(gòu)和聚丙烯酰胺分子中含有大量活性基團(tuán)。聚丙烯酰胺是直鏈狀聚合物,因每個(gè)分子是由十萬(wàn)個(gè)以上的單體聚合構(gòu)成,分子鏈相當(dāng)長(zhǎng)。它如果完全伸直,其長(zhǎng)度要比一般的分子 (如蔗糖)或離子(如ca2+)長(zhǎng)數(shù)萬(wàn)倍以上。由于它的分子長(zhǎng)而細(xì),會(huì)彎曲或卷曲成不規(guī)則的曲線形狀。這個(gè)長(zhǎng)分子鏈向外側(cè)伸出許多化學(xué)活性基團(tuán):酰胺基-conh2及羧基-cooˉ。酰胺基是非離子性基團(tuán),但亦善于形成副價(jià)鍵而與其它物質(zhì)的活性基團(tuán)吸附并連結(jié)起來(lái)。由于聚丙烯酰胺分子長(zhǎng)而細(xì)并有許多化學(xué)活性基團(tuán),它們能和沉淀微粒產(chǎn)生很多連接而形成較大的絮凝物,這些絮凝物的結(jié)構(gòu)就象棉絮那樣,松散、無(wú)定形,互相連結(jié)但不很穩(wěn)固,內(nèi)部有很多空間和很多微細(xì)的網(wǎng)絡(luò),包藏著大量液體,因而絮凝物的比重頗接近它所存在的液體本身。絮凝物中還網(wǎng)絡(luò)了各種各樣的微粒,這就將各種不同成分、不同性質(zhì)、不同大小的微粒集合在一起。因此,良好的絮凝劑處理能將溶液中原有的微粒完全網(wǎng)絡(luò)除去,使溶液顯得特別清亮透明和有光澤。由于絮凝物的尺寸較大,它的沉降和過(guò)濾都比較快。聚丙烯酰胺絮凝劑與廢水中膠體的絮凝作用是通過(guò)化學(xué)吸附和物理網(wǎng)絡(luò)這兩種形式產(chǎn)生的。根據(jù)上述機(jī)理可知,分子量較高、分子較長(zhǎng)的聚丙烯酰胺,能吸附較多的微粒,形成網(wǎng)絡(luò)的能力較強(qiáng),故絮凝效能較好。同理,聚丙烯酰胺分子中羧基的比例適當(dāng)也很重要,因廢水中的膠體多數(shù)帶負(fù)電,聚丙烯酰胺需要有適量的羧基通過(guò)鈣離子架橋與它作用。但如果羧基含量太多,聚丙烯酰胺分子本身負(fù)電過(guò)強(qiáng),本身分子之間的相斥力過(guò)大,也不利于絮凝作用。聚丙烯酰胺(PAM)的種類分為陰離子、陽(yáng)離子、非離子、兩性離子型,在廢水處理中,聚丙烯酰胺絮凝劑用來(lái)提高水處理過(guò)程中沉降、澄清、過(guò)濾、離心等工藝的效率。
新型PAM工藝:
聚丙烯酰胺采用光聚絕熱聚合后水解工藝,具有獨(dú)特的創(chuàng)新性.水溶性好,絮凝效果好,規(guī)格齊全,聚丙烯酰胺年產(chǎn)量逾千噸,滿足廣大客戶需求。聚丙烯酰胺簡(jiǎn)稱PAM,分為:陰離子聚丙烯酰胺,陽(yáng)離子聚丙烯酰胺,兩性離子聚丙烯酰胺,主要用城市、工業(yè)污水處理、油田、造紙業(yè)、金屬礦業(yè)、洗煤、紡織印染、皮革廠等行業(yè),凈水產(chǎn)品,投加量少,效果顯著,價(jià)格合理,快速達(dá)到污水處理效果。
一、聚丙烯酰胺絮凝劑在三次采油中的應(yīng)用
聚丙烯酰胺絮凝劑的增稠、絮凝和對(duì)流體的流變性調(diào)節(jié)的作用所具備的性能使得它在石油開(kāi)采中充 當(dāng)了重要的角色。它廣泛地被用于鉆井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和 驅(qū)油等方面??偟膩?lái)說(shuō),使用聚丙烯酰胺絮凝劑是為了提高石油的開(kāi)采率(EOR)。特別是許多油田已 進(jìn)入二次、三次開(kāi)采,油藏深度一般都在1000m以上,有的油藏深度達(dá)7000m,地層的非均質(zhì)性以及海上油田給采油作業(yè)提出了更加苛刻的條件,深層采油和海上采油相應(yīng)地也給 PAM提出了新的要求,要求它耐剪力,耐高溫(100℃以上直至200℃),耐鈣離子、鎂離子 ,耐海水降解。
自20世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)適用于采油的PAM的基礎(chǔ)研究和制備、應(yīng)用研究以及 品種開(kāi)發(fā)各方面均取得了很大進(jìn)展。
美國(guó)菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co.)專家阿罕默德M.A.和彼得H.D,對(duì) PAM在高溫高鹽礦化水中的研究結(jié)果表明:
(1)在礦化度很低(
(3)在等摩爾水平上比較,鈣離子降低濁點(diǎn)的作用大于鎂離子,Sr離子和Ba離子;
(4)二價(jià)陽(yáng)離子濃度大于等于100×10娟時(shí),水解度是決定聚丙烯酰胺絮凝劑溶液濁點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù);
(5)相對(duì)分子質(zhì)量和濃度也影響溶液濁點(diǎn),但相對(duì)于水解度而言是次要因素;
(6)聚丙烯酰胺絮凝劑水解后溶液濁點(diǎn)降低,水解是一平衡過(guò)程,水解平衡值隨溫度而不同;
(7)在溫度小于75℃時(shí),聚丙烯酰胺絮凝劑在任何礦化度的水溶液中均穩(wěn)定,超過(guò)75℃后,隨溫度 升高,沉淀物形成加快,降低水的礦化度可延長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間,但要求的礦化度往往低于油田水 實(shí)際礦化度。
二、用作堵水調(diào)整劑
在油田生產(chǎn)過(guò)程中,由于地層的非均質(zhì)性,常產(chǎn)生水浸問(wèn)題,需要進(jìn)行堵水,其實(shí)質(zhì)是 改變水在地層中的滲流狀態(tài),以達(dá)到減少油田產(chǎn)水、保持地層能量、提高油田最終采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝劑類化學(xué)堵水劑具有對(duì)油和水的滲透能力的選擇性,對(duì)油的滲透性降低最高 可超過(guò)10%,而對(duì)水的滲透性減少可超過(guò)90%。選擇性堵水這一特點(diǎn)是其他堵水劑所沒(méi)有 的,通常按地層類型選擇合適的聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量。均質(zhì)性好、平均滲透率高的油 層,可選用中相對(duì)分子質(zhì)量((500~。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝劑;基巖滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層,可選用高相對(duì)分子質(zhì)量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時(shí)可不交聯(lián)使用,但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯(lián)生成凝膠使用,還可添加某些樹(shù)脂以形成互容聚合物網(wǎng)絡(luò),使之具有更高的耐溫性。該方法已在國(guó)內(nèi)碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應(yīng)用,取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調(diào)整地層內(nèi)吸水剖面及封堵大孔道,實(shí)踐中已取得良好效果。
我國(guó)各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝劑方面都做了大量試驗(yàn)。油田用平均相對(duì)分子質(zhì)量為(300 ~350)×10‘,水解度為10%~15%的聚丙烯酰胺,在油井堵水上獲得良好效果。采用水解度為30%,相對(duì)分子質(zhì)量為400×10。的聚丙烯酰胺絮凝劑在地質(zhì)鉆探上,起到了維護(hù)孔壁穩(wěn)定,防止鉆孔滲漏的作用。采用水解度為30%的聚丙烯酰胺絮凝劑作鉆井液處理劑,降低了鉆井液的滲透速度,提高了鉆孑L速度,縮短了鉆井液的攪拌時(shí)間,因而減少鉆井液攪拌和臺(tái)數(shù),提高黏土造漿率達(dá)30%~50%,。有時(shí),在堵水中需使用部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺。為了提高堵水出油的選擇性,交聯(lián)度要盡量低些。聚丙烯酰胺絮凝劑的相對(duì)分子質(zhì)量通常在(300—500)×10。之間,相對(duì)分子質(zhì)量的選擇以孔隙結(jié)構(gòu)的滲透率為依據(jù)。滲透率大于1D的堵層,聚合物相對(duì)分子質(zhì)量以300×10。左右為宜。滲透率更高時(shí),叮用(500~800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵層巖石的性質(zhì)有關(guān),灰?guī)r吸附能力強(qiáng),水解度應(yīng)高些,約為20%~30%,砂巖吸附能力低,水解度為5%~20%。
三、用作鉆井液調(diào)整劑和壓裂液添加劑
作為鉆井液調(diào)整劑,經(jīng)常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調(diào)節(jié)鉆井液的流變性,攜帶巖屑,潤(rùn)滑鉆頭,減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調(diào)制的鉆井液比重低,可減輕對(duì)油氣層的壓力和堵塞,容易發(fā)現(xiàn)油氣層,并有利于鉆井,鉆井速度比常規(guī)鉆井液高19%,比機(jī)械鉆速高45%左右。此外,還可大大減少卡鉆事故,減輕設(shè)備磨損,并能防止發(fā)生井漏和坍塌。
壓裂工藝是油田開(kāi)發(fā)致密層的重要增產(chǎn)措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯(lián)而成的壓裂液,因具有高黏度,低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩(wěn)定性好、殘?jiān)?、貨源廣、配制方便和成本低而被廣泛應(yīng)用。
在壓裂和酸化處理中,將聚丙烯酰胺絮凝劑配制成濃度為0.01%~4%的水溶液,泵入井下地層,使地層斷裂。聚丙烯酰胺絮凝劑水溶液具有增稠攜砂、降低壓裂液流失的作用。而且,聚丙烯酰胺有降阻作用,因而能使壓力的傳遞損失下降。
四、油井水泥外加劑
以AMPs與甲基丙烯酸、丙烯酰胺制備的三元共聚物,適用于各種鹽水鉆井液,起到良好的高溫緩凝作用。美國(guó):Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物,AMPS與N,N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復(fù)合物作為油井水泥外加劑,可有效地降低水鉆井液的高溫濾失量。
五、鉆井液處理劑
AMPs與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物,AMPS與丙烯酰胺和N,N一二甲基丙烯酰胺的共聚物,AMPS與腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆
井液和海水鉆井液中均具有較好的降濾失和抗溫、抗鹽能力。
黏土分散和其他因素造成的污染往往引起鉆井液的黏度增加,此時(shí)需要用降黏劑來(lái)控制鉆井液的流變性。常見(jiàn)的、用量最大的鉆井液降黏劑為鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽降黏劑(FCLS)。 AMPs與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鉆井液降黏劑取代FCLS,即保留了FcIJS良好的抗鹽性能和抗溫性能,又克服了FCIJS的毒性。研究表明,三元共聚物比二元共聚物的抗高價(jià)金屬離子的能力更強(qiáng)。
六、完井液和修井液添加劑
AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物,可用作配制海水、鹽水的增黏劑,使完井液黏度提高4倍以上,并且具有良好的熱穩(wěn)定性,克服了傳統(tǒng)聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點(diǎn)。
六、油田水處理劑
AMPs的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物,可用作油田污水處理的絮凝劑、污泥脫水劑和防垢阻垢劑,F(xiàn).Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 鈉組成的三元共聚物對(duì)硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用,其阻垢率均達(dá)到97%以 上。文獻(xiàn)資料表明,以AMPs共聚物作水處理劑具有用量少,效果優(yōu)于現(xiàn)有聚丙烯酰胺類水 處理劑的特點(diǎn)。
作用原理
聚丙烯酰胺產(chǎn)品在工業(yè)廢水處理方面主要作助凝劑或絮凝劑用,由于其分子鏈中含有一定量極性基因能吸附水中懸浮的固體粒子,使粒子間架 橋形成大的絮凝物。 它能夠加速懸浮液中的粒子的沉降,有非常明顯的加快溶液的澄清,促進(jìn)過(guò)濾等效果,廣泛用于化學(xué)工業(yè)廢水、廢液的處理。一般污水前段處理(氣浮或沉淀)用無(wú)機(jī)絮凝劑(PAC)和有機(jī)高分子絮凝劑(PAM)配合使用,而在后段處理是污泥脫水,用有機(jī)高分子絮凝劑(陽(yáng)離子聚丙烯酰胺)做污泥脫水藥劑使用,個(gè)別污水的污泥脫水也有選擇陰離子聚丙烯酰胺,這個(gè)要根據(jù)各廠實(shí)際情況做進(jìn)一步的確定。
絮凝過(guò)程是目前國(guó)內(nèi)外眾多水處理工藝中應(yīng)用最廣泛、最普遍的單元操作之一,是廢水處理過(guò)程中不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。絮凝效果的好壞往往決定了后續(xù)流程的運(yùn)行狀況、最終出水水質(zhì)和費(fèi)用,選擇何種絮凝劑,對(duì)于提高出水水質(zhì)、降低制水成本有著最為重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
工業(yè)廢水涉及行業(yè)眾多,污水的性質(zhì)千變?nèi)f化,在聚丙烯酰胺的藥劑選擇方面我們要根據(jù)實(shí)際水質(zhì)和工藝流程綜合考量,去做燒杯試驗(yàn)確定。經(jīng)檢測(cè)幾家化工廢水處理污泥脫水,有用到陽(yáng)離子度特別高的甚至在50以上的,也有用到低陽(yáng)離子聚丙烯酰胺,離子度只有20,看來(lái)污水的復(fù)雜性和工藝的復(fù)雜性越來(lái)越讓人難以用經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷選擇何種絮凝劑處理該行業(yè)污泥,只能具體問(wèn)題具體分析-------------
1)絮凝作用原理:PAM用于絮凝時(shí),與被絮凝物種類表面性質(zhì),特別是動(dòng)電位,粘度、濁度及懸浮液的PH值有關(guān),顆粒表面的動(dòng)電位,是顆粒阻聚的原因加入表面電荷相反的PAM,能使動(dòng)電位降低而凝聚。
2)吸附架橋:PAM分子鏈固定在不同的顆粒表面上,各顆粒之間形成聚合物的橋,使顆粒形成聚集體而沉降。
3)表面吸附:PAM分子上的極性基團(tuán)顆粒的各種吸附。
4)增強(qiáng)作用:PAM分子鏈與分散相通過(guò)種種機(jī)械、物理、化學(xué)等作用,將分散相牽連在一起,形成網(wǎng)狀。
聚丙烯酰胺在鉆井中的作用
聚丙烯酰胺PAM作為一種多功能添加劑.在油田鉆井工藝中用于泥漿的增調(diào)劑、穩(wěn)定劑和沉降絮凝制以改進(jìn)泥漿的流變性;能改進(jìn)懸浮顆粒的大小,提高懸浮力,加速原油的過(guò)濾、分離。作為土壤結(jié)構(gòu)成型劑,使井壁表面抗沖擊性能提高,鉆井通過(guò)啟層時(shí)使不易分散的液漿獲得高效的分離效果。使部分水解均聚丙烯酰胺與甲醛、乙二醛等發(fā)生羥甲基化反應(yīng)而生成側(cè)鏈含甲基的產(chǎn)物,在原油生產(chǎn)中可獲得滿意的效果。
在二次采油時(shí)將聚丙烯酰胺PAM注人鹽水中,可提高鹽水的噴射能力,從多孔的巖石表面有效地將原油萃取下來(lái)。在水~油乳液中加人聚丙烯酰胺PAM,可明顯地降低乳液的粘度。加人貯油池內(nèi),可降低油池表面的含水量,降低采用成本。在石油開(kāi)采中,可增加注人水的粘度,避免擊穿油層,提高采油率。在第三次采油中用作增稠劑,增加驅(qū)油能力,提高油床開(kāi)采效果。在油田領(lǐng)域內(nèi),更新的陰、陽(yáng)離子的聚丙烯酰胺PAM可用于保護(hù)注人的地下水從啟孔滲透并凝集回收原油,提高油井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性,控制水分向油層摻人。此外.PAM還用于壓裂液添加劑、潤(rùn)滑劑、降阻劑等。在油田化學(xué)中,聚丙烯酰胺PAM是多用途的添加劑,如鉆井液、洗井液、注水采油及提高采收率等都起著重要的作用。利用聚丙烯酰胺PAM線型大分子結(jié)構(gòu),在湍流狀態(tài)下很容易按流動(dòng)方向取向成長(zhǎng)線條狀,抑制湍流發(fā)展。PAM可作為降摩劑的理想材料,在原油的長(zhǎng)距離管道輸送中,加人0.lmg/L(原油量) PAM聚丙烯酰胺,就能大大地降低原油輸送阻力,從而降低能耗。
沉淀是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)生成了不溶于反應(yīng)物所在溶液的物質(zhì)。從字意上理解就是在重力作用下沉淀去除。污水中的懸浮物質(zhì),可以這是一種物理過(guò)程,簡(jiǎn)便易行,效果良好,是污水處理的重要技術(shù)之一。
根據(jù)懸浮物質(zhì)的性質(zhì)、濃度及絮聚丙烯酰胺凝性能,沉淀可以分為:自然沉淀,絮凝沉淀,區(qū)域沉淀。域沉淀的懸浮顆泣濃度較高(5000mg/L以上),顆粒的沉降受到周圍其它顆粒影響,顆粒間相對(duì)位置保持不變,形成一個(gè)整體共同下沉,與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中均有區(qū)域沉淀發(fā)生。廢水中懸浮固體濃度不高。二沉池污泥斗中的聚丙烯酰胺濃縮過(guò)程以及在濃縮池中污泥的濃縮過(guò)程存在壓縮沉淀。自由沉淀發(fā)生在水中懸浮固體濃度不高,沉淀過(guò)程懸浮固體之間互不干擾,顆粒各自單獨(dú)進(jìn)行沉淀,顆粒的沉淀軌跡呈直線。整個(gè)沉淀過(guò)程中,顆粒的物理性質(zhì),如形狀,大小及比重等不發(fā)生變化。這種顆粒在沉砂池中的沉淀是自由沉淀。聚丙烯酰胺廢水中懸浮固體濃度不高,而且不具有凝聚的性能,在沉淀過(guò)程中,固體顆粒不改變形狀,也不互相粘合,各自獨(dú)立地完成沉淀過(guò)程。(沉砂池和初沉池的初期沉淀)壓縮沉淀發(fā)生在高濃度懸浮顆粒的沉降過(guò)程中,由于懸浮顆粒濃度很高,顆粒相互之間已擠集成團(tuán)塊結(jié)構(gòu),互相接觸,互相支承,下層顆粒間的水在上層顆粒的重力作用下被擠出,使污泥得到濃縮。二沉池污泥斗中的濃縮過(guò)程以及在濃縮池中污泥的濃縮過(guò)程存在壓縮聚丙烯酰胺沉淀。絮凝沉淀是顆粒物在水中作絮凝沉淀的過(guò)程。在水中投加混凝劑后,其中懸浮物的膠體及分散顆粒在分子力的相互作用下生成絮狀體且在沉降過(guò)程中它們互相碰撞凝聚,其尺寸和質(zhì)量不斷變大,沉速不斷增加。懸浮物的去除率不但取決于沉淀速度,而且與沉淀深度有關(guān)。地面水中投加混凝劑后形成的礬花,生活污水中的有機(jī)懸浮物,活性污泥在沉淀過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)絮凝沉淀的現(xiàn)象。
1、顆粒狀聚丙烯酰胺絮凝劑不能直接投加到污水中。使用前必須先將它溶解于水,用其水溶液去處理污水。   2、溶解顆粒狀聚合物的水應(yīng)該是干凈(如自來(lái)水),不能是污水。常溫的水即可,一般不需要加溫。水溫低于5℃時(shí)溶解很慢。水溫提高溶解速度加快,但40℃以上會(huì)使聚合物加快降解,影響使用效果。一般自來(lái)水都適合于配制聚合物溶液。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高含鹽的水不適于用來(lái)配制。
3、聚合物溶液濃度的選擇,建議為0.1%—0.3%,即1升水中加1g—3g聚合物粉劑。
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