摘要：本文对3500万分子量聚丙烯酰胺生产过程中不溶物的产生机理及其对产品在采油应用的影响进行了分析，确定了消减不溶物含量的关键生产控制措施。
1、工艺简介
扩能聚丙烯酰胺装置采用的均聚后水解工艺是由大庆炼化公司研究院自主开发成功的，共分溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等七个主要工序，采用丙烯酰胺（AM）均聚成胶，经造粒后加入粒碱进行后水解的核心工艺，螺杆式预研磨机对胶体进行预切割有利于胶体的造粒，振动式流化床干燥器对产品进行两段干燥，可进一步提高产品的质量。
2、不溶物产生机理
聚丙烯酰胺（PAM）有个重要化学性质，就是加热到150℃以上时，放出大量的氨而成为不溶于水的固体物，其主要原因是发生分子间和分子内的亚胺化交联反应，发生凝胶现象。
3、控制不溶物产生措施
为避免发生凝胶化反应，需要在溶解、聚合、水解、干燥等工序，按照精益指标要求，精细管理、精心操作。
3.1 提高单体AM质量
3.1.1 减少杂质含量
亚胺化反应一般在150℃以上的高温下才能发生，但是在聚合物中杂质含量等不同外界条件的影响下，较低的温度即可产生亚胺化反应，所以要控制单体中NTPA、低聚物、铜铁离子等杂质的含量。
3.1.2 控制PH值范围
很多实验指出，pH值较低时，聚丙烯酰胺溶解性能差；随着pH值的升高，溶解性变好，因此选择单体pH值在6-7之间。
措施：车间用脱盐水稀释单体，并用醋酸调节pH值至5.8-6.2范围内，而且采用在线及便携式PH计进行对比校正，保证PH值测量的准确性。
3.2 优化聚合操作
3.2.1 低温聚合
低温聚合就是，引发温度低，聚合的较高温度也低，所以可以防止聚合过程中高温凝胶化反应的产生。但是低温聚合在一般情况下聚合热的放热速度缓慢，也就是聚合速度慢，所以聚合所需要的时间就要延长。
3.2.2 控制单体、引发剂、链转移剂浓度
丙烯酰胺水溶液的聚合热为82.8KJ/mol，相对来说，放热甚大，当单体浓度偏高时会发生自动加速效应，导致爆聚，温度偏高。歧化终止的聚合物端基带有双键，会继续参与聚合反应或发生向聚合物大分子链转移，形成交联产物，溶解性变差，所以生产3500万分子量产品时，可以适当降低单体浓度，减少单体之间的交联反应几率，从而减少不溶物的产生。
3.2.3 调节催化剂加入时间间隔
生产2500万分子量聚丙烯酰胺时，偶氮类引发剂与氧化还原类引发剂的加入时间间隔是20分钟；在生产3500万分子量聚丙烯酰胺时，将时间间隔延长至30分钟；从而保证双氮在单体中分散均匀，避免局部自由基偏多，反应速度过快，导致温度偏高，发生凝胶化反应。
3.3 优化水解操作
3.2.1 延长水解时间
当水解时间小于110分钟时，胶体与粒碱接触不充分，部分未进行水解反应，导致水解度偏低，不溶物偏多。
3.2.2 保证水解温度
当水解温度低于87℃时，水解速率变慢，水解度偏低，导致不溶物偏多。
措施：要求水解温度大于87℃。
3.2.3 控制SPAN配比
SPAN作为一种分散剂，可以使胶粒保持良好的流动性不粘连，但如果过量使用会使在胶粒外表面形成隔离层，使胶粒与粒碱的接触面积减少，从而阻碍两者充分反应，反应不完全造成产品不溶物指标升高。
措施：控制一次配比，SPAN质量浓度为0.4%。
3.4 消除高温干燥而产生凝胶化反应
聚丙烯酰胺的干燥过程也和其他固体物质的干燥过程一样有水份的自由蒸发阶段和扩散控制阶段，在两个干燥阶段之间有一个临界点，PAM胶冻的干燥过程中临界点约在含水率20%-40%之间，颗粒度小，物料密度松散时临界点的含水率也低，经一次造粒后，胶体大小在3-6mm之间，此时，临界点含水率约在30%。物料在自由蒸发阶段，被干燥物的温度近似于湿球温度，因此物料本身的温度不上升，也因为这样不会发生高温凝胶化反应。
3.4.1 降低二段干燥器风温
在其他条件不变的情况下，每降低10℃干燥风温，不溶物平均值下降0.05左右。因风温下降，干燥速度下降，产量下降，每降低10℃干燥风温，产量约下降5吨/天。
措施：控制二段风温在130℃以下。
3.4.2 控制床层高度
当床层高度大于250mm时，物料在干燥内停留时间偏长，导致过分干燥，发生亚胺化交联反应。
措施：控制床层高度为180-220mm。
3.5 其他因素
由于工业生产中会带入杂质，这些杂质也是不溶解于水，导致测量时不溶物值偏高，扩能装置生产中杂质主要有：软连接、铁屑、包装袋、沙粒等。
4、采油中的应用
聚合物驱油的机理是利用聚合物溶液具有较高粘度的特点，降低水相的渗透率，有效地控制水的流动性，扩大驱替相的波及体积，提高微观驱油效率，从而达到提高原油采收率的目的。
如果不溶物含量超标，就会使聚丙烯酰胺固体溶胀速度变慢，溶解时间变长，而且降低了聚丙烯酰胺溶液的流变性，导致溶解速度慢，采收率低。
5、总结
聚丙烯酰胺产品诸多性质中，水溶性是关键问题之一，因此在研制PAM中需要考虑，产品一定要具有良好的水溶性能。我查阅了数量有限的部分文献，发现大部分认为凝胶化反应的主要原因是，聚合及干燥过程中受高温及单体中含有有害杂质所致。通过上述控制措施，经过一年多的实际生产摸索，能够将3500万分子量产品的不溶物指标平均值控制0.2%以下，全月不溶物合格率能够达到90%。
所以在本文中总结了所提出的各类措施，可以在工作中作参考，继续进行相关实验论证。但是从一般的概念来看间，有着相对均聚物来说，聚合物的溶解性能和其他一些重要性能之间。有着相互制约的关系，所以采用某种改善产品的溶解性能的措施时，需要同时考虑产品的综合性能。
