聚丙烯酰胺乳液的應用及市場分析

莊　斌，劉　敏

（安徽省化工設計院，安徽合肥230009）

聚丙烯酰胺乳液的應用及市場分析

莊斌，劉敏

（安徽省化工設計院，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品，廣泛應用于石油開采、礦冶工業、造紙工業、水處理工業、紡織印染工業等領域，其市場需求由于下游行業的復蘇、行業環保政策要求以及新興市場的快速成長而持續增長。

聚丙烯酰胺乳液；應用；市場需求

聚丙烯酰胺作為一種水溶性高分子化學品，除廣泛用于采油和環保行業外，其在造紙、選礦、洗煤、紡織、冶金等行業的市場需求也逐步平穩增長，且應用領域仍在不斷擴展[1]。

聚丙烯酰胺乳液包括非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性離子型等品種。從節能和環保方面分析，乳液型聚丙烯酰胺與固體粉狀聚丙烯酰胺相比，具有合成時放熱量小、換熱快、產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勢，具有重要的節能和環保意義。從使用效果和適應性分析，與傳統固體粉狀產品相比，聚丙烯酰胺乳液具有適用pH值范圍更廣、電荷穩定性更高、絮凝效果更好、用藥量更少等一系列優點[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。

1　聚丙烯酰胺乳液的應用

1.1石油開采工業的應用

聚丙烯酰胺乳液在石油開采工業中的應用主要包括兩個方面：作為凝聚劑應用于鉆井作業中，也可應用在三次采油工藝中，對提高采油率有顯著作用。另外在油田開采的常規作業中，如鉆井、完井、固井、壓裂等主要工序，起到增粘、降濾失、流變調節、膠凝、分流、剖面調整等作用。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。目前在國內石油開采工業，聚丙烯酰胺作為三次采油的驅油劑，約占驅油劑消費總量的60%。大慶、勝利、中原、華北、遼河、大港等國內大型油田已全面進入開采中后期，其采出油綜合含水率日趨提高[2-3]。為了穩定油田采出產量而采用三次采油工藝，提高采油率，保證油田穩產，大慶油田等大型油田企業對聚合物驅油技術進行了工業化推廣，取得了較好的增油效果，1噸聚丙烯酰胺可增產178.7噸原油。大慶油田2015年消費的聚丙烯酰胺超過10萬噸。此外，海上油田的開采也進入快速發展期，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展。

1.2礦冶工業的應用

在采礦、選礦和冶金等礦冶工業中，聚丙烯酰胺乳液也被普遍應用。聚丙烯酰胺乳液不但可以分離礦物和礦石，也可作為絮凝劑應用于廢水處理、密封采礦管道等。由于定價結構的復雜性，南美的鈷、煤、銅、黃金、鉆石和鐵礦砂的市場需求在逐步增加，這也推動了全球聚丙烯酰胺市場需求的增長。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使用。聚丙烯酰胺乳液作為絮凝劑和助濾劑，可促進有用固體礦物的快速沉降，加速細粒物料的濃縮、液體的澄清和泥餅的脫水，進而提高了生產效率，減少了尾礦流失和水的消耗，降低了設備投資和加工成本，對減少環境污染有顯著效果。鈾礦的提取是聚丙烯酰胺乳液較早的應用領域，采用酸或磺酸鹽溶液瀝取鈾礦石時，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；二是在真空過濾機或壓濾機中，可優化濾餅結構，降低濾餅中水含量，提高過濾速度[3-5]。

1.3造紙工業的應用

相對于發展成熟的歐洲和北美市場，造紙行業在南美、中國、印度及其它亞太市場的需求有較大增長。這也促使用于該行業的聚丙烯酰胺乳液市場需求較為穩定。聚丙烯酰胺乳液在造紙工業中的應用主要表現在兩個方面：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環境的污染；二是提高紙張的強度。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，促進長纖維的分散性，提高紙漿液的穩定性，增強填料和顏料的粘結性；作為增強劑，能明顯提高紙張的強度，提升紙張的抗撕性和多孔性，并改進視覺及其印刷性能；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備的效率明顯提高，同時減少環境污染[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。當添加量為0.3%，溫度為60℃，時間為1.5h時，增強效果最好。此外，聚丙烯酰胺乳液也經常應用于造紙工業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，復配的聚合氯化鋁添加量為100mg/kg時，COD去除率高達85%以上。

1.4水處理工業的應用

近年來，隨著國家環保力度的逐步加大，聚丙烯酰胺乳液用作污水處理劑和污泥脫水劑的市場需求量穩步增長。在水處理工業中，聚丙烯酰胺乳液的酰胺基可與很多物質發生親和、吸附作用而生成氫鍵，因此可作為一種性能良好的絮凝劑，廣泛應用在原水處理、城市污水處理、工業廢水處理等方面。高分子量的聚丙烯酰胺乳液可使被吸附的粒子間發生“橋聯”作用，進而生成絮團，促使微粒沉降。此種絮凝劑適應范圍廣、添加量小、效率高、產生的泥渣少、后處理方便，對某些情況具有特殊的價值。在使用鋁鹽、鐵鹽等無機混凝劑、絮凝劑的污水處理系統中，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生外漂現象時，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和色度等指標會有明顯改善，但須滿足所使用的無機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，使進入后續污泥脫水過程的污泥量大為減少，提高了脫水設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廢水處理領域也占有一定的份額。日益嚴格的環保法規促進了水處理工業的發展，市政污水處理領域表現出穩定的增長趨勢。北非地區如摩洛哥、阿爾及利亞、埃及和突尼斯等國家已成為市政污水處理的新興市場。沙特阿拉伯和卡塔爾等西亞國家也逐漸加大投資水處理工業。另外，煤炭開采和熱電站建設在工業廢水處理方面也提供了較大的市場空間，而對中水回用技術的日益關注也是一個新的增長點。

1.5紡織印染工業的應用

在紡織工業中，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、耐霉菌的保護層。利用其吸濕性強的特點，以及良好的成膜性、漿膜的光滑度、對纖維良好的親和性、高強低彈性、與天然合成漿料優良的互溶性使紡細紗時的斷線率大大降低，且可防止織物的靜電和阻燃[5]。用作印染助劑時，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pH=5時，對于分散染料，當聚丙烯酰胺添加量為10mg/L，其脫色率可達31%；當添加量增加到100mg/L，脫色效果達到最佳值92.2%；對于堿性品紅和酸性紅染料，當添加量為100mg/L時，脫色率可分別達到73.6%和84%。

2　國內外市場預測分析

2.1全球市場預測分析

盡管2009年受金融危機的影響，全球聚丙烯酰胺市場呈現短暫衰退跡象，但2011年后開始逐漸回暖，至2014年底，市場規模達到約25.1億美元。市場發展的主要動力來自于下游行業的復蘇、行業環保政策要求與產品相關技術服務帶來的利潤以及新興市場的快速成長等。

截止到2014年底，全球聚丙烯酰胺乳液的產能約近40萬噸，其中美國產能約為10萬噸，西歐產能約為14萬噸，日本產能約為4萬噸，其他國家和地區產能約為12萬噸。全球聚丙烯酰胺乳液的主要生產企業有法國愛森集團（SNF）、芬蘭凱美拉公司（Kemira）、日本DiaNitrix株式會社、美國亞什蘭公司和德國巴斯夫公司等。全球聚丙烯酰胺乳液的消費量約為39萬噸，總需求與總產能基本相同。預計未來幾年，全球聚丙烯酰胺乳液在水處理、石油開采、造紙、采礦及其它應用領域的消費市場將以約7.0%的年均復合增長率持續增長。全球聚丙烯酰胺乳液消費情況見表1。

2.2國內市場預測分析

目前，我國聚丙烯酰胺乳液的主要應用領域為石油開采、水處理、造紙、采礦等。其消費結構為：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聚丙烯酰胺乳液最大的消費領域，其消費量占國內總消費量的60%。水處理是我國聚丙烯酰胺乳液的第二大消費領域，我國城市污水處理率不足30%，工業水的重復利用率為60%，工業廢水處理率為77%，與發達國家相比差距很大[4-6]。聚丙烯酰胺乳液作為絮凝劑在我國城市水處理以及化工、冶金、造紙、印染、煤炭、建材等行業的廢水處理用量將不斷增長，另外也可應用在高吸水性樹脂、水泥增強劑、粘合劑、皮革復鞣劑等領域。

表1　全球聚丙烯酰胺乳液消費情況

目前，我國聚丙烯酰胺乳液的產能較低，截止到2014年底，我國聚丙烯酰胺乳液的產能約為6萬噸，較大產能的生產企業主要有新鄉市聚創化工有限公司、愛森（中國）絮凝劑有限公司、大慶油田煉化分公司等。我國聚丙烯酰胺乳液的消費量約為14萬噸，產能與消費量相比較低，大部分需要從國外進口。預計未來幾年，我國聚丙烯酰胺乳液在石油開采、水處理、造紙、采礦及其它應用領域的消費市場將以約11%的年均復合增長率持續增長。我國聚丙烯酰胺乳液消費情況見表2。

表2　我國聚丙烯酰胺乳液消費情況

3　結論

聚丙烯酰胺乳液作為一種新型水溶性高分子化學品，與傳統的固體粉狀產品的生產工藝相比，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，不但減少了設備投資，簡化了流程，而且節能降耗效果顯著，且其最大限度地減少了粉塵污染和污水排放等，對環境影響較小，具有重要的節能和環保意義。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，電荷穩定性更高，絮凝效果更好，用藥量更少等一系列優點，使其在石油開采、礦冶工業、造紙工業、水處理工業、紡織印染工業等領域具有較好的市場前景。

[1]單偉，張學佳，那榮喜，等.聚丙烯酰胺生產技術及其應用[J].安徽化工，2010，36（1）：13-17.

[2]宋曉芳，夏燕敏，蘇智青，等.反相乳液聚丙烯酰胺的合成及其在油田上的應用[J].廣東化工，2015（6）：102-103.

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

[4]王永貴.反相微乳液法合成陽離子型和兩性聚丙烯酰胺[D].西安：西北大學，2012.

[5]李文紅.聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合及其應用的研究[D].武漢：武漢科技大學，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].濟南：山東大學，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，畢業于合肥工業大學，工程師，從事化工工藝設計工作，13695602188，18529027@qq.com。