聚丙烯酰胺乳液的应用及市场分析

庄　斌，刘　敏

（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）

聚丙烯酰胺乳液的应用及市场分析

庄斌，刘敏

（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）

聚丙烯酰胺乳液是一种新型水溶性高分子化学品，广泛应用于石油开采、矿冶工业、造纸工业、水处理工业、纺织印染工业等领域，其市场需求由于下游行业的复苏、行业环保政策要求以及新兴市场的快速成长而持续增长。

聚丙烯酰胺乳液；应用；市场需求

聚丙烯酰胺作为一种水溶性高分子化学品，除广泛用于采油和环保行业外，其在造纸、选矿、洗煤、纺织、冶金等行业的市场需求也逐步平稳增长，且应用领域仍在不断扩展[1]。

聚丙烯酰胺乳液包括非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型等品种。从节能和环保方面分析，乳液型聚丙烯酰胺与固体粉状聚丙烯酰胺相比，具有合成时放热量小、换热快、产品的分子量高且分布较窄、不需干燥、没有水和气体排放等多种优势，具有重要的节能和环保意义。从使用效果和适应性分析，与传统固体粉状产品相比，聚丙烯酰胺乳液具有适用pH值范围更广、电荷稳定性更高、絮凝效果更好、用药量更少等一系列优点[1-3]。此外，聚丙烯酰胺乳液还具有电荷密度可选性大、溶解速度快、存放和使用方便等特点。

1　聚丙烯酰胺乳液的应用

1.1石油开采工业的应用

聚丙烯酰胺乳液在石油开采工业中的应用主要包括两个方面：作为凝聚剂应用于钻井作业中，也可应用在三次采油工艺中，对提高采油率有显著作用。另外在油田开采的常规作业中，如钻井、完井、固井、压裂等主要工序，起到增粘、降滤失、流变调节、胶凝、分流、剖面调整等作用。如在钻采过程中，分子量为300万～600万范围的聚丙烯酰胺乳液可用作絮凝包被剂。目前在国内石油开采工业，聚丙烯酰胺作为三次采油的驱油剂，约占驱油剂消费总量的60%。大庆、胜利、中原、华北、辽河、大港等国内大型油田已全面进入开采中后期，其采出油综合含水率日趋提高[2-3]。为了稳定油田采出产量而采用三次采油工艺，提高采油率，保证油田稳产，大庆油田等大型油田企业对聚合物驱油技术进行了工业化推广，取得了较好的增油效果，1吨聚丙烯酰胺可增产178.7吨原油。大庆油田2015年消费的聚丙烯酰胺超过10万吨。此外，海上油田的开采也进入快速发展期，随着海上油田开采占比的不断增大，聚丙烯酰胺乳液也将得到快速发展。

1.2矿冶工业的应用

在采矿、选矿和冶金等矿冶工业中，聚丙烯酰胺乳液也被普遍应用。聚丙烯酰胺乳液不但可以分离矿物和矿石，也可作为絮凝剂应用于废水处理、密封采矿管道等。由于定价结构的复杂性，南美的钴、煤、铜、黄金、钻石和铁矿砂的市场需求在逐步增加，这也推动了全球聚丙烯酰胺市场需求的增长。在此过程中水的使用量很大，且常需回收水中的有用固体，并将废水净化处理后循环使用。聚丙烯酰胺乳液作为絮凝剂和助滤剂，可促进有用固体矿物的快速沉降，加速细粒物料的浓缩、液体的澄清和泥饼的脱水，进而提高了生产效率，减少了尾矿流失和水的消耗，降低了设备投资和加工成本，对减少环境污染有显著效果。铀矿的提取是聚丙烯酰胺乳液较早的应用领域，采用酸或磺酸盐溶液沥取铀矿石时，在浓缩和过滤沥取物的过程中，添加聚丙烯酰胺乳液后效果非常明显。在选煤厂中，聚丙烯酰胺乳液主要用于两方面：一是在煤泥水深度净化浓缩机中，聚丙烯酰胺作为絮凝剂，可以加速煤泥的沉降，降低溢流水浓度；二是在真空过滤机或压滤机中，可优化滤饼结构，降低滤饼中水含量，提高过滤速度[3-5]。

1.3造纸工业的应用

相对于发展成熟的欧洲和北美市场，造纸行业在南美、中国、印度及其它亚太市场的需求有较大增长。这也促使用于该行业的聚丙烯酰胺乳液市场需求较为稳定。聚丙烯酰胺乳液在造纸工业中的应用主要表现在两个方面：一是通过提高填料、颜料等的存留率，降低了原材料的流失并减少了对环境的污染；二是提高纸张的强度。聚丙烯酰胺乳液用作分散剂，可以明显改善纸张的均匀度，降低纸料的打浆度，促进长纤维的分散性，提高纸浆液的稳定性，增强填料和颜料的粘结性；作为增强剂，能明显提高纸张的强度，提升纸张的抗撕性和多孔性，并改进视觉及其印刷性能；作为助留剂、滤水剂、沉降剂，能提升填料粒子和细小纤维的存留率，加快脱水速度，减少纤维流失，并使过滤和沉淀等回收设备的效率明显提高，同时减少环境污染[4-6]。研究表明，在纸浆中添加0.25%～0.5%的聚丙烯酰胺，可使纸浆沉淀速度提高60倍，且白水悬浮物可降至50mg/L以下。当添加量为0.3%，温度为60℃，时间为1.5h时，增强效果最好。此外，聚丙烯酰胺乳液也经常应用于造纸工业的废水处理和纤维回收。在造纸废水处理中，改性聚丙烯酰胺乳液添加量为0.75mg/kg，复配的聚合氯化铝添加量为100mg/kg时，COD去除率高达85%以上。

1.4水处理工业的应用

近年来，随着国家环保力度的逐步加大，聚丙烯酰胺乳液用作污水处理剂和污泥脱水剂的市场需求量稳步增长。在水处理工业中，聚丙烯酰胺乳液的酰胺基可与很多物质发生亲和、吸附作用而生成氢键，因此可作为一种性能良好的絮凝剂，广泛应用在原水处理、城市污水处理、工业废水处理等方面。高分子量的聚丙烯酰胺乳液可使被吸附的粒子间发生“桥联”作用，进而生成絮团，促使微粒沉降。此种絮凝剂适应范围广、添加量小、效率高、产生的泥渣少、后处理方便，对某些情况具有特殊的价值。在使用铝盐、铁盐等无机混凝剂、絮凝剂的污水处理系统中，如水处理量超过澄清池的处理能力或由于其它因素使水中絮体未来得及沉降而发生外漂现象时，添加约0.1～2mg/m3的聚丙烯酰胺乳液，可显著提升沉降效果，处理后水的COD和色度等指标会有明显改善，但须满足所使用的无机混凝剂或絮凝剂与其有较好的适配性。在污泥浓缩方面，添加约0.3～2mg/m3的聚丙烯酰胺乳液可降低生化池和污泥浓缩池内污泥与水的比例，使生化池和污泥浓缩池的利用率显著提高，而且污泥浓度也从3～10g/L增加到30～100g/L，使进入后续污泥脱水过程的污泥量大为减少，提高了脱水设备和工人的工作效率[4-6]。另外，聚丙烯酰胺乳液在市政污水处理和工业废水处理领域也占有一定的份额。日益严格的环保法规促进了水处理工业的发展，市政污水处理领域表现出稳定的增长趋势。北非地区如摩洛哥、阿尔及利亚、埃及和突尼斯等国家已成为市政污水处理的新兴市场。沙特阿拉伯和卡塔尔等西亚国家也逐渐加大投资水处理工业。另外，煤炭开采和热电站建设在工业废水处理方面也提供了较大的市场空间，而对中水回用技术的日益关注也是一个新的增长点。

1.5纺织印染工业的应用

在纺织工业中，聚丙烯酰胺乳液作为织物的整理剂和上浆剂，可以形成柔顺、防皱、耐霉菌的保护层。利用其吸湿性强的特点，以及良好的成膜性、浆膜的光滑度、对纤维良好的亲和性、高强低弹性、与天然合成浆料优良的互溶性使纺细纱时的断线率大大降低，且可防止织物的静电和阻燃[5]。用作印染助剂时，聚丙烯酰胺乳液可提高印染物的附着牢度及鲜艳度，还可作为匀染剂（纺织助剂）和漂白的非硅高分子稳定剂等。此外，聚丙烯酰胺乳液还可用于纺织印染污水的高效净化剂、脱色剂等。研究显示，当pH=5时，对于分散染料，当聚丙烯酰胺添加量为10mg/L，其脱色率可达31%；当添加量增加到100mg/L，脱色效果达到最佳值92.2%；对于碱性品红和酸性红染料，当添加量为100mg/L时，脱色率可分别达到73.6%和84%。

2　国内外市场预测分析

2.1全球市场预测分析

尽管2009年受金融危机的影响，全球聚丙烯酰胺市场呈现短暂衰退迹象，但2011年后开始逐渐回暖，至2014年底，市场规模达到约25.1亿美元。市场发展的主要动力来自于下游行业的复苏、行业环保政策要求与产品相关技术服务带来的利润以及新兴市场的快速成长等。

截止到2014年底，全球聚丙烯酰胺乳液的产能约近40万吨，其中美国产能约为10万吨，西欧产能约为14万吨，日本产能约为4万吨，其他国家和地区产能约为12万吨。全球聚丙烯酰胺乳液的主要生产企业有法国爱森集团（SNF）、芬兰凯美拉公司（Kemira）、日本DiaNitrix株式会社、美国亚什兰公司和德国巴斯夫公司等。全球聚丙烯酰胺乳液的消费量约为39万吨，总需求与总产能基本相同。预计未来几年，全球聚丙烯酰胺乳液在水处理、石油开采、造纸、采矿及其它应用领域的消费市场将以约7.0%的年均复合增长率持续增长。全球聚丙烯酰胺乳液消费情况见表1。

2.2国内市场预测分析

目前，我国聚丙烯酰胺乳液的主要应用领域为石油开采、水处理、造纸、采矿等。其消费结构为：石油开采占60%，水处理占18%，造纸占12%，采矿占4%，其它占6%。石油开采是目前我国聚丙烯酰胺乳液最大的消费领域，其消费量占国内总消费量的60%。水处理是我国聚丙烯酰胺乳液的第二大消费领域，我国城市污水处理率不足30%，工业水的重复利用率为60%，工业废水处理率为77%，与发达国家相比差距很大[4-6]。聚丙烯酰胺乳液作为絮凝剂在我国城市水处理以及化工、冶金、造纸、印染、煤炭、建材等行业的废水处理用量将不断增长，另外也可应用在高吸水性树脂、水泥增强剂、粘合剂、皮革复鞣剂等领域。

表1　全球聚丙烯酰胺乳液消费情况

目前，我国聚丙烯酰胺乳液的产能较低，截止到2014年底，我国聚丙烯酰胺乳液的产能约为6万吨，较大产能的生产企业主要有新乡市聚创化工有限公司、爱森（中国）絮凝剂有限公司、大庆油田炼化分公司等。我国聚丙烯酰胺乳液的消费量约为14万吨，产能与消费量相比较低，大部分需要从国外进口。预计未来几年，我国聚丙烯酰胺乳液在石油开采、水处理、造纸、采矿及其它应用领域的消费市场将以约11%的年均复合增长率持续增长。我国聚丙烯酰胺乳液消费情况见表2。

表2　我国聚丙烯酰胺乳液消费情况

3　结论

聚丙烯酰胺乳液作为一种新型水溶性高分子化学品，与传统的固体粉状产品的生产工艺相比，乳液聚合工艺在后处理过程中省去了聚合物胶体的切割、造粒、干燥等工序，不但减少了设备投资，简化了流程，而且节能降耗效果显著，且其最大限度地减少了粉尘污染和污水排放等，对环境影响较小，具有重要的节能和环保意义。另外，其具有电荷密度可选性大，溶解速度快，存放和使用方便、适用pH值范围更广，电荷稳定性更高，絮凝效果更好，用药量更少等一系列优点，使其在石油开采、矿冶工业、造纸工业、水处理工业、纺织印染工业等领域具有较好的市场前景。

[1]单伟，张学佳，那荣喜，等.聚丙烯酰胺生产技术及其应用[J].安徽化工，2010，36（1）：13-17.

[2]宋晓芳，夏燕敏，苏智青，等.反相乳液聚丙烯酰胺的合成及其在油田上的应用[J].广东化工，2015（6）：102-103.

[3]刘音，常青，于富美，等.聚丙烯酰胺在油田生产中的应用[J].石油化工应用，2014，33（4）：9-11.

[4]王永贵.反相微乳液法合成阳离子型和两性聚丙烯酰胺[D].西安：西北大学，2012.

[5]李文红.聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合及其应用的研究[D].武汉：武汉科技大学，2005.

[6]冯维红.两性聚丙烯酰胺反相微乳液的制备及其性能研究[D].济南：山东大学，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

庄斌（1982-），男，毕业于合肥工业大学，工程师，从事化工工艺设计工作，13695602188，18529027@qq.com。