丙烯酰胺的生产技术进展

丙烯酰胺的生产技术进展

摘要：

丙烯酰胺是一种酰胺类化合物，丙烯酰胺其实并不能发挥任何的工业利用作用，丙烯酰胺产量的90%以上用于生产丙烯酰胺均聚物或共聚物。在世界范围内

丙烯酰胺的工业生产中，不管是化学法还是生化法的生产方式都是以丙烯腈为原料，在特定的温度、压力和催化剂条件下与水发生水合反应制备丙烯酰胺。

关键词：丙烯酰胺；生产技术；进展

前言

一般来说，丙烯酰胺的生产方式有两种，分别是硫酸水合法和铜催化水合法。硫酸水合法过程繁琐，而后者由于加成反应，加成反应物较少。以丙烯浓缩物为

原料，采用酶催化法合成丙烯酰胺。产品纯度高，选择性好。当下，世界上聚丙

烯酰胺是以丙烯为原料生产的，该工艺包括三个步骤；合成丙烯腈与合成丙烯酰

胺聚丙烯酰胺单体聚合。丙烯酰胺的合成包括硫酸水合成法、催化水法和生化法。

1.丙烯酰胺的工业生产状况

化学法是国外生产烯酰胺单体生产装置的主要选择，具有极高的技术覆盖率，少部分选择生化法技术。提高丙烯腈的转化率和选择性，简化工艺，减少含腈废

水的流出量，提高产品质量，是丙烯酰胺生产技术的发展趋势。国内化学法丙烯

酰胺生产工艺起步较晚。近年来，国内生化法生产丙烯酰胺的技术发展迅速。从

20世纪80年代中期开始，我国开始研究用生化法生产丙烯酰胺。上海交通大学、北京微生物研究所、石油化工研究所、上海生化工业研究中心等高校和科研部门

先后开展了这项研究工作。

1.丙烯酰胺的生产技术

2.1硫酸水合法

美国氰胺公司使用丙烯腈和具有相同摩尔比的水在80–100度的硫酸存在下

水合丙烯酰胺硫酸盐，然后用氨或者烧碱再或者生石灰中和，结晶并分离丙烯酰

胺产品和硫酸铵副产品。这种方法的优点是易于生产结晶单体。硫酸过程是一个

间歇过程，过程复杂，消耗酸、碱和腐蚀设备。其生产成本高，产品纯度低，易

发生副反应。主要生产b-丙烯腈，在聚合过程中进一步生产b-氰基丙烯酸乙酯。后者是一种低分子量的水不溶性物质，影响聚丙烯酰胺的性能。

2.2催化水合物

美国和日本先后开发了以框架铜为催化剂，丙烯腈与水直接反应制备丙烯酰

胺的工艺。目前，世界上丙烯酰胺的生产主要采用催化水法，采用骨架铜。骨架

铜催化剂采用Cu\uCr合金、Cu-Ni合金、Cu-Al-Zn合金等。反应器采用浮床和

固定床。以美国陶氏化学公司为代表的连续催化固定床工艺采用Cu-Cr催化剂，

我国目前采用的是Cu-Al-Zn骨架铜催化剂连续催化固定床工艺。南非的企业开

发了一种从丙烯腈生产丙烯酰胺的单级工艺。2000年初期，年产五千吨工业装置

投产。虽然化学反应包括丙烯腈和氧化铜催化剂作用下的水解反应，但应使用催

化蒸馏工艺生产35%-50%丙烯酰胺的水溶液，没有副产品产生。相比之下，标准

化固定床工艺使用三个反应器段生产约20%的丙烯酰胺溶液和4%的非活性丙烯腈，这些溶液需要经过清洗和浓缩后才能投放市场。与此同时，产生不需要的丙烯酰

胺和丙烯酸。在这种工艺中，把丙烯腈和氧化水添加到催化蒸馏塔的顶部pH值，因为停留的时间不长，在沸器中的聚合受到抑制。它可以避免副产品的产生。一

旦生产出重产品，它们就会掉落并从塔的底部移除。未传递的材料和塔的上部循环，直到改造。新工艺的投资成本约为固定床装置的二分之一，运行成本相对来

说也不高，大概是在25%

2.3生化法

生化法，也就是生物酶催化水合法，利用生物酶作为催化剂和细胞固定化技术，通过含有固体酶丙烯酰胺的生物反应器生产丙烯腈水溶液。生物酶催化剂是

继骨架铜氧化剂之后的第三代技术，具有三大特点，分别是高选择性、高清洁度

和高收率。此外，丙烯腈反应完全，不会产生副产物，反应条件温和，低耗能，

三废少。丙烯酰胺采用生化法生产，将丙烯腈、原水和固定化生物氧化剂混合成

氢化溶液，通过催化反应分离废催化剂，就能产生丙烯酰胺产品。这种生产方式具有常温常压下反应、设备简单、操作安全等特征。具有非常高的单向转化率，可以不用分离回收无规丙烯腈；该酶的特殊性能使其选择性非常高，没有其它多余的反应。使用J-1菌株时，反应温度5～15℃，pH值7～8，反应范围内丙烯腈浓度1～2%，丙烯腈转化率99.99%，丙烯酰胺选择性99.98%，反应器厨房丙烯酰胺浓度近50%，失活酶催化剂用量，从系统排出的小于产品的0.1%，因此无需置换处理，分离精制操作非常简单，产品浓度高，不需要进行质量浓缩操作。整体的工艺操作过程都很简便，对小规模批量生产非常有利。

中国上海生化研究中心也对总酶活性达到国际水平的菌株进行了调查。用于油田三次采油的微生物聚丙烯酰胺工业技术填补了国内空白，年产量也得到了大幅大的提升。俄罗斯还开发了丙烯腈催化法生产丙烯酰胺的工业方法，并建造了性能为2.4倍10的工业装置。该方法适用于高活性、高热稳定性的含有腈水合酶的Rhodochrousj-3菌株。

结束语

不同的丙烯酰胺生产工艺，也各有优缺点和适用性。由于化学法丙烯酰胺生产装置规模较大，与生化法相比，综合能耗和生产成本优势明显，生产工艺成熟可靠，产品质量稳定良好，适应性强。但生化规律受单位规模的制约，适用的规模有限，而且生产成本也相对较高，耗能还大。所以，综合比较化学丙烯酰胺生产技术在很多方面都比生化丙烯酰胺生产技术更加优秀。

参考文献

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