丙烯酰胺的常規(guī)化學(xué)生產(chǎn)法有硫酸水合法和銅催化水合法兩種，前者工藝過(guò)程復(fù)雜，后者因反應(yīng)中會(huì)生成加成反應(yīng)而含有少量加成反應(yīng)物。用酶催化丙烯腈生產(chǎn)丙烯酰胺，產(chǎn)品純度高，選擇性好。目前世界上聚丙烯酰胺都是由丙烯出發(fā)制取的，其過(guò)程包括3個(gè)步驟：合成丙烯腈→合成丙烯酰胺→聚丙烯酰胺單體聚合。丙烯酰胺的合成有硫酸水合法、催化水合法和生化法。

1.硫酸水合法

美國(guó)氰胺公司采用等摩爾比的丙烯腈和水，在有硫酸并于80-100℃的條件下進(jìn)行水合，先生成丙烯酰胺硫酸鹽，然后再用氨(或燒堿、生石灰)中和，結(jié)晶分離出丙烯酰胺產(chǎn)品和副產(chǎn)品硫酸銨。該法優(yōu)點(diǎn)是易制得結(jié)晶單體。

硫酸法是間歇操作，流程復(fù)雜，過(guò)程中耗用酸、堿，腐蝕設(shè)備，生產(chǎn)成本高，且產(chǎn)品純度低，容易產(chǎn)生副反應(yīng)，主要生成β-羥基丙烯腈，β-羥基丙烯腈在聚合過(guò)程中進(jìn)一步生成β-氰乙基丙烯酸酯，后者是一種低分子的水不溶物，它的存在影響了聚丙烯酰胺的性能惡化。

2.催化水合法

美、日兩國(guó)先后開(kāi)發(fā)了利用骨架銅作催化劑，丙烯腈與水直接反應(yīng)生成丙烯酰胺的工藝，美國(guó)道氏化學(xué)公司和日本三井東亞化學(xué)公司率先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

催化水合法與硫酸水合法相比，其產(chǎn)品純度高，基本無(wú)三廢，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前世界上主要采用催化水合法生產(chǎn)丙烯酰胺。采用的骨架銅催化劑是二元或三元以上的合金，經(jīng)堿處理后溶解掉一部分，留下活潑態(tài)的金屬成為骨架銅。骨架銅催化劑有Cu-Cr合金、Cu-Ni合金及Cu-Al-Zn合金等。反應(yīng)器采用懸浮床或固定床。以美國(guó)道氏化學(xué)公司為代表的固定床連續(xù)催化工藝，采用Cu-Cr催化劑。我國(guó)現(xiàn)用Cu-Al-Zn骨架銅催化劑固定床連貫催化工藝。

從20世紀(jì)60年代起，含銅催化劑的研制開(kāi)發(fā)曾經(jīng)十分活躍，至今仍有不少新的制備方法及應(yīng)用，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，已被開(kāi)發(fā)的常用類型有如下幾種。

(1)還原銅。用氫氣、一氧化碳、肼、堿或堿土金屬的硼酸酐或甲醛等作為還原硫、還原氧化銅、氫氧化銅或銅鹽而得。

(2)雷尼銅。用雷尼合金(含銅、鋁、鋅或錳的合金)浸提而得。

(3)熱解金屬銅。由甲酸銅或草酸銅等有機(jī)銅經(jīng)高溫?zé)峤舛?，它們往往還含有鉻、 鉬或其他載體。

南非薩索爾公司和催化蒸餾技術(shù)公司(CDTech)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了從丙烯腈生產(chǎn)丙烯酰胺的一步法工藝。年生產(chǎn)5000t的工業(yè)化裝置已于2002年投產(chǎn)。化學(xué)上雖涉及丙烯腈在氧化銅催化劑作用下的水解反應(yīng)，但反應(yīng)采用催化蒸餾方法進(jìn)行，可產(chǎn)生35%-50%丙烯酰胺的水溶液，而無(wú)副產(chǎn)品。相對(duì)比較，標(biāo)準(zhǔn)化的固定床工藝采用3個(gè)反應(yīng)器段，生成20%丙烯酰胺的溶液和4%未反應(yīng)丙烯腈，需凈化、濃縮成50%丙烯酰胺才能送往市場(chǎng)，同時(shí)生成不需要的聚丙烯酰胺和丙烯酸。在CDTech工藝中，將丙烯腈和軟化水加入催化蒸餾塔器頂部，并下降到反應(yīng)區(qū)(位于塔中部包覆催化劑的專用填料)；硫酸泵送至塔器底部以控制pH值和抑制在重沸器中的聚合；由于停留時(shí)間短，可避免生成副產(chǎn)品；較重的丙烯酰胺一旦生成就下降，并從塔底移去；未反應(yīng)的物料在塔器上部循環(huán)直至轉(zhuǎn)化。新工藝的投資費(fèi)用為固定床裝置的一半左右，操作費(fèi)用也低，約為25%。

3.生化法

生化法即生物酶催化水合法，采用生物酶作催化劑，應(yīng)用細(xì)胞固定技術(shù)，使丙烯腈水溶液通過(guò)含固定酶的生物反應(yīng)器生產(chǎn)丙烯酰胺。生物酶催化劑是繼骨架銅催化劑后的第三代技術(shù)，具有高選擇性、高清潔性和高收率的特點(diǎn)，并且丙烯腈反應(yīng)完全，無(wú)副產(chǎn)物，反應(yīng)條件溫和，能耗低，三廢少等。

生化法制聚丙烯酰胺，將丙烯腈、原料水和固定化生物催化劑調(diào)配成水合溶液，催化反應(yīng)分離出廢催化劑就可得到丙烯酰胺產(chǎn)品。其特點(diǎn)是：在常溫常壓下反應(yīng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作安全；單程轉(zhuǎn)化率極高，無(wú)需分離回收未反應(yīng)的丙烯腈；酶的特異性能使選擇性極高，無(wú)副反應(yīng)。采用J-1菌種時(shí)，反應(yīng)溫度為5-15℃，pH值為7-8，反應(yīng)區(qū)丙烯腈濃度為1%-2%。丙烯腈轉(zhuǎn)化率為99.99%，丙烯酰胺選擇性為99.98%，反應(yīng)器出口丙烯酰胺濃度接近50%；失活的酶催化劑排出系統(tǒng)外的量小于產(chǎn)品的0.1%；無(wú)需離子交換處理，使分離精制操作大為簡(jiǎn)化；產(chǎn)品濃度高，無(wú)需提濃操作；整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)便，利于小規(guī)模生產(chǎn)。

生化法由日本日東化學(xué)公司于1985年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并建成年生產(chǎn)4000t丙烯酰胺的裝置。此后，日本京都大學(xué)發(fā)現(xiàn)了PseudomonasChlarordphis B23和Rhodoccus RhodochmusJ-1菌種，對(duì)現(xiàn)有裝置又進(jìn)行大規(guī)模改造，于1991年其生產(chǎn)能力擴(kuò)大到1.5×10⁴t/a。

我國(guó)上海生物化工研究中心也篩選出菌株，總酶活力達(dá)到國(guó)際水平。勝利油田長(zhǎng)安實(shí)業(yè)公司用于油田三次采油的微生物法聚丙烯酰胺工業(yè)化技術(shù)年產(chǎn)1×10⁴t填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

俄羅斯也曾開(kāi)發(fā)出用丙烯腈生物催化法生產(chǎn)丙烯酰胺的工業(yè)方法，并建成2.4×10⁴t/a的工業(yè)裝置。該工藝基于Rhedococcus-SPM8菌種，該菌種含有高活性和高熱穩(wěn)定性的腈水合酶。

近年來(lái)，德固薩公司、SNF公司等也推出生化法生產(chǎn)丙烯酰胺的技術(shù)，并向外輸出技術(shù)產(chǎn)品。德固薩公司在俄羅斯Perm擁有年產(chǎn)數(shù)千噸的生物催化法生產(chǎn)丙烯酰胺裝置，產(chǎn)品用于水處理。法國(guó)SNF Floerger公司是世界領(lǐng)先的聚丙烯酰胺生產(chǎn)商，正在印度擴(kuò)增水溶性聚丙烯酰胺能力，在法國(guó)、美國(guó)和中國(guó)的新建裝置于2002年投產(chǎn)。該公司采用的生物催化技術(shù)在中國(guó)泰興的2*10^4t/a丙烯酰胺裝置已于2003年投產(chǎn)，在美國(guó)Andrezicux的二套聚丙烯酰胺生產(chǎn)線也已投產(chǎn)。SNF公司也在中國(guó)擴(kuò)增聚丙烯酰胺產(chǎn)能。在泰興兩條聚丙烯酰胺粉末新生產(chǎn)線項(xiàng)目(每條為1*10^4t/a)，已于2003年年底完成，從而使聚丙烯酰胺能力翻番，達(dá)到4×10⁴t/a。

日本三井化學(xué)品公司參股50%的韓國(guó)Yongsam三井化學(xué)公司(YMC)在韓國(guó)釜山新建的5000t/a生化法丙烯酰胺(AAM)生產(chǎn)裝置于2003年投入運(yùn)轉(zhuǎn)。YMC現(xiàn)有一套7000t/a銅催化劑法丙烯酰胺生產(chǎn)裝置，生化法新裝置投產(chǎn)后，YMC公司的丙烯酰胺總產(chǎn)能將增至1.2*10^4t/a。三井化學(xué)品公司在日本擁有生產(chǎn)3.8*10^4t/a丙烯酰胺產(chǎn)能，在印尼有生產(chǎn)5000t/a產(chǎn)能，新裝置投產(chǎn)后，在3個(gè)國(guó)家的丙烯酰胺總產(chǎn)能將增至5.5*10^4t/a。新裝置采用的生化法是由三井化學(xué)品公司用基因重組技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種酶催化劑生產(chǎn)工藝，與現(xiàn)有方法相比，新方法簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用低，具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

亞洲丙烯酰胺需求量為20×10⁴t/a。亞洲領(lǐng)先的丙烯酰胺生產(chǎn)商是Dia-Nitrix公司，該公司于2001年由三菱化學(xué)公司和三菱合成纖維公司合并而成，擁有生產(chǎn)丙烯酰胺能力為6.5×10⁴t/a。2001年生產(chǎn)的聚丙烯酰胺達(dá)到48×10⁴t/a。

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