聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物和各種共聚物 的統稱，包括非離子型（NPAM)、陰離子型 (APAM)、陽離子型（CPAM)和兩性離子型，有 液態、膠狀、粉狀等各種物理形態數十個品種， 是應用廣泛的水溶性高分子化學品。

聚丙烯酰胺是需求量成長較快的石油化工產 品之一，國際上聚丙烯酰胺對於上述領域的應用 較早，最大用途領域為水處理劑。我國大量應用 和生產聚丙烯酰胺始於20世紀80年代末期，與 發達國家不同的是主要作為石油工業三次采油的 驅油劑，較少用於其它領域。

1生產技術進展 1.1硫酸水合法

美國氰胺公司采用等摩爾比的丙烯腈和水， 在硫酸存在下，於80~100丈進行水合，先生成丙 烯酰胺硫酸鹽，然後再用氨（或燒堿、生石灰） 中和，結晶分離出丙烯酰胺產品和副產品硫酸胺。 該法優點是易製得結晶單體。主要缺點是原料丙 烯腈等消耗高，產品純度低，收率低，產生大量 含丙烯酰胺的硫酸鹽和廢液，汙染環境。

1.2催化水合法

美、日兩國先後開發了利用骨架銅催化劑使 丙烯腈與水直接反應生成丙烯酰胺的工藝，陶氏 化學和日本東亞化學公司率先實現工業化生產。

催化水合法比硫酸水合法產品純度高，基本 無三廢，易實現工業化。目前世界上主要采用催 化水合法生產丙烯酰胺。采用的骨架銅催化劑是 二元或三元以上的合金，經堿處理後溶解掉一部 分，留下活潑態的骨架銅。骨架銅催化劑有Cu-

Cr合金、Cu-Ni合金及Cu-Al-Zn合金等。反應 器采用懸浮床或固定床。以陶氏化學公司為代表 的固定床連續催化工藝，采用Cu-Cr催化劑。我 國現用Cu-Al-Zn骨架銅催化劑固定床連續催化 工藝。

南非沙索公司和催化蒸餾技術公司（CDTech) 聯合開發了從丙烯腈生產丙烯酰胺的一步法工藝。 5 000 t/a的工業化裝置已於2002年投產。化學上 雖涉及丙烯腈在氧化銅催化劑上的水解反應，但 因為反應采用催化蒸餾方法進行，可產生35%~ 50%丙烯酰胺的水溶液，而無副產品。相對比較， 標準化的固定床工藝采用三個反應器段，生成約 20%丙烯酰胺的溶液和4%未反應丙烯腈，需淨化 和濃縮成50%丙烯酰胺才能送往市場，同時生成 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， 並下降到反應區（位於塔中部包複催化劑的專用 填料）。硫酸泵送至塔器底部以控製pH和抑製在 重沸器中的聚合。由於停留時間短，可避免生成 副產品。較重的丙烯酰胺一旦生成就下降到塔底 移去。未反應的物料在塔器上部循環，直至轉化。 CDTech工藝的投資費用為固定床裝置的一半左 右，操作費用也低約25%。

1.3 生化法

生物法製取丙烯酰胺，係將丙烯腈、原料水 和固定化生物催化劑調配成水合溶液，催化反應

收稿日期：2009-10-11

作者簡介：錢伯章（1939-)，男，江蘇省人，教授級高工，從事石 油化工技術和經濟信息調研和傳播工作。

後分離出廢催化劑就可得到丙烯酰胺產品。其特 點是：在常溫常壓下反應，設備簡單，操作安全； 酶的特異性能使選擇性極高，無副反應。采用j-i 菌種時，反應溫度為5~15丈，pH為7~8,反應區丙 烯腈質量分數為1%~2%，丙烯腈轉化率為99.99%， 丙烯酰胺選擇性為99.98%，反應器出口丙烯酰胺 質量分數接近50%;失活的酶催化劑排出係統外 的量小於產品的0.1%;無需離子交換處理，使分 離精製操作大為簡化；產品濃度高，無需提濃操 作；整個過程操作簡便，利於小規模生產。

1.3.1國外

生化法技術最早由日本日東化學公司於1985 年實現工業化生產，規模為4 000 t/a。1991年已 達1.4萬t/a規模。我國上海生物化工研究中心也 篩選出菌株，總酶活力達到國際水平。

俄羅斯也曾開發出丙烯腈生物催化生產丙烯 酰胺的工業方法，並建成2.4萬t/a工業裝置。該 工藝基於 Rhedococcus-SPM 8囷種，該囷種含有 高活性和高熱穩定性的腈水合酶。

近年來，德固賽（現贏創工業）公司、SNF 公司等也推出生物法生產丙烯酰胺技術，並向外 輸出技術產品。德固賽公司在俄羅斯Perm擁有年 產數千噸的生物催化法生產丙烯酰胺裝置，產品 用於水處理。法國SNF Floerger公司在印度擴增 水溶性聚丙烯酰胺能力，在法國、美國和我國的 新建裝置於2002年投產。美國 Andrezieux 公司在 印度投資1 500萬美元建設的2萬t/a丙烯酰胺裝 置和1萬t/a聚丙烯酰胺裝置於2005年投運。

日本三井化學品公司參股50%的韓國Yongsam 三井化學公司（YMC)在韓國釜山新建的5 000 t/a生化法丙烯酰胺（AAM)生產裝置於2003年 投入運轉。YMC現有1套7 000 t/a銅催化劑法 AAM裝置，生化法新裝置投產後，YMC公司在 韓國的丙烯酰胺總產能增至1.2萬t/a。YMC在日 本擁有3.8萬t/a丙烯酰胺產能，在印尼有5 000 t/a產能，新裝置投產後，其在3個國家的丙烯酰 胺總產能增至5.5萬t/a。新的生化法裝置采用由 YMC用基因重組技術開發的一種酶催化劑生產工 藝。與現有方法比較，新方法簡單，投資費用低， 具有極強的競爭力。

1.3.2國內

浙江工業大學建立了我國第1套利用生物技 術生產大宗化工原料的工業裝置。勝利油田長安 實業公司用於油田三次采油的1萬t/a微生物法 聚丙烯酰胺工業化技術填補了國內空白。目前掌 握微生物法丙烯酰胺生產技術的國家隻有我國、 法國、日本、俄羅斯以及韓國。我國的生產技術 水平已經領先國際。采用國內技術生產的產品不 但性能好，酶活力高於國外水平，而且由於采用 了遊離細胞分離後耦合技術，工藝也較國外更為 簡單，能耗更少。目前我國已攻克了各種工程放 大技術，微生物法丙烯酰胺總產量已居世界第_， 擁有了 10萬t/a的最大單套裝置產能。而且，第 三代微生物法丙烯酰胺生產工藝中，以鈷離子為 輔基的酶的微生物是上海市農藥研究所最早從泰 山土壤中分離得到的。

微生物法丙烯酰胺開創了國內生物法生產大 宗化工產品、材料的先河，突破了國內高相對分 子質量、超高相對分子質量聚丙烯酰胺的生產技 術，並拓寬了其應用領域。從產品純度上看，化 學法丙烯酰胺中含有微量銅離子和其他金屬離子， 反應活性受到一定的影響。而微生物法丙烯酰胺 則不存在這個問題，反應活性非常高，而反應活 性決定了用丙烯酰胺做衍生物的反應速度和產率。 由於產品純度高，因而聚合度高，特別適合於生 產“三次采油”用聚丙烯酰胺。另外，從成本上 看，僅原料消耗一項，微生物法就具有很大優勢， 丙烯腈單耗為0.76 t/t，而化學法為0.82 t/t。特 別是萬噸級以上規模，其成本優勢將更加明顯。 可以說，微生物法從根本上“打倒”了化學法。 從長遠來看，微生物法肯定會取代化學法，這隻 是時間的問題。

1.4我國發展聚丙烯酰胺生產技術的著重點

據統計，2008年我國微生物法丙烯酰胺產量 約占丙烯酰胺總量的43%。

微生物法丙烯酰胺生產工藝正日趨成熟，為 了擴大應用領域，除了對原有工藝進一步完善外， 還要注重開展橫縱向研究深入。

在縱向研究方麵，丙烯酰胺單體要在不同領 域中得到應用，就必須製成相應的聚合物。采油 用聚合物的生產相對簡單，在廢水處理、造紙等 領域中應用則複雜一些，而我國在這方麵的技術 仍是薄弱環節。目前國內各生產廠家都是在現有 經驗的基礎上進行聚合生產，至今沒有一個專門 的部門對聚合物性質進行係統的研究，因此我國 在聚合物品種的研究上需要加大投入。

在橫向研究方麵，含腈化合物是一類重要化 合物。該領域涉及到三個酶（腈水解酶、腈水合 酶、酰胺酶）的催化。目前，對丙烯酰胺生產中 的腈水合酶研究已經取得進展，如果能夠對另外 兩種酶加以深入研究，將可擴大腈化合物產業， 開發出煙酰胺、扁桃酸、a-氨基酸、a-羧基酸、 a-羧基酰胺等多種酰胺類及羧酸類產品。經過相 關大學和研究單位開展係統化研究，有望形成以 丙烯酰胺為骨幹產品的含腈化合物生物轉化產業 聯盟。據了解，目前我國煙酰胺的開發已經完成， 可用來生產維生素。

2應用領域 2.1石油開采 2.1.1 驅油劑

在提高石油采收率的三次采油方法中，聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,用聚 丙烯酰胺作驅油劑占有重要地位。聚合物的作用 是調節注入水的流變性，增加驅動液的粘度，改 善水驅波發效率，降低地層中水相滲透率，使水 與油能勻速地向前流動。采用膠束/聚合物驅油 時，先將表麵活性劑與助劑配成具有超低界麵張 力的微乳液注入注水井中，再注聚合物溶液，最 後注水。水呈柱塞狀流動向前推進，驅替分散在 孔隙內的殘餘油，提高原油的采收率。用於三次 采油的聚丙烯酰胺水溶液質量分數一般為10%~ 50%、相對分子質量從幾十萬到千餘萬。我國大 型油田包括大慶、勝利、遼河、大港等已進入開 采中後期，采出油的綜合含水率日趨提高。為穩 定我國東部油田產量，采用三次采油技術，提高 采油率，保證油田穩產勢在必行。大慶油田已工 業化推廣應用聚丙烯酰胺驅油實驗，並取得了較 好的增油效果。

2.1.2堵水調整劑

在油田生產過程中，由於地層的非均質性， 常產生水浸問題，需要進行堵水。其實質是，改 變水在地層中的滲流狀態，以達到減少油田產水、 保持地層能量、提高油田最終采收率的目的。聚 丙烯酰胺類化學堵水劑具有對油和水的滲透能力 的選擇性。對油的滲透性降低最高可超過10%， 而對水的滲透性減少可超過90%。聚丙烯酰胺選 擇性堵水的特點是其他堵水劑所沒有的，通常視 地層類型選擇合適相對分子質量的聚丙烯酰胺。 均質性好、平均滲透率高的油層，可選用相對分 子質量5xl06~7xl06的聚丙烯酰胺；基岩滲透率低 的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用相 對分子質量1x108的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在 使用時，可不交聯使用，也可與鋁鹽、鉻鹽、鋯 鹽等交聯生成凝膠使用，還可添加某些樹脂形成 互容聚合物網絡，使之具有更高的耐溫性。該方 法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應 用，取得了明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調整 地層內吸水剖麵及封堵大孔道，實踐中已取得了 良好效果。

2.1.3鑽井液調整劑

油田鑽井過程中，經常使用部分水解聚丙烯 酰胺（HPAM)作為鑽井液調整劑。其作用是調 節鑽井液的流變性，攜帶岩屑，潤滑鑽頭，減少 流體損失等。用聚丙烯酰胺調製的鑽井泥漿密度 低，可減輕對油氣層的壓力和堵塞，比較容易發 現油氣層，並有利於鑽進。其鑽進速度比常規泥 漿局19%，比機械鑽速局45%左右，還可大大減 少卡鑽事故，減輕設備磨損，並能防止發生井漏 和坍塌。

2.1.4壓裂液添加劑

壓裂工藝是油田開發致密層的重要增產措施， 其作用是開通岩石，讓油流過。亞甲基聚丙烯酰 胺交聯而成的壓裂液，因具有高粘度、低摩阻、 良好的懸砂能力以及配製方便和成本低而被廣泛 應用。

2.2水處理

聚丙烯酰胺是目前應用最廣、效能最高的有 機合成絮凝劑。聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,聚丙烯酰胺的酰胺基可與許多物 質親和、吸附，形成氫鍵。高相對分子質量聚丙 烯酰胺在被吸附的粒子間形成“橋聯”，生成絮 團，有利於微粒下沉。聚丙烯酰胺類絮凝劑能適 應多種絮凝現象，其用量小、效率高、生成的泥 渣少、後處理容易，對某些情況具有特殊的價值。 我國的原水處理、城市汙水處理和工業廢水處理 行業都在不同程度地使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑。 2.3造紙工業

聚丙烯酰胺在造紙工業中主要作用：_是提 高填料、顏料等的存留率，降低原材料的流失和 對環境的汙染；二是提高紙張的強度（包括幹強度 和濕強度）；三是提高紙的抗撕性和多孔性，改進 視覺和印刷性能。

2.4礦冶行業

采礦過程中，通常使用大量水，最後常需回 收水中的有用固體，並將廢水淨化回收使用。應 用聚丙烯酰胺絮凝，可促進團粒的下沉、液體的 澄清和泥餅的脫水，從而可提高生產效率，減少 尾礦流失和水消耗，降低設備投資和加工成本， 並避免環境汙染。鈾礦提取是聚丙烯酰胺最早的 重要應用領域之_，用酸或磺酸鹽溶液瀝取鈾礦 石時，在瀝取物的濃縮和過濾中，添加聚丙烯酰 胺處理非常有效。 2.5紡織、印染工業

聚丙烯酰胺作為織物處理的上漿劑、整理劑， 以及可生成柔順、防皺、防黴菌的保護層。利用 它的吸濕性強的特點，能減少紡細紗時的斷張率。 聚丙烯酰胺作後處理劑可以防止織物的靜電和阻 燃。用作印染助劑時，聚丙烯酰胺可使產品附著 牢度大、鮮豔度高，還可作為漂白的非矽高分子 穩定劑。此外，聚丙烯酰胺還可用於紡織印染汙 水的高效淨化。

2.6其它應用

(1)水敏性凝膠：聚丙烯酰胺水凝膠在水中 的溶脹性在某一臨界溫度隨濕度的微小變化發生 急劇的突變，體積變化可達幾十至幾百倍。這一 性質可應用於某些水溶液的提濃，而免除使用高 溫，對一些有機物質或生物物質的提取頗有價值。

(2)食品加工：聚丙烯酰胺可用作製糖工業 化學助劑，可用於各種肉類、水果和蔬菜清洗水 的淨化以及果酒和啤酒的澄清。使用高相對分子 質量的聚丙烯酰胺（水解度25%~30%)作為絮凝 劑用於糖漿澄清處理，可以盡可能多地除去非糖 分，以提局質量。

(3)電鍍工業：在電鍍液中，添加聚丙烯酰 胺可使金屬沉澱勻化，使鍍層更加光亮。

(4)吸水性樹脂：高吸水性樹脂已廣泛應用 於工業、農業和日常生活。這類聚合物凝膠有較 高的強度，吸水量可達自重的數百倍，甚至上千 倍。近年由於生產尿不濕和衛生巾的高吸水性樹 脂需求增長，對聚丙烯酰胺需求量也增長很快。

3世界市場分析

3.1需求量和消費構成

2008年全球聚丙烯酰胺消費量約達84萬t。 我國消費量約33萬t，聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,約占總消費量的38%，是 世界最大聚丙烯酰胺消費國。美國、西歐、日本、 亞太（不含我國、日本）的消費比例分別為22%、 15%、13%和8%。經過2008年需求低迷期後， 2009年起聚丙烯酰胺需求又較快增長，預計到 2012年全球需求年增長率為5.4%，增長率最高的 地區為：拉美（年增長率為6%c)、亞洲和中東 (6.3%)、亞太（9.1%)。

水處理和造紙業是世界聚丙烯酰胺的主要消 費領域，合計占聚丙烯酰胺消費量的80%，世界消 費構成中水處理占53%、造紙占27%、其他占20%。 3.2生產能力

據美國谘詢公司TranTech公司分析，2008年 全球聚丙烯酰胺生產能力為95萬t/a，美國、日 本、歐洲生產能力約占世界總能力的85%。其中 25%在西歐。表1列出了世界聚丙烯酰胺分類生 產能力。

表1世界聚丙烯酰胺分類生產能力

萬t/a

劑型

乳液和分散體微粒粉末溶液

非離子1.63.14

陰離子14.02.122.91.2

陽離子12.23.518.630.8

曼尼希（PAM的60%6.7

固定在丙烯酰胺中）

國外聚丙烯酰胺的生產商主要有法國SNF聖 泰公司、美國的陶氏化學公司、氰胺公司、納爾 科公司，日本的日東化學公司、三井東壓公司， 德國的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英國的聯合 膠體公司等。

盡管近年有一些新增能力開工，如果以後尚 無新增能力建設的話，預期今後5年內PAM供應 仍將會感到短缺。

4國內市場分析

4.1產能

我國聚丙烯酰胺生產開發始於20世紀50年 代末期。1962年，上海天原化工廠建成我國第一 套聚丙烯酰胺裝置，生產水溶膠產品。隨後，吉 化公司研究院、中科院廣州化學所研製的聚丙烯 酰胺也投入生產，現生產廠已達60多家。其中， 生產能力在5 000 t/a以上的生產廠主要有：大慶 油田公司化工總廠聚合物廠、廣東李壇精細化工 廠、北京恒聚油田化學劑公司、山東淄川萬鬆集 團淄川社陽水處理劑廠、天津市冰峰有機化工公 司、山西太原重工（集團）祁縣聚合物公司及河 北冀北油田化學廠等；生產能力在2 000~5 000 t/a 的生產廠家主要有：撫順雙慶化工公司、四川篷 溪縣順達利聚合物公司、遼寧大連力佳化學製品 公司、山東勝利油田鑽井泥漿助劑廠、山東勝利 油田聚合物公司、江蘇武進精細化工廠、廣東杏 壇精細化工廠等。其他企業的生產能力均在2 000 t/a以下。我國生產的產品主要包括陰離子型聚丙 烯酰胺、陽離子型聚丙烯酰胺、磺甲基聚丙烯酰 胺、亞胺基聚丙烯酰胺、胺基聚丙烯酰胺、羥甲 基聚丙烯酰胺以及水解聚丙烯酰胺鹽等。

目前，我國有陰離子型聚丙烯酰胺生產企業 40多家，產能在1萬t/a以上的廠家有6家，聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,合 計產能約占國內總產能的80%以上。其中，大慶 油田公司化工總廠聚合物廠產能達到15萬t/a， 是世界上最大的聚丙烯酰胺生產基地。

國內888电子游戏官网的市場規模和產能均 較小，普遍存在產品單_、技術不成熟、質量不 穩定等情況，多未達到規模化生產。國產陽離子 聚丙烯酰胺產品競爭主要集中於低端市場，高端 產品還需進口。2008年，我國888电子游戏官网 消費量約6.91萬t，其中國內產量為4.45萬t，進 口量 2.46 萬 t。

4.2消費

我國已是全球最大的聚丙烯酰胺消費國。 2008年消費量約33萬t，約占世界總消費量的 38%。近年我國聚丙烯酰胺市場供求關係列於表 2。在聚丙烯酰胺消費構成中：油田開采占57%， 水處理占21%，造紙占17%，選礦、紡織等占5%。

表2近年我國聚丙烯酰胺供求關係

萬t

項目2006 年2008 年項目2006 年2008 年

產量26.1734.95出口量2.755.25

進口量2.623.16表觀需求量26.0432.86

預計2010年我國聚丙烯酰胺的需求量將超過 40萬t，未來幾年國內聚丙烯酰胺產品將進入黃 金發展期。油田增產和環保領域對聚丙烯酰胺的 需求強勁。

4.2.1油田増產

以聚合物驅油技術為主導的化學驅三次采油 技術是我國最為重要的提高石油采收率的技術之 ―。2007年我國油田領域聚丙烯酰胺消費量達到 了 23.6萬t，比上年增長了近10%; 2008年達到 27.1萬t，占到消費總量的81%，增幅近15%。

大慶油田早已工業化推廣應用聚丙烯酰胺驅 油實驗，並取得了較好增油效果。每投入1t聚丙 烯酰胺可增產178.7 t原油，2008年消費聚丙烯酰 胺超過10萬t。事實上，我國大型油田包括大慶、 勝利、遼河、大港等都已進入開采中後期，為了 提高采油率，都在廣泛使用這種高效的驅油劑。 聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,預計2010年我國油田領域用量將超過30萬t，石 油開采行業需求的陰離子聚丙烯酰胺將超過22.5 萬 t。

4.2.2環保需求

近年，隨著國家環境保護力度的逐步加大， 聚丙烯酰胺用於汙水處理劑和汙泥脫水劑的市場 需求量快速增長。到2010年我國城市汙水處理率 將達70%以上，水處理總量將達到918億t，初步 測算需要使用聚丙烯酰胺11.3萬t，其中陽離子 聚丙烯酰胺9.8萬t。聚丙烯酰胺類絮凝劑能適應 多種絮凝現象，用量小、效率高，生成的泥渣少、 後處理容易。

4.2.3聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析,其他

聚丙烯酰胺素有百業助劑之稱，除了用於采 油和環保以外，造紙、選礦、洗煤、紡織、冶金、 水泥增強劑、高吸水性樹脂、粘合劑、皮革複鞣 劑等行業需求也將平穩增長，而且運用領域還在 不斷擴大。如近年由於生產尿不濕和衛生巾的高 吸水性樹脂需求增長，以及用於林、農業保水對 聚丙烯酰胺需求量也增長很快。可以預計，未來 我國聚丙烯酰胺的市場空間將十分廣闊，預計未 來幾年國內陽離子型聚丙烯酰胺產品將進入黃金 發展期。