双赢报告网讯，丙烯酰胺作为一种重要的化工原料，在众多领域有着广泛应用。2022年中国聚丙烯酰胺(PAM)产量超100万t，这一数据直观体现出丙烯酰胺下游市场的旺盛需求，也推动着国内丙烯酰胺产能突破80万t 并持续增长。在此背景下，深入探究丙烯酰胺的合成技术及产业链布局，对行业发展意义重大。
2025年丙烯酰胺行业技术分析：丙烯酰胺行业合成技术发展意义重大
一、丙烯酰胺的合成技术路线解析
(一)丙烯腈水合法：工艺迭代与技术革新
丙烯腈水合法是丙烯酰胺合成的重要路径，依据催化剂的差异，可细分为硫酸催化法、铜金属催化法和生物酶催化法。
硫酸催化法：早期探索与淘汰原因：硫酸催化法是丙烯酰胺合成技术发展历程中的第一代技术。该方法通过硫酸催化丙烯腈，生成丙烯酰胺硫酸盐，随后加入碱进行中和以制备丙烯酰胺。然而，由于丙烯腈结构中存在碳碳双键和氰基，在硫酸催化过程中，极易产生多种副产物。比如，丙烯腈碳碳双键水合会生成 3 - 羟基丙腈，产物丙烯酰胺在高温下易自聚形成低聚物，且在酸性条件下还会进一步水解生成丙烯酸。为减少副产物生成，反应需在特定条件下进行，如向硫酸中缓慢加入丙烯腈，并升温至 100℃左右，同时加入阻聚剂。即便如此，该方法仍存在反应剧烈、副产物多、工业生产流程复杂、产品纯度低等问题。此外，在产品纯化过程中，酸碱中和操作会严重腐蚀设备，大幅提高生产成本，因此硫酸催化法逐渐被淘汰。
铜金属催化法：性能优化与现存挑战：铜金属催化法作为第二代技术，在一定程度上改善了硫酸催化法的诸多弊端。该方法将丙烯腈和水按特定比例加入装有铜金属催化剂的反应釜中制备丙烯酰胺。其优势在于，未反应的丙烯腈可回收使用，显著提高了原料转化率。在工业生产中，高选择性的催化剂是反应顺利进行的关键。以 Cu 为催化剂时，丙烯腈可选择性生成丙烯酰胺，而 Ni、Co、Fe、Pt、Ag 及其氧化物催化时，丙烯腈碳碳双键易反应生成副产物 3 - 羟基丙腈。为此，工业上常选用催化比表面积较大、可重复使用的非均相铜基催化剂，如雷尼铜、氧化铜和铜盐等。不过，铜基催化剂也存在一些问题，如对氧气敏感，原料液未除氧时，其活性和选择性会急剧下降，使用周期较短;催化温度较高，易导致原料和产物聚合;合成的丙烯酰胺产品中含有微量铜离子(20 - 100μg/mL)，这对后续生产超高分子量的 PAM 有抑制作用。
生物酶催化法：绿色高效与发展瓶颈：生物酶催化法由日本日东化工株式会社于 1981 年开发，因其转化率和选择性均大于 99%，基本无副产物和金属离子，生产过程绿色环保，产品纯度高，被视为第三代技术。该方法主要利用腈水合酶在常温常压下催化丙烯腈制备丙烯酰胺，生产成本低，只需筛选培养菌种，目前已成为丙烯酰胺的主要合成技术。国内在这方面发展迅速，AM 生产装置大多采用生物法技术且处于世界领先地位。具有腈水合酶的菌种众多，如节杆菌属、红球菌属、棒杆菌属、微杆菌属和诺卡氏菌属等，均能实现丙烯腈到丙烯酰胺的转化。然而，生物酶催化法也并非完美无缺。例如，AM 产品浓度小于溶解度，在蒸馏和结晶过程中需消耗大量能量;酶在不同生产批次间存在微量变化，可能导致酶活性不稳定，且反应条件的改变也会影响酶活性;酶对丙烯腈较为敏感，重复利用性较差(4 - 6 次)。
(二)丙烯酸铵盐氨化法：复杂工艺与成本考量
《 2025-2030年中国丙烯酰胺行业投资风险分析及建议报告》指出，日本三洋化成工业株式会社采用的丙烯酸铵盐生物酶催化氨化法，以丙烯酸铵盐为起始原料。将红酵母菌或酒香酵母菌大量培养后，离心分离得到的酶催化剂加入至 5% 丙烯酸铵水溶液中，使丙烯酸铵定量转化为丙烯酰胺。但与丙烯腈水合反应法相比，该方法的原料丙烯酸铵盐在工业生产中需经过丙烯氧化再氨化两步制备，过程较为复杂。而且丙烯酸与氨气反应时，可能生成碳碳双键加成后的副产物，产品需进行提纯分离后才能使用，这使得总体分离纯化难度较大，生产成本较高。
(三)吗啉基丙酰胺原位胺消除法：特定领域的应用局限
深圳市有为化学技术有限公司专利介绍的吗啉基丙酰胺原位胺消除法，是 β 胺取代的丙酰胺型前体在乙酸酐等亲电试剂作用下发生原位胺消除反应。吗啉基丙酰胺的叔胺原子与乙酸酐反应生成阳离子鎓盐，在 110 - 120℃下发生原位胺消除反应，联产丙烯酰胺和 N - 乙酰吗啉，其中丙烯酰胺产率为 86%。不过，该反应存在诸多限制因素，如吗啉基丙酰胺原料价格昂贵，需由丙烯酰胺和吗啉反应制备;反应温度较高，产物易聚合，需加入阻聚剂二丁基羟基甲苯(BHT);且丙烯酰胺产品中含有等量的 N - 乙酰吗啉，后期分离提纯复杂。这些因素导致该技术仅适用于精细化工领域。
(四)3 - 羟基丙酸酯化胺化再脱水法：长流程与高成本困境
Opx 生物技术股份有限公司提出的 3 - 羟基丙酸酯化胺化再脱水法，先通过生物酶法将葡萄糖、果糖和乳糖等转化为 3 - 羟基丙酸发酵液，再经过除水、醇溶剂提取、精馏等步骤得到 3 - 羟基丙酸。3 - 羟基丙酸酯化后氨化得到 3 - 羟基丙酰胺，最后脱水合成丙烯酰胺。但此合成路线较长，副反应较多。例如，3 - 羟基丙酸酯氨化过程中羟基可能同时氨化，3 - 羟基丙酰胺脱水反应温度较高时，产物丙烯酰胺可能自聚，这些因素导致生产成本居高不下。
二、丙烯腈制备丙烯酰胺的全产业链剖析
(一)上游市场：原料供应与技术格局
丙烯作为丙烯酰胺全产业链的起始大宗商品，全球产能超过 1.5 亿 t，中国国内产能约占 30%。丙烯的制备工艺主要有原油催化裂化、石脑油蒸汽裂解、甲醇制烯烃和丙烷脱氢 4 种。原油催化裂化和石脑油蒸汽裂解工艺原料均来自石油，前者在生产轻质油时联产丙烯等，为放热反应，需控制较低反应温度、增加停留时间和催化剂量;后者在高温和水蒸气条件下，通过分子链断裂和脱氢等吸热反应生产乙烯、丙烯和丁二烯，与催化裂化工艺相比，蒸汽裂解原料停留时间短(0.1 - 0.2s)，丙烯收率较高。国内丙烯供应商近年来陆续投产甲醇制烯烃和丙烷脱氢等新兴工艺装置，以减少对石油原料的依赖。甲醇制烯烃工艺可利用国内丰富的煤资源合成甲醇原料，但反应需控制较低温度以避免副反应，装置投资较高;丙烷脱氢工艺生产成本较低，但国内丙烷主要依赖进口，易受国际市场影响，价格波动较大。目前，原油催化裂化和石脑油蒸汽裂解工艺因技术成熟、成本稳定，仍是国内生产丙烯的主要工艺。
丙烯腈作为丙烯酰胺产业链中的重要产品，可由丙烯制备。其合成技术有丙烯氨氧化法、丙烷氨氧化法和甘油经丙烯醛再氨氧化法等。丙烷氨氧化法和甘油经丙烯醛再氨氧化法虽原料成本低且更环保，但存在选择性低、副产物丙烯酸较多的问题。丙烯氨氧化法技术发展较早，采用 Mo、Bi、Fe 等金属氧化物作为催化剂，通过调整催化剂中金属比例和种类可提高丙烯腈收率，目前是全球丙烯腈生产的主要技术。国内丙烯腈总产能在 2022 年达到 436 万 t，其中中石化和中石油的产能分别为 99 万 t 和 83 万 t，占总产能的 42%;民营丙烯腈生产企业主要集中在江苏和山东地区的港口城市，这些地区运输成本较低。
(二)下游市场：产品应用与市场展望
在丙烯酰胺生产 PAM 过程中，温度对反应影响显著。温度升高时，聚合速率加快，但产品聚合度和分子量下降。PAM 的常用合成技术按丙烯酰胺单体分散介质不同，可分为水溶液聚合法、反相乳液聚合法、悬浮聚合法等。水溶液聚合法发展最早且应用广泛，该方法将丙烯酰胺及其他共聚单体(如乙酸乙烯、苯乙烯磺酸等)形成均相水溶液，经引发剂诱导聚合，工艺简单、操作方便，但产品固含量较低，聚合热不易分散，可能导致分子量较低。反相乳液聚合法和悬浮聚合法则通过将反应体系分散为细小液滴，改善了散热问题。反相乳液聚合法将丙烯酰胺水溶液通过乳化剂形成不溶于油的稳定胶体，并分散在油的连续相介质中进行聚合，聚合速度和散热均可控制，产品分子量较高，但乳液胶体体系的选择和稳定较困难，生产成本较高。悬浮聚合法需强力搅拌将丙烯酰胺单体混合物等以液滴形式悬浮至有机溶剂中聚合，可通过改变搅拌力度控制液滴分散尺寸，但搅拌过程可能导致 PAM 碳链断裂，因此在生产高分子量 PAM 时，反相乳液聚合法应用较多。
国内通常采用生物酶催化丙烯腈水溶液制备丙烯酰胺，经分离提纯浓缩得到的丙烯酰胺水溶液，可采用水溶液聚合法直接制备 PAM，所以工业生产中常采用丙烯酰胺和 PAM 联产装置。国内 PAM 产能为 134.5 万 t，丙烯酰胺可统计的总产能约为 87 万 t，大部分产能集中在丙烯腈产能较多的山东地区。由于 PAM 在污水处理、石油开采、矿业开采等领域具有良好的吸水性、表面活性等性质，在环境保护和能源利用方面具有巨大优势，可推动绿色生产和可持续发展。此外，PAM 在导电液晶和吸水树脂方向的应用也得到拓展，全球市场规模预计 2026 年将达到 88.72 亿美元，年均复合增长率为 11%。PAM 作为丙烯酰胺行业的下游终产物，其旺盛的市场需求进一步推动丙烯酰胺产能增加，同时对丙烯酰胺单体产品质量和生产成本也提出了更高要求。
总结
丙烯酰胺作为合成聚丙烯酰胺的关键原料，在各行业需求的推动下，产能持续增长。其合成技术路线多样，丙烯腈水合法历经硫酸催化法、铜金属催化法到生物酶催化法的发展，虽生物酶催化法成为主流，但仍面临酶活性稳定性和重复性差等挑战。其他合成技术如丙烯酸铵盐氨化法、吗啉基丙酰胺原位胺消除法和 3 - 羟基丙酸酯化胺化再脱水法，因工艺复杂、成本高或应用受限等原因，尚未实现大规模工业应用。在产业链方面，上游丙烯制备工艺多样，丙烯氨氧化法是生产丙烯腈的主要技术;下游 PAM 应用广泛，市场需求旺盛，对丙烯酰胺单体质量和成本提出更高要求。因此，开发低成本、反应体系稳定的丙烯酰胺新型合成技术，对于提升丙烯酰胺行业上下游产业链竞争力至关重要，有望推动行业实现更高效、可持续的发展。
