一２６一 中 间 体 精细化工原料及中间体 ２００８年第３期 ２衣康酸的质量指标 １０００ｋＷ・ｈ／ｔ；煤８吨／吨产品；产品成本１．８～１．９万 元／吨；产品售价３．８万元／吨；产品利税１．９～２．０万 现将１９８０年日本盘田化学工业公司公布的技 术指标抄录如下［６１。 名称 指标 相对分子质量 含量（以衣康酸计）／％ 熔点／℃ 重金属／（Ｐ．ｇ・ｇ－。） 干燥失重／％ ≥ ≤ 硫酸盐／（ ｇ・ｇ ） 包装 用４层牛皮纸、１层塑料袋装，重２５ｋｇ ３衣康酸的生产路线 国际上生产衣康酸的技术路线可分为两大类： 一类是发酵法，一类是化工法。发酵法在经济上占有 一定的优势，因此多数厂家采用此法。该法就是以农 产品、主要是糖类如葡萄糖为原料，选用适当菌种进 行发酵制备衣康酸，产品收率及其分离、纯化等都与 菌种性质密切相关。因此优良菌种的选择成为此法 的技术关键。在２０世纪７０＂９０年代有关这方面的报 道很多 ｑ，其它如酶的固载化【”】、连续反应［１２１、生物 反应器［１３１等，也都是热门研究课题，有兴趣者可参见 有关综述文献［１４，１５１。 发酵法生物技术。其生产条件、强度、周期、原料 利用率、产率及回收等均受菌种的限制。我国云南大 学和云南天力生物发酵厂共同承担了衣康酸的开发 和工业性试验，用云南大学生物系开发的ｌｕ ６６３衣 康酸高产菌株及发酵工艺，于１９９１年７月通过云南 省级中试签定，并于当年进行年产３００吨工业性生 产扩大试验，１９９２年３月试验成功，我国第一批衣 康酸在云南诞生，从此结束了我国不能生产衣康酸 的历史，并引起了世界广泛注意。美国、西班牙、新西 兰、澳大利亚等国客商来电订购，首批２０吨衣康酸 销往美国，国内用户也盼早日大批量生产以代替进 口。该厂２ＯＯ０吨扩建工程于１９９３年７月投产；目 前，云南天力生物发酵厂１万吨／年计划也在紧张制 定之中。届时我国将成为继美国、日本之后生产衣康 酸的第３个大国家。 据说。上海化工厂也用发酵法工业生产衣康酸。 生产规模为５００吨／年发酵法制衣康酸的装置 总投资约９５０万元［１６１。主要设备有：玉米制粉机、糖 化罐、过滤器、离子交换柱、各种泵、发酵罐、空压机 及过滤系统、蒸发器、粉碎机、干燥机、包装机等。主 要原料及消耗定额如下：玉米７吨／吨产品；电 元／吨。 但是，在遗传工程尚无重大突破的今天．人们还 不能随心所欲地改造菌种，因此．人们于是就开发了 生产衣康酸的另一条技术路线——用化工法来合成 衣康酸 按照原料来源的不同．化工方法合成衣康酸的 方法又可分为两种：一种是以农产品为原料：另一种 是以石油化工产品为原料。 ４以农产品为原料的化工合成方法 这类原料有柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸或其酸酐 等。美国Ｐｆｉｚｅｒ公司以柠檬酸为原料．在４８０￣Ｃ汽化． 喷雾进料，以磷酸甲盐为催化剂，在２９０－３４０￣Ｃ反应 得到柠康酸，转化率８２％。然后加热至２２０￣Ｃ异构 化．得衣康酸．产率约８０％【切。 Ｈ３ ．。 ：００ｃ： ／，。＼ｃ。０ 丽 。。ｃ＼ ＼＝ ＼ｃ ’ ＼／ｇ。 ＼ 。。 柠檬酸 柠康酸 衣康酸 以异柠檬酸或其内酯，或乌头酸或其酸酐代替 柠檬酸进行热解，也可以获得衣康酸。 这种以农产品为原料的合成路线，产品收率较 高，对于农产品丰富、价格相对较低的国家和地区， 具有一定的竞争能力；但对于农产品相对紧缺、价格 偏高的地区．这条路线在经济上就存在一定问题。 ５以石油化工产品为原料的合成方法 ５．１历史沿革 在文献【】８１中．Ｍａｒｖｅｌ和Ｓｈｅｐｈｅｒｄ介绍了用过硫 酸钾作催化剂，在稀盐酸中首次聚合衣康酸的方法。 但是，这种聚合方法的问题是：完成该过程要好几 天，而且衣康酸的转化率只有３５％，这意味着６５％的 酸仍未聚合。这使得该法在工业上无法接受。 文献【－９】介绍了二甲基衣康酸二甲盐的聚合过 程．方法是使其与氢氧化钾的乙醇溶液一起回流，随 后将其水解而生成聚衣康酸。用无机酸处理这种盐 而得到的聚衣康酸可溶于水。 在文献［２０１中．Ｎａｋａｍｏｔｏ、Ｏｇｏ和Ｉｍｏｔｏ介绍了在 ５００ＭＰａ的高压下．在各种进行的自由基引发的衣 康酸聚合方法；但这种聚合方法所得到的转化率为 ５０％，并且需要特殊高压设备。这就是使得这种方法 成本甚高，在工业上不可行。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第３期 精细化工原料及中间体 中 间 体 一２７一 文献【２１ｊ介绍了衣康酸的聚合过程，该专利宣称 解决了两个问题：（１）确定了一种适用的引发剂；（２） ＣＨ？ ＨＯＯＣ Ｉｌ Ｃ００Ｈ 该方法可以在常压条件下实现，不需要昂贵的高压 设备。但该法衣康酸转化率变化不定，不可靠，先后 顺丁烯二醇再ｆ甲醛 柠康酸 ＋ ＼／：＼ ＣＨ 柠康酸酐 衣康酸 不一致。 文献阎介绍了一种使衣康酸单烷基酯聚合的方 综上所述。以石油化工产品为原料合成衣康酸 法．即先让聚衣康酸单烷基酯水解，最后使衣康酸沉 淀。但这种方法得到的转化率为７５％，还有２５％的单 体未聚合。 ５．２美国Ｐｆｉｚｅｒ公司法 美国Ｐｆｉｚｅｒ公司法的技术路线是以丁二酸酐或 丁二酸二酯为原料，以硫酸钍盐为催化剂，与甲醛反 应，首先生成柠康酸，在加热异构化得衣康酸 。 ＋ＨｃＨＯ一旧∞ 。 Ｏ人０ ＯＣ Ｈ Ｃ ０ＯＨ ｒＨ、 ＯＯＨ 丁二酸酐甲醛 柠康酸 衣康酸 ５．３ １３产化学工业公司法 ｄ本１３产化学工业公司法采用上述同样的原料 路线，但以强碱ＮａＯＨ／ＳｉＯ：为催化剂，４００￣Ｃ气相反 应．一步得衣康酸、柠康酸、柠康酸酐混合物，原料转 化率在９０％以上．但衣康酸选择性仅为２７％ｔｚ＇￣。 Ｃ Ｈｚ 。 ０ ｏ Ｏ 。。 丁二酸酐甲醛 衣康酸 柠康酸 柠康酸酐 ５．４日本电气化学工业公司法（之一） 日本电气化学工业公司以丁二酸二甲酯为原 料，以 ｏ，一Ｓｉｏ 为催化剂，在３７０￣（２与甲醛反应， 甲醛转化率９２％（丁二酸二甲酯转化率远低于此 值），衣康酸选择性仅３０％左右。以 ２ｏ厂ｓｉｏ 为担 体，负载５％一１０％（ｗ）的ＺｎＣ１２、ＣｕＣ１２、Ｈ３Ｐ０３、ＬａＣ１３、 ＭｎＣ１ 或ＮｉＣ１ 为催化剂，也可催化类似反应闭。 ∞。 ＋ＨｃＨｏ 。一！！！ 里．－ …。。 ２、 ＋ ＨＯＯＣｘ，２ ＋、同 ３７０＂ｃｔ ／、．． Ｉ／／、 ＾ ＣＯＯ Ｈ】 … … 。 Ｈ… ６ ６ 采用稀土／分子筛甲醛催化剂（ＬａＣｌＪ１３ｘ），在 ４５０￣（２反应，衣康酸的选择性也为３０％左右 。 ５．５日本电气化学工业公司法（之二） 日本电气化学工业公司还选用顺丁烯二酸酐为 原料，稀土／分子筛为催化剂（Ｌａ－Ｃｅ／１３ｘ），在３００－ ５００￣（２与甲醛反应。衣康酸选择性约２７％ｔ￣。 的现有工艺路线，均采用多相催化、近４００￣（２高温反 应。由于反应温度高，又缺少高选择性催化剂，因此， 衣康酸选择性仅为３０％左右，原料利用率很低，产品 分离、纯化等都很困难，在与发酵法竞争中处于不利 地位．难以工业化。 ５．６我国大连法 中国科学院大连化学物理研究所和大连理工大 学化工学院合作，经过三年研究，确定了一条以石油 化工产品为原料化工合成衣康酸的新工艺。这条技 术路线是以顺丁烯二酸酐（简称顺酐）为主要原料， 经过酯化、加成、亚甲基化、水解等四步反应合成衣 康酸。 Ｂ ｃｏｏＲ ｘ ｃ。。Ｒ ＣＨ：ＣＨ２ ｃｏｏＲ ｃｏｏＨ ｔ！ｏ－－一ＲＯＨ－＋ｌ 一一 －４ －— 一－Ｈ旦一，； ｃｏｏＲ 、ｃｏｏＲ ｃｏｏＲ 。“ ＩＩ ｏｏＨ 顺Ｔ烯二酸酐 马来酸二酯 衣康酸双酯 衣康酸 也可以用顺丁烯二酸二酯（又叫马来酸二酯）为 起始原料．省掉酯化反应。如以衣康酸双酯作为产品 出售应用，还可以省掉水解这一步。这样，该合成路 线就剩下加成、亚甲基化两个关键反应。而且这两步 反应还可合为一步。该路线有如下优点： （１）原料丰富。我国现有顺酐生产厂２０多家，年 产能力４万吨左右。天津中河、辽宁盘锦、锦西等新 建顺酐装置投产后．在１９９５年生产能力已达到７．５ 万吨 ３０］。顺酐市场供大于求，原料充足，有保障。 （２）衣康酸选择性显著提高。至今，文献报道的 以石油化工产品为原料的诸多技术路线有一个共同 的缺点。就是选择性低，仅为３０％左右。因此，在与发 酵法竞争中处于劣势。难以工业化。为此，大连化物 所及大连理工大学提出的新的合成路线，关键是提 高衣康酸的选择性。他们采用了以下几点技术措施： ①变顺酐与甲醛直接一步反应为两步反应，引 入含活泼氢的加成剂ＨＸ。先与马来酸二酯加成，然 后再与甲醛进行亚甲基化反应。ＨＸ为含杂原子化 合物。并可能转为副产品； ②变多相催化为高选择性的均相催化； ③变气一固相非均相反应为均相的液相反应； ④变３００－５００￣（２高温加压反应为常温常压反 维普资讯 http://www.cqvip.com 一２８一 中 间 体 精细化工原料及中间体 ２００８年第３期 表１几种萃取剂的分配比 应，由于反应条件温和，避免了高温下副反应的发 生。 碳氧键类 萃取剂正辛醇甲基异磷氧键类 ＴＢＰ 胺类 Ｎｍ 大连化物所及大连理工大学实验室小试初步结 ＴＩｋＰＯ Ｎ 果显示，通过采取上述４点措施，衣康酸选择性已比 专利文献报道的提高～倍以上。使其成为具有一定 竞争能力的新的化工合成衣康酸的技术路线。并已 工业化。 ６衣康酸的分离提纯 分配比Ｄ ０．６０ 丁基甲酮５０％（‘Ｐ）８０％（‘Ｐ）５Ｏ％（‘Ｐ）５０％（‘Ｐ）５Ｏ％（‘ｐ） ０．５８ ２．４７ ６．９９ ６．８０ １２．８０ ０．９１ 表中，Ｔ＝２９８Ｋ；衣康酸初浓度［Ｈ２ｉｔａ］为４１．４５ｇ／ Ｌ；相比Ｏ／Ａ＝Ｉ；稀释剂为磺化煤油（ｋｅｒ）。 从分离性能和操作因素考虑。在磷氧类萃取剂 中加入稀释剂是必要的。华东理工大学选择最常用 的磺化煤油为稀释剂。华东理工大学的实验结果证 明，随稀释剂用量的增加，分配比下降［３３１。 目前尚未看到有从石油化工产品中合成的衣康 酸的分离提纯方法的报导。本文仅介绍用生物发酵 法制得的衣康酸的分离提纯法。 含杂酸较少的衣康酸发酵液ｐ１】，通过重结晶可 得相当纯的衣康酸（质量分数９５％－９８％），但能耗 大，工艺路线长。用离子交换法提取衣康酸，处理能 力小，工艺路线长，对树脂的要求高，且消耗大量的 酸和碱。含杂质较多的衣康酸发酵液，用溶剂萃取法 效果较好。前苏联学者建议用乙酸乙酯作萃取剂。分 配比Ｄ＜Ｉ，但溶剂损失较严重，因而分离效果不理 两种浓度的ＴＢＰ，各在２９８Ｋ和３５３Ｋ下萃取衣 康酸，用８０％（ｑｏ）ＴＢＰ－ｋｅｒ作萃取剂时。分配比较 高，但升温反萃较困难；以５０％（‘Ｐ，￣ＢＰ—ｋｅｒ作萃取 剂时，虽然分配比较低，但无论萃取或反萃取，都有 较理想的操作条件。因此，华东理工大学推荐用５０％ （ｑ￣）ＴＢＰ—ｋｅｒ作为萃取剂 。 ６．２接触时间对分配比的影响 以５０％（ｑ￣）ＴＢＰ－ｋｅｒ作为萃取剂，在２９８Ｋ时， 以相比为Ｏ／Ａ＝Ｉ，对浓度为４１．４５ｇ／Ｌ的衣康酸水溶 液进行萃取。有机相中衣康酸浓度与两相接触时间 的关系表明，达到平衡的表观时间约为３Ｏ秒，说 明这体系的萃取速率是比较高的。 ６．３温度对分配比的影响 想。有人也曾用丁醇、乙醚、乙酸戊酯等提取衣康酸， 但仍存在上述问题ｐｌ， 。 华东理工大学依据衣康酸的性质。对碳氧键类、 磷氧键类和胺类萃取剂进行比较。选择了中性磷氧 键类萃取剂，实验取得了令人满意的效果，可望发展 成提取衣康酸的新工艺。 ６．１萃取剂的选择 ＴＢＰ萃取衣康酸为放热反应。分配比随温度升 高而下降；因而可在室温下萃取，在较高温度下进行 反萃取。 把包括萃取反应和传递在内的所有过程，虚拟 为一个宏观萃取过程，则有： Ｉ．Ｄ＝Ｉ．Ｄ０＋（ＡＨｐ／ＩＬ）・（１／Ｔ） 由于发酵液中衣康酸的浓度较低，因此要求萃 取剂有较大的分配比Ｄ和分离系数Ｂ，有良好的分 相性能、水溶性小、挥发度低、价廉易得、无毒和容易 再生等特性。才能为工业生产采用。 根据衣康酸的性质。从理论上可考虑的萃取剂 有：碳氧键类萃取剂、磷氧键类萃取剂和胺类萃取 剂。然而，碳氧键类萃取剂，如醚类、酮类、酯类等，对 衣康酸的分配比不超过１罔，且与水的互溶度较大， 而醇类与衣康酸会发生酯化反应ｐ田，因此均不合适。 胺类萃取剂会与衣康酸反应，生成不可逆的胺盐阁， 所以也不合适。中性磷氧键类萃取剂较为有效。常用 的有磷酸三丁酯（ＴＢＰ），三烷基氧膦（ＴＲＰｏ）等。它 们的水溶性小，分相性能好，再生容易，对衣康酸的 分配比也较高。几种萃取剂对衣康酸的分配比列于 表１。虽然ＴＲＰＯ分配比较高，但操作时分相较困 难，其价格也比ＴＢＰ高得多，故华东理工大学选择 ＡＨＰ为萃取热效应。对于８０％（ｑｏ）ＴＢＰ： ＡＨｐ１＝一１６．９２ｋＪ／ｍｏｌ；对于５０％（ｑ，）ＴＢＰ：ＡＨｐ２＝一 １６．１３ ｋＪ／ｍｏｌ。 ６．４萃取平衡数据及关联式 通过对５０％（ｑｏ）ＴＢＰ萃取衣康酸的液液平衡数 据，用Ｈａｎｄ结线法进行关联，得到其关联式（线性 相关系数均为Ｏ．９９）为： ２９８Ｋ： ：０．７９２１ ＋０＿０４５ ｌｇ Ｘ＾＝Ｏ ６３１ｌｇＸ ＾－．一１．１Ｏ ＴＢＰ为基本萃取剂。 式中Ｘｓ ｘ。 ｘ——有机相质量分数； 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００８年第３期 精细化工原料及中间体 中 间 体 一２９一 ｘ——水相的质量分数； 已知ＴＢＰ与衣康酸的萃合比为２，又对萃取相 作组成分析。得知萃取水的量与衣康酸系等摩尔含 下标Ａ——衣康酸； 量。因此可以认为ＴＢＰ萃取衣康酸的萃合反应式 下标Ｃ——水； 为： 下标Ｓ——溶剂。 ６．５萃取的理论级数 Ｈ ２Ｉｔａ＋２ＴＢＰ＋Ｈ２Ｏ Ｈ２１ｔａ・（ＴＢＰ）￣・Ｈ ２０ 当衣康酸初始浓度为４Ｏ Ｌ、Ｔ＝２９８Ｋ，采用相 而萃合物的结构式为： 比Ｏ／Ａ＝１。经四级逆流萃取，萃取率为９９％。反萃取 ｆ ＣＨ２ ・ 在３５３Ｋ下用热水逆流操作，溶剂再用少量碱液洗 ＩＪ （ＢｕＯ）３Ｐ ｏ…Ｈ—ｐ ｃ。ｃＨ２一 ’ｏ—Ｈ…ｏ Ｐ（Ｂｕｏ） 涤一次即可循环使用。 ０ ０ ６．６萃取机理 ＴＢＰ萃取衣康酸的机理。未见文献报道。 、。Ｈ＼ｏ 。 （待续） （上接第２４页） 经过多年持续改进，在产品收率、 对优势依然明显。 含量、规模化生产和综合利用等方面取得了很大进 从节能减排的趋势上看，未来ＨＣＮ工艺也将 展，但关键性指标氯化物含量是国外的３Ｏ倍，产品 逐步替代传统的氯乙酸法。 纯度低、杂质含量高，需经过脱色、重结晶等步骤才 由于市场需求强劲和巨大利益的刺激，国内很 能精制成食品和医药级甘氨酸，收率低、成本高。 有可能会引发又一次草甘膦建设热潮。目前国内已 国内目前有两类甘氨酸生产企业。一类是甘氨 经有多家企业正在建设规模化草甘膦生产装置．同 酸法草甘膦企业，如新安股份，其甘氨酸作为一种中 时国内也在加快二乙醇胺装置建设。预计２００８年我 间产品，商品形式较少，并不是严格意义上的甘氨酸 国草甘膦生产能力将达到３４ｘｌ０４ ｔ／ａ，根据国内一 生产企业。目前国内草甘膦企业主要有甘氨酸和 些大型企业规划发展来看。预计２０１０年我国草甘膦 ＩＤＡ两种工艺，甘氨酸法占产量７Ｏ％以上，居主导地 生产能力将达到５０ｘｌ０４ ｔ／ａ，届时产能将占全球需 位。另一类独立的甘氨酸生产企业氯乙酸氨解法生 求量的５０％左右。业内人士预计全球草甘膦全球供 产成本高、产品质量差，产品多为纯度９５％左右的工 应紧张的局面将在２００８年下半年将略有缓解。直到 业级甘氨酸，无法直接达到食品、医药等行业生产要 ２００８年底，华星化工、新安股份和江山股份等草甘 求。 膦企业的业绩将保持高速发展之势。股价可能随之 三峡英力的产业链路线是“天然气 氢氰酸 扶摇直上。不断创出新高。但如果国内装置建设过 羟基乙腈 甘氨酸”，前面“天然气 氢氰酸 羟基 快。２００９—２０１０年左右全球草甘膦可能又会呈现出 乙腈”部分技术已经相对成熟。如重庆紫光化工有限 供过于求的局面。 责任公司已有多年成熟的生产技术和经验，目前该 公司有１３０００吨／年ＨＣＮ生产装置。并生产苯胺基 参考文献 乙腈和亚氨基二乙腈等衍生物产品。其主要技术同 【１】张海滨，张小宏，王建清．亚氨基二乙酸法草甘膦生 样传承自紫光英力。 产成本探讨和降低成本对策Ⅱ】．农药科学与管理，２００７，（４）． 以天然气为原料，通过ＨＣＮ（氰氢酸）生产甘氨 ［２】付云峰，程磊．草甘膦生产企业面临成长机遇【Ｉ ．中 酸的新工艺，对生产过程中的各类污染物进行了最 国证券报。２００７年１Ｏ月２２ Ｅ１． 大限度的控制和回收利用。将副产品转化为化肥硫 ［３】史双院，赵凯，来宽忍等．两种除草剂的比较田．西北 酸铵和元明粉等有用产品，达到了清洁生产、循环经 园艺，２００５年，（４）． 济的要求和保护环境的目的。而且纯度高．可以生产 食品级和医药级产品，这是传统工艺无法实现的。同 时，其生产成本显著地低于传统的氯乙酸法。虽然近 年天然气的价格在不断上涨．但是由于原油价格的 上涨氯乙酸的成本也在不断提高．ＨＣＮ工艺的相
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