1、甘氨酸的生產現狀及發展趨勢徐澤輝刁春霞黃亞茹常慧（中國石化上海石油化工股份有限公司，200540）摘要： 我國是世界上甘氨酸生產國之一，目前中國甘氨酸的生產技術基本都采用已經被國外淘汰的氯乙酸氨解法工藝，雖然經過持續的改進，提高了反應的收率和產品的質量，但與國外技術相比較，仍有生產成本高，產品質量差的劣勢，且只能生產工業級甘氨酸。文章分析了國內外甘氨酸的生產現狀及市場情況，對制約我國甘氨酸發展的重要因素進行了討論，建議重點發展以羥基乙腈為原料的直接Hydantion 工藝， 生產純度在99.5%以上的甘氨酸產品，進一步拓展其在食品加工業中的應用。關鍵詞：甘氨酸生產 市場甘氨酸是氨基酸系列中結構

2、最為簡單，人體非必需的一種氨基酸，在分子中同時具有酸性和堿性官能團， 在水溶液中為強電解質，在強極性溶劑中溶解度較大，基本不溶于非極性溶劑，而且具有較高的沸點和熔點，通過水溶液酸堿性的調節可以使甘氨酸呈現不同的分子形態 生產技術。 根據甘氨酸的制備工藝和產品的純度可分為食品級、醫藥級、 飼料級和工業級四種規格產品。在食品加工中甘氨酸可用作食品的防腐劑，延長其保質期；在含酒精飲料和動植物食品的加工中，則作為調味劑、甜味劑、增香劑、營養增補劑，此外，在甜醬、醬油、醋、果汁中添加甘氨酸，達到改善食品的風味和增加食品營養的目的。在醫藥方面，甘氨酸可以合成多種藥物，如治療高血壓藥物鹽酸地拉普利、抑制胃潰

3、瘍用碳酸鈣制劑、撲熱息通甘氨酸鹽、單甘氨酸乙酰水楊酸鈣、利血胺注射液、抗巴帕金森氏病藥物L-多巴、甲碉霉素等 1.1 氯乙酸氨解工藝47該工藝以氯乙酸與氨水為原料，在烏洛托品催化劑作用下制得。先將催化劑溶解在氨水中，在良好攪拌下滴加氯乙酸，投料結束后，升高溫度，保溫一段時間，再降溫至一定溫度時，用乙醇或甲醇重結。工業級甘氨酸則主要用于大規模生產除草活性最強的除草劑草甘膦晶兩次，就可以得到純度為95%左右的甘氨酸。該工藝雖然簡單且對設備要求不高，但由于產生大量的無機鹽，使得產品的提純非常困難，只能生 產工業級甘氨酸。并產生大量富含氯化銨和甲醛的廢水，所要求的環保處理費用較高。而且作為催化劑 的烏

4、洛托品難以循環使用，使生產成本增加。 1.2 Strecker 工藝 7將甲醛水溶液、氰化鈉和氯化銨混合后在低溫下進行反應，反應結束后加入醋酸使亞氨基乙腈析。甘氨酸化學合成工藝主要有氯乙酸氨解法、施特雷克法（Strecker）和海因法（Hydantion）三種。目前國內仍采用在國外已被淘汰的氯乙酸氨解法技術，而國外則采用改進的施特雷克法和海因法技術路線。由于原料和工藝的不同，氯乙酸氨解法具有生產成本高，產品質量差的特點，所生產的甘氨酸大多為工業級，純度一般在95左右，嚴重制約了其下游的應用，而國外廠商大多利用丙烯腈副產氫氰酸和羥基乙腈生產甘氨酸，該法生產成本低，產品質量好，一般純度可以達到99

5、以上。和甘氨酸。該工藝同樣存在生產成本高、產品質量差和環境污染嚴重的缺點。1.3 改進的 Strecker 和 Hydantion 工藝 8,9為了提高甘氨酸的質量，降低生產成本和減少環境污染，國外開發了以氫氟酸替代氧化鈉或氧化 鉀改進的Strecker工藝，反應以氫氟酸、甲醛、氨和二氧化碳為原料，反應液在管式反應器中進行。在低溫下析出甘氨酸，母液循環使用，通過改變反應體系中副產物的濃度，使平衡向目標產物方向移動，從而達到提高反應收率的目的。雖然該工藝具有流程短、收率高和不產生污染等諸多優勢，但由于氫鼠 酸的劇毒性和易揮發性，無法長距離運輸，裝置只能放在其原料裝置附近，制約了甘氨酸生產的發展。

6、1.4 直接 Hydantion 工藝 10,11Hydantion工藝的發展源于尋找氫氟酸的替代品，以消除甘氨酸生產的地域局限性。羥基乙睛是氫鼠酸和甲醛的加成產物，其沸點為183 C,在高溫下易分解為氫氟酸和甲醛，因此，從生產和化學角度來說，以羥基乙睛為原料來生產甘氨酸，既解決了氫氟酸不易處理的缺陷，又保持了改進Strecker工藝的優點，該工藝目前正成為國外最受關注的技術路線之一。1.5 生物法工藝12,13生物法制備甘氨酸工藝目前尚處于技術開發階段，有些日本公司在該領域較為活躍，申請了許多專利。它以甘氨睛為原料，在微生物酶的作用下，使甘氨睛水溶液進行水解反應，從而轉化為甘氨酸，同 時伴隨

7、產生氨，水解時系統中含有至少一種抑制該微生物酶的有機物。1.6 甘氨酸白精制14,15由氯乙酸氨解法制取的甘氨酸含量在90%95%之間，雜質含量為 4%10%,并帶有較深的色澤，如不進行精制處理，無法滿足食品及醫藥級甘氨酸的要求。目前工業上提純甘氨酸的方法是利用活性炭吸附脫色后進行重結晶。 首先將粗甘氨酸溶解在熱水中，加入粉狀活性炭吸附脫色，再經過濾分離活性炭后加熱濃縮，當濃縮液體積為原先體積的二分之一時，冷卻至室溫，再加入34倍體積的乙醇或甲醇使甘氨酸結晶析出，為了使甘氨酸達到所要求的質量指標，這種精制需反復進行 23次。通常精制收率為60%70%,消耗大量的乙醇和活性炭，生產成本較高。為此

8、，有文獻中報道了以強堿性陰離子樹脂 和弱堿性陰離子為吸附劑的改進的粗甘氨酸精制工藝，簡化了精制流程，提高了精制的收率。1.7 幾種生產工藝的對比表1 4分別是幾種生產工藝路線原料消耗和原料成本16。表1氯乙酸氨解法原料消耗及成本原料名稱純度，%單耗/t - t 1單價/元- t 1成本/元氯乙酸961.5506 50010 075液氨工業級0.8501 8501 573烏洛托品980.307 2002 160甲醇982.102 3004 830合計18 638表2 Strecker工藝原料消耗及成本原料名稱純度，%單耗/t - t 1單價/元 t 1成本/元甲醛370.251 570393氧化

9、鈉700.938 5007 905碳酸氫鏤701.021 5501 581氫氧化鋼801.432 4503 500硫酸900.725380275合計13 654表3 改進的Strecker和Hydantion工藝原料消耗及成本原料名稱純度， 單耗/t , t 1單價/元 t 1成本/元甲醛371.51 5702 355氧化氫1000.57 0003 500碳酸氫鏤2.94001 160乙醇950.13 000300催化劑0.005200合計7 515表4直接Hydantion工藝原料消耗及成本原料名稱純度，%單耗/t - t 1單價/元- t 1成本/元羥基乙睛1000.927 0006 44

10、0氨水0.12 900290二氧化碳0.12 000200合計6 930對比上面幾種工藝的原料消耗及產品的收率可以看出，氯乙酸氨解法原料成本最高，Strecker工藝由于氧化物消耗較大，原料成本仍高達13 654元/t,改進的Strecker和直接Hydantion工藝競爭力最強。2甘氨酸產品的質量指標甘氨酸產品的質量決定于所使用的生產工藝和原料，由于中國尚未制定醫藥級、食品級和飼料級 甘氨酸的質量標準，這些產品均參照國際上目前使用的甘氨酸質量標準執行，見表5。表6是中國最大的甘氨酸生產商江西電化有限責任公司目前執行的甘氨酸質量規格。表5國外甘氨酸的質量規格規格食品和醫藥級USP-24, BP

11、-98外觀白色結晶粉末白色結晶粉末純度（C2H 5NO2）, %99.5101.598.5101.5氯（以Cl-計）,%< 0.006<0.007重金屬，%< 0.001<0.002鉛（以Pb計），%< 0.000 5硫酸鹽（以SO42計），%< 0.006<0.006 5碑（以As計），%< 0.000 1鐵（以Fe計），%< 0.001氨（以NH4+計），%<0.01烘干失重，%<0.07<0.2灰分，%<0.05<0.1PH值5.86.2注：USP-24為美國藥典；BP-98為英國藥典。表6國產甘氨酸的質

12、量規格規格醫藥級食品級飼料級工業級外觀白色結晶粉末白色結晶粉末白色結晶粉末白色結晶粉末純度（C2H5NO2）, %99.5101.598.5101.5< 98.5< 97.5氯（以Cl-計），%< 0.007< 0.021< 0.50< 0.70重金屬，%< 0.002< 0.002<0.002鉛（以Pb計），< 0.000 5硫酸鹽（以SO4+計）,%< 0.006< 0.006 5碑（以As計），< 0.000 2< 0.000 2< 0.000 3鐵（以Fe計），<0.003氨（以NH4+計）

13、,%<0.02<0.02烘干失重，<0.20< 0.2<0.2< 1.00灰分，%<0.1< 0.1<0.1pH值6.5注：食品級符合日本味之素JISK-91標準；工業級產品規格符合HG2029-91標準對比表5和表6可以看出，國外食品和醫藥級甘氨酸要求的含量大于99.5% ,工業級要求大于98.5%,且對氯含量要求極高，最大值不允許超過0.007%,反觀國內生產的甘氨酸，特別是工業級和飼料級的質量與國外有明顯差距，即使通過精制可生產醫藥級產品，但生產成本將大幅增加，缺乏市場競爭能力。3國內外甘氨酸的生產現狀國外甘氨酸生產

14、廠家主要有美國的查特姆公司、法國的斯帕西亞公司、日本的有機合成藥品公司、 昭和電工公司和味之素公司等，其中日本是甘氨酸生產和消耗大國，這些公司基本都采用改進的Strecker工藝和直接Hydantion工藝，目前世界甘氨酸年產量已達230 kt。國內甘氨酸的生產規模目前約為23 kt/a,生產廠家有40余家，其中江西電化有限責任公司有兩套5 kt/a生產裝置1,浙江新安江化工集團公司建有3 kt/a生產裝置，其他主要生產廠家有江蘇南通化工廠、長春農安制藥廠、遼寧本溪化工廠、河北石家莊東華化工總廠等。產品均為工業級甘氨酸，用于生產農藥草甘瞬和植物生長調節劑增甘瞬，此外，還建有一套1 kt/a醫藥

15、級甘氨酸裝置。4甘氨酸生產技術的發展趨勢從國外甘氨酸現有生產裝置使用的工藝路線及關于甘氨酸制備技術所申請專利的數量和內容來分析，國外目前甘氨酸的生產完全淘汰了氯乙酸氨解工藝，主要采用以氫氟酸、羥基乙睛為原料的 Strecker工藝和Hydantion工藝，通過工藝的不斷改進，提高了產品的收率和產品的質量，并有采用生物技術由甘氨睛生產甘氨酸的發展趨勢。而在中國氯乙酸氨解工藝生產甘氨酸是目前普遍采用的技術，自1969年實現工業化以來，雖然對其進行了眾多改進性研究1820,使甘氨酸收率由約70%提高至85%以上，產品甘氨酸含量從 95%提高到98.5%,但其關鍵性指標氯化物含量仍高達0.06%0.5

16、%,由于所得產品純度低、雜質含量多而無法滿足食品和醫藥行業生產的使用要求。同樣作為草甘瞬原料，國外采用純度為98.5%101.5%的甘氨酸，而國內純度只有 97.5%98.5%,而且其中的氯化物含量是國外的30倍，生產合格的草甘瞬需兩次重結晶，對產品的收率影響很大。雖然中國已經開發成功了以氫氟酸為原料合成甘氨酸的小試技術16,但反應收率只有 73%,產品純度只有 95%,如要實現工業化還需在反應工藝、 產品的精制和連續化方面進行大量研究。5甘氨酸的應用及市場狀況5.1 食品在食品加工中添加甘氨酸能改善食品的風味和品質，并具有抗氧化和防腐作用，可以延長食品保 質期，在發達國家需求量預計每年增加1

17、0%15%。據統計資料表明，美國用作食品添加劑的甘氨酸達到10 kt,日本也有3 kt左右，其中僅日本有機合成公司一家就有2.5 kt用于食品加工。在國內，由于沒有相應的食品級甘氨酸質量標準和采用新工藝的生產裝置，使得一些食品加工企業只能從國外進口， 并且極大地阻礙了甘氨酸應用領域的擴展，據預測中國食品行業的潛在需求量為10 kt。5.2 農藥中間體草甘膦屬內吸傳導型廣譜有機磷農藥之一，能有效控制80 余種危害較大的雜草的生長，因其具有低毒、易分解、強效、無殘留等優點已被美國政府評為最優秀農藥之一，目前世界年需求量為140 kt。中國生產的草甘膦商品是含量為95%的固體草甘膦和含量為41%的草

18、甘膦異丙胺鹽水劑，中國生產能力超過30 kt/a。目前生產草甘瞬的主要工藝是甘氨酸/亞磷酸二甲酯法，每生產 1 t需消耗甘氨酸0.96 t,僅生產草甘瞬一種產品就消耗了中國市場上80%的甘氨酸。此外，甘氨酸還用于近年在中國發展較快的增甘膦的生產，它由甘氨酸與三氯化磷和甲醛反應制得，每噸需消耗甘氨酸1.3 t。5.3 飼料在國外，牛羊飼料配方中都加入甘氨酸，特別是在10 周內雞雛用飼料中是不可缺少的成分，而中國飼養業中尚未使用添加甘氨酸的飼料。我國是世界第二大飼料生產國，并以年均8%的速度增長，可以預計隨著中國食品級甘氨酸的規?；a，甘氨酸作為飼料添加劑的前景非常廣闊，僅從中國目前養雞業的總規

19、模來看，每年需耗甘氨酸1.3 kt。6 建議國內目前都采用氯乙酸氨解法生產甘氨酸，生產工藝落后，產品質量差，裝置規模小，已嚴重制約了甘氨酸下游產品的應用與發展，而世界發達國家生產廠商大多利用丙烯腈副產氫氰酸或羥基乙腈來生產甘氨酸。我國是丙烯腈生產大國，隨著2005 年位于上?；瘜W工業區260 kt/a 丙烯腈生產裝置的投運， 我國丙烯腈生產能力將達到500 kt/a， 副產氫氰酸約50 kt/a， 并擁有一套10 kt/a 羥基乙腈生產裝置，這為甘氨酸生產提供了充足的資源，而另一原料甲醛國內也已供過于求，迫切希望尋找下游產品，因此，只要開發成功改進的Strecker 或直接 Hydantion

20、 工藝，并達到國外先進水平，將會全面提高我國甘氨酸的質量，降低生產成本，并在國內為其下游產品的發展，特別是在醫藥行業、食品加工業和飼料行業的發展， 起到極大的促進作用。我國有關企業應充分利用氫氰酸和羥基乙腈原料優勢，采用改進的Strecker或直接 Hydantion 工藝建設一套萬噸級規模的甘氨酸生產裝置，必能獲取良好的社會效益和經濟效益，提高中國相關產品在世界市場的競爭能力。參考文獻1 徐克勛.精細有機化工原料及中間體手冊. 北京：化學工業出版社，19982 宋彥梅，尹秋響，王靜康.甘氨酸的應用及生產技術.氨基酸和生物資源，2003， 25（2）： 55603 雷崧僧，陳學軍. 我國草甘膦

21、生產工藝及其技術進步.農藥，1999， 38（4）： 694 程嘉豪 . 甘氨酸合成工藝.氨基酸和生物資源，1996， 18（1）： 9105 曹建軍 . 乙醇法循環生產甘氨酸.化學世界，1990， （ 9） ： 4194206 金煉鐵，吳廣文. 甘氨酸生產新工藝研究.化學世界，1993， （ 4） ： 1851897 朱世英.甘氨酸的合成工藝研究. 浙江化工，1990， （ 3） ： 4044.8 William R M, Niagara N Y . Synthesis of iminodiacetonitrile.USA ， US 2 794 044， 1957-05-289 James

22、T M, Thomas J R. Process for the preparation of iminodiacetonitrile.USA ， US 4 661 614， 1987-03-2810 Kenji F, Nobutaka U Yuuji M et al. Process for preparing glycine. USA， US5 258 550，1993-11-0211 Kenji F, Nobutaka U Yuuji M et al. Process for preparing glycine. USA， US5 202 479，1993-03-1312 Kenneth

23、 W S, James C F. Process for the preparation of glycinonitrile.USA ，US 3 167582， 1965-01-2613 Hitoshi S, Chiharu F, Takakazu E et al. Process for preparing glycine from glycinonitrile. USA ， US 5 238 827， 1993-08-2414 Toshiya A , Kiyoshi K,Kazumasa O.Process for producting glycine. USA ， US 2003/004

24、0085A1,2003-02-2715 Kenji F, Susumu Y, Yuji M et al. Method for purifying glycene. USA ， US 5 254 729， 1993-10-1916 劉建慧 .國內甘氨酸的生產與應用.化學工業與工程技術，1999， （ 1） ： 2426.17 盧金龍 .5 000 t/a 甘氨酸生產技術總結. 氯堿化工，2001， （ 4） ： 2425.18 溫輝梁,劉崇波,鄧瑞紅等.一種高產率制備甘氨酸的方法.南昌大學學報（理科版 ）， 2000， 24（3）： 29529719 胡衛國.甘氨酸合成工藝的研究.化工技術與開

25、發，2002， 31(3)： 3420 胡衛國.溫度對合成甘氨酸反應的影響.化學世界，2001 ， ( 4) ： 189190Current Status and Developing Trend of Glycin ProductionXu Zehui Diao Chunxia Huang Yaru Chang Hui(Chemical Engineering Research Institute, SINOPEC Shanghai Petrochemical Co., Ltd., 200540)ABSTRACTChina is an important glycin producing country in the world, but the producing technology we adopted is predominantly the chloroacetic acid ammonolysis proc