“雙碳”背景下尼龍產業高質量發展路徑探討

＊薛雪如 尹東陽

（1.中國平煤神馬集團科技創新管理部 河南 467000 2.平頂山工業職業技術學院 河南 467000）

20世紀80年代初，我國引進日本尼龍66生產技術在河南建成平頂山簾子布廠，經過40年的發展，河南省尼龍產業依托煤炭資源已經發展壯大，“大尼龍”格局已經形成，規模、產能居世界第一，尼龍66浸膠布年產量達到7萬噸，工業絲達到12萬噸，產品遠銷40多個國家[1-2]。

1.在“雙碳”項標下尼龍產業發展現狀

尼龍又稱聚酰胺，主要包括尼龍66、尼龍6、尼龍56以及尼龍610等產品。作為功能纖維，廣泛應用于簾子布、帆布、安全氣囊等領域；作為工程塑料產品，具有優良的力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，是五大通用工程塑料中產量最大、品種最多、用途最廣的品種。近年來，隨著我國經濟的高速增長，對尼龍這一具有優良性能的高分子材料的需求也不斷增加，尼龍產業呈現良好發展態勢[3]。

2.“雙碳”背景下尼龍產業發展面臨的問題

(1)能源消耗依賴性強，產業轉型升級壓力巨大

尼龍行業屬于資源依賴型產業，是溫室氣體排放的大戶，在低碳經濟發展上存在動力不足的問題，與可持續發展的綠色理念很難相符合。就產品本身方面來說，其中碳排放量較大的產品有煤制氫氨等基礎產品，這些產品是下游產品的重要原料，急需綠色替代方案來降低CO2、N2O排放量。同時，下游企業都設立了減排目標，要面臨原料控碳減碳壓力，所以尼龍產業由“黑”向“綠”轉型發展面臨巨大的壓力[4]。

(2)原材料成本高，技術路線優化復雜

制約尼龍產業的最大枷鎖就是成本，其根本原因有兩個方面：一是由于關鍵原料己二腈的產能釋放緩慢。二是尼龍的化學合成路線技術復雜且流程長。從成本看，對使用最廣泛的尼龍66、PC、PBT這三種通用工程塑料進行比較，相較于PC與PBT，尼龍66單噸成本不占優勢，因己二胺的高價位直接造成尼龍66出現成本劣勢。如果采用丙烯腈法這一技術路線，存在高能耗、污染大的問題，而丁二烯法生產工藝進行產品分離時存在技術難題。

3.“雙碳”背景下尼龍產業高質量發展的路徑

(1)源頭——從生物基尼龍入手，推動產業綠色發展

在低碳化發展的當下，生物基尼龍是重要的組成部分，傳統生物基尼龍有兩種：一是油類，以蓖麻油作為主要原料，進行油脂的系列化學轉化生成PA單體后合成生物基尼龍。二是糖類，其中有纖維素與葡萄糖，將固定菌株進行發酵聚合產生PA單體后再合成生物基尼龍。由于尼龍66短期依靠擴大產能實現降低成本似乎不切實際。而高性能的生物基尼龍5X產品則是一種關鍵的補充。生物基PA56的主要原料是己二酸和戊二胺，原料來自含淀粉作物等生物質，能夠減少溫室氣體CO2的排放，從而推動綠色發展。

(2)過程——節能降耗、綠氫與現有工藝的耦合

①工藝改造降耗，提升產業質量水平

首先，化工產品的生產工藝路線并不是特定的，每種產品都有幾種不同的工藝路線，不同的路線選擇對成品的能耗量非常關鍵。如煤化工生產路線的可選性有多條，而以煤為基礎原料來生產甲醇，也有多種工藝路線，所以選擇最佳的生產工藝路線是尼龍產業工藝改造降耗的第一步。其次，在化工生產的過程中，分離方法被運用于多個不同環節，例如精餾、吸收等都會用到分離法，分離工程當中有多種分離法，不同分離法的能耗量也各不相同，在工藝選擇這一環節進行控制可以有效降低能源的損耗[5]。

②工藝控制節能，優化設備運轉效能

節能是一個復雜的過程，無法通過一個獨立的環節完成，需要整個操作流程的輔助，不但要借助儀器儀表來增強計量工作的精確度，還應對生產現場的能耗量進行詳細的分析、衡量、測算。另外，在進行節能改造之后，要使得整體工藝流程在理想參數與最優的環境條件下進行反應，保障工序的平衡性、協調性，從而提升化工產品的質量。

A.能耗分析

對各設備的工藝參數變化與耗熱量變化進行能耗分析，可以為節能管理提供一定的依據，如下所示。

以蒸發器為例，具體計算過程如下：

a.假設進口溫度不變，出口溫度增加1℃，即為121℃。經計算，需多耗熱量2105kJ/h，取簾子布價格為每噸800元，蒸汽焓2815kJ/kg，每小時增加蒸汽2105/2815=0.75kg/h，相當于多花費0.6元/h。

b.假設加熱不變，進口流量減少1%（即990Kg/h）；經計算，耗熱量的減少量為-5310kJ/h，即每小時多耗熱5310kJ，則每小時增加蒸汽5316/2815=1.88kg/h，那么多花費1.50元/h。

同理，當進口流量分別減少2%、5%、10%時，如表1和表2所示。

表1 蒸發器的能耗隨出口溫度變化

表2 蒸發器的能耗隨進口流量變化

在蒸發器內，能耗隨著出口溫度增加而增加；隨著進口流量的減少，能耗量也隨之增加，因此蒸發器能耗的增加與出口溫度的增加及進口流量的減少成正比。

同樣可得反應器的能耗分析結果，如表3和表4所示：

表3 反應器的能耗隨出口溫度變化

表4 反應器的能耗隨進口流量變化

由上表可以看出，反應器能耗的提高與出口溫度的上升及進口流量的降低呈正相關。

閃蒸器的能耗變化結果如表5和表6所示：

表5 閃蒸器的能耗隨出口溫度變化

表6 閃蒸器的能耗隨進口流量變化

由上表可以看出，閃蒸器能耗的增加與出口溫度的增加及進口流量的減少成正比。

聚合器的能耗分析結果如表7和表8所示：

表7 聚合器的能耗隨出口溫度變化

表8 聚合器的能耗隨進口流量變化

由表7和表8可以看出，聚合器能耗的增加與出口溫度的增加及進口流量的減少呈正相關。

從上述分析可知，出口溫度和進口流量是優化工藝流程的重要參數指標，保證整體工藝流程在理想參數與理想反應條件下運作，可以確保工序相互平衡協調，提高產品質量，進而避免發生產品質量問題。

B.節能降耗具體措施

a.強化工藝參數的控制精準度。操作過程中，要更加精準的控制和把握出口溫度和進口流量，進而降低能耗，優化設備運作效能，減少浪費。

b.改變蒸發方式。在蒸發時會耗費大量蒸汽，應借助更高效節能的蒸發方式來代替，進而減少蒸汽過程中的蒸汽消耗量。

c.優化化工單元操作設備節能。對于換熱設備而言，必須改善其保溫性。可采用中間冷凝器、中間再沸器及熱泵等技術手段，以保持合理的傳熱溫差。

③綠氫與現有工藝的耦合

就實際層面而言，綠氫與現有工藝的耦合屬于現有產業模式的轉型升級，綠氫和煤基尼龍進行的產業鏈耦合，是在原技術基礎上的創新，其創新關鍵點在于使用綠電進行電解水制氫，其產生的氫氣會被用于化工產業的生產原材料。而水煤氣變換反應是煤化工產生大量CO2的關鍵要素，在此基礎上摻入綠氫，有助于緩解變換的負荷量，是非常有探索價值的一個工藝過程。但是，現如今要將綠氫應用到煤化工的實際生產過程中還有一些困難需要克服。如光電、風電波動性大，如何與煤化工穩定用電用氫的要求相適應，這些問題都需要在產業化推進的過程中逐步解決[6-7]。

(3)末端——N2O分解和CO2封存

①N2O分解

N2O是一種強溫室氣體，在自然界中N2O還原酶（N2OR）能夠在溫和條件下將N2O還原為N2。目前用于還原N2O的多相催化劑一般需要高溫高壓等苛刻的反應條件，對于高能耗的化工企業來說，降耗節能的作用較小。從分子水平上理解N2O活化轉化機理，開展溫和條件下將N2O降解的方法對尼龍產業的高質量發展具有重要的意義。

②CO2封存

就封存條件來說，特定的地質條件是CO2封存的基礎，廢棄油井氣井，還有鹽穴、巖穴等都可以作為CO2的封存基地。煤化工生產過程產生的CO2濃度較高，開發低成本CCUS技術對“雙碳”背景下尼龍產業高質量發展非常關鍵。在此基礎上，可以利用鋪集的CO2為原料開發高附加值的化學產品。這些作為材料利用的產品，具有更好的碳利用價值。

4.結語

在“雙碳”目標的背景下，河南省尼龍產業面臨機遇與挑戰共存的局面。在后續需要立足原料的優勢，構建上下游全產業鏈條，以達到均衡發展，通過引進先進技術和人才，借助開發精深產品，以行業的研發優勢實現“產品高端化”，以行業領先的技術優勢，促進產業順利實現轉型升級。本文通過分析尼龍產業發展面臨的問題，明確了尼龍產業技術路線的優化，為推動“雙碳”背景下尼龍產業高質量發展的路徑提供了借鑒方向。