“双碳”背景下尼龙产业高质量发展路径探讨

＊薛雪如 尹东阳

（1.中国平煤神马集团科技创新管理部 河南 467000 2.平顶山工业职业技术学院 河南 467000）

20世纪80年代初，我国引进日本尼龙66生产技术在河南建成平顶山帘子布厂，经过40年的发展，河南省尼龙产业依托煤炭资源已经发展壮大，“大尼龙”格局已经形成，规模、产能居世界第一，尼龙66浸胶布年产量达到7万吨，工业丝达到12万吨，产品远销40多个国家[1-2]。

1.在“双碳”项标下尼龙产业发展现状

尼龙又称聚酰胺，主要包括尼龙66、尼龙6、尼龙56以及尼龙610等产品。作为功能纤维，广泛应用于帘子布、帆布、安全气囊等领域；作为工程塑料产品，具有优良的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，是五大通用工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。近年来，随着我国经济的高速增长，对尼龙这一具有优良性能的高分子材料的需求也不断增加，尼龙产业呈现良好发展态势[3]。

2.“双碳”背景下尼龙产业发展面临的问题

(1)能源消耗依赖性强，产业转型升级压力巨大

尼龙行业属于资源依赖型产业，是温室气体排放的大户，在低碳经济发展上存在动力不足的问题，与可持续发展的绿色理念很难相符合。就产品本身方面来说，其中碳排放量较大的产品有煤制氢氨等基础产品，这些产品是下游产品的重要原料，急需绿色替代方案来降低CO2、N2O排放量。同时，下游企业都设立了减排目标，要面临原料控碳减碳压力，所以尼龙产业由“黑”向“绿”转型发展面临巨大的压力[4]。

(2)原材料成本高，技术路线优化复杂

制约尼龙产业的最大枷锁就是成本，其根本原因有两个方面：一是由于关键原料己二腈的产能释放缓慢。二是尼龙的化学合成路线技术复杂且流程长。从成本看，对使用最广泛的尼龙66、PC、PBT这三种通用工程塑料进行比较，相较于PC与PBT，尼龙66单吨成本不占优势，因己二胺的高价位直接造成尼龙66出现成本劣势。如果采用丙烯腈法这一技术路线，存在高能耗、污染大的问题，而丁二烯法生产工艺进行产品分离时存在技术难题。

3.“双碳”背景下尼龙产业高质量发展的路径

(1)源头——从生物基尼龙入手，推动产业绿色发展

在低碳化发展的当下，生物基尼龙是重要的组成部分，传统生物基尼龙有两种：一是油类，以蓖麻油作为主要原料，进行油脂的系列化学转化生成PA单体后合成生物基尼龙。二是糖类，其中有纤维素与葡萄糖，将固定菌株进行发酵聚合产生PA单体后再合成生物基尼龙。由于尼龙66短期依靠扩大产能实现降低成本似乎不切实际。而高性能的生物基尼龙5X产品则是一种关键的补充。生物基PA56的主要原料是己二酸和戊二胺，原料来自含淀粉作物等生物质，能够减少温室气体CO2的排放，从而推动绿色发展。

(2)过程——节能降耗、绿氢与现有工艺的耦合

①工艺改造降耗，提升产业质量水平

首先，化工产品的生产工艺路线并不是特定的，每种产品都有几种不同的工艺路线，不同的路线选择对成品的能耗量非常关键。如煤化工生产路线的可选性有多条，而以煤为基础原料来生产甲醇，也有多种工艺路线，所以选择最佳的生产工艺路线是尼龙产业工艺改造降耗的第一步。其次，在化工生产的过程中，分离方法被运用于多个不同环节，例如精馏、吸收等都会用到分离法，分离工程当中有多种分离法，不同分离法的能耗量也各不相同，在工艺选择这一环节进行控制可以有效降低能源的损耗[5]。

②工艺控制节能，优化设备运转效能

节能是一个复杂的过程，无法通过一个独立的环节完成，需要整个操作流程的辅助，不但要借助仪器仪表来增强计量工作的精确度，还应对生产现场的能耗量进行详细的分析、衡量、测算。另外，在进行节能改造之后，要使得整体工艺流程在理想参数与最优的环境条件下进行反应，保障工序的平衡性、协调性，从而提升化工产品的质量。

A.能耗分析

对各设备的工艺参数变化与耗热量变化进行能耗分析，可以为节能管理提供一定的依据，如下所示。

以蒸发器为例，具体计算过程如下：

a.假设进口温度不变，出口温度增加1℃，即为121℃。经计算，需多耗热量2105kJ/h，取帘子布价格为每吨800元，蒸汽焓2815kJ/kg，每小时增加蒸汽2105/2815=0.75kg/h，相当于多花费0.6元/h。

b.假设加热不变，进口流量减少1%（即990Kg/h）；经计算，耗热量的减少量为-5310kJ/h，即每小时多耗热5310kJ，则每小时增加蒸汽5316/2815=1.88kg/h，那么多花费1.50元/h。

同理，当进口流量分别减少2%、5%、10%时，如表1和表2所示。

表1 蒸发器的能耗随出口温度变化

表2 蒸发器的能耗随进口流量变化

在蒸发器内，能耗随着出口温度增加而增加；随着进口流量的减少，能耗量也随之增加，因此蒸发器能耗的增加与出口温度的增加及进口流量的减少成正比。

同样可得反应器的能耗分析结果，如表3和表4所示：

表3 反应器的能耗随出口温度变化

表4 反应器的能耗随进口流量变化

由上表可以看出，反应器能耗的提高与出口温度的上升及进口流量的降低呈正相关。

闪蒸器的能耗变化结果如表5和表6所示：

表5 闪蒸器的能耗随出口温度变化

表6 闪蒸器的能耗随进口流量变化

由上表可以看出，闪蒸器能耗的增加与出口温度的增加及进口流量的减少成正比。

聚合器的能耗分析结果如表7和表8所示：

表7 聚合器的能耗随出口温度变化

表8 聚合器的能耗随进口流量变化

由表7和表8可以看出，聚合器能耗的增加与出口温度的增加及进口流量的减少呈正相关。

从上述分析可知，出口温度和进口流量是优化工艺流程的重要参数指标，保证整体工艺流程在理想参数与理想反应条件下运作，可以确保工序相互平衡协调，提高产品质量，进而避免发生产品质量问题。

B.节能降耗具体措施

a.强化工艺参数的控制精准度。操作过程中，要更加精准的控制和把握出口温度和进口流量，进而降低能耗，优化设备运作效能，减少浪费。

b.改变蒸发方式。在蒸发时会耗费大量蒸汽，应借助更高效节能的蒸发方式来代替，进而减少蒸汽过程中的蒸汽消耗量。

c.优化化工单元操作设备节能。对于换热设备而言，必须改善其保温性。可采用中间冷凝器、中间再沸器及热泵等技术手段，以保持合理的传热温差。

③绿氢与现有工艺的耦合

就实际层面而言，绿氢与现有工艺的耦合属于现有产业模式的转型升级，绿氢和煤基尼龙进行的产业链耦合，是在原技术基础上的创新，其创新关键点在于使用绿电进行电解水制氢，其产生的氢气会被用于化工产业的生产原材料。而水煤气变换反应是煤化工产生大量CO2的关键要素，在此基础上掺入绿氢，有助于缓解变换的负荷量，是非常有探索价值的一个工艺过程。但是，现如今要将绿氢应用到煤化工的实际生产过程中还有一些困难需要克服。如光电、风电波动性大，如何与煤化工稳定用电用氢的要求相适应，这些问题都需要在产业化推进的过程中逐步解决[6-7]。

(3)末端——N2O分解和CO2封存

①N2O分解

N2O是一种强温室气体，在自然界中N2O还原酶（N2OR）能够在温和条件下将N2O还原为N2。目前用于还原N2O的多相催化剂一般需要高温高压等苛刻的反应条件，对于高能耗的化工企业来说，降耗节能的作用较小。从分子水平上理解N2O活化转化机理，开展温和条件下将N2O降解的方法对尼龙产业的高质量发展具有重要的意义。

②CO2封存

就封存条件来说，特定的地质条件是CO2封存的基础，废弃油井气井，还有盐穴、岩穴等都可以作为CO2的封存基地。煤化工生产过程产生的CO2浓度较高，开发低成本CCUS技术对“双碳”背景下尼龙产业高质量发展非常关键。在此基础上，可以利用铺集的CO2为原料开发高附加值的化学产品。这些作为材料利用的产品，具有更好的碳利用价值。

4.结语

在“双碳”目标的背景下，河南省尼龙产业面临机遇与挑战共存的局面。在后续需要立足原料的优势，构建上下游全产业链条，以达到均衡发展，通过引进先进技术和人才，借助开发精深产品，以行业的研发优势实现“产品高端化”，以行业领先的技术优势，促进产业顺利实现转型升级。本文通过分析尼龙产业发展面临的问题，明确了尼龙产业技术路线的优化，为推动“双碳”背景下尼龙产业高质量发展的路径提供了借鉴方向。