＊薛雪如 尹東陽

（1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán)科技創(chuàng)新管理部 河南 467000 2.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 467000）

20世紀(jì)80年代初，我國(guó)引進(jìn)日本尼龍66生產(chǎn)技術(shù)在河南建成平頂山簾子布廠，經(jīng)過40年的發(fā)展，河南省尼龍產(chǎn)業(yè)依托煤炭資源已經(jīng)發(fā)展壯大，“大尼龍”格局已經(jīng)形成，規(guī)模、產(chǎn)能居世界第一，尼龍66浸膠布年產(chǎn)量達(dá)到7萬噸，工業(yè)絲達(dá)到12萬噸，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷40多個(gè)國(guó)家[1-2]。

1.在“雙碳”項(xiàng)標(biāo)下尼龍產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)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(chǎn)品。作為功能纖維，廣泛應(yīng)用于簾子布、帆布、安全氣囊等領(lǐng)域；作為工程塑料產(chǎn)品，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤(rùn)滑性，是五大通用工程塑料中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣的品種。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，對(duì)尼龍這一具有優(yōu)良性能的高分子材料的需求也不斷增加，尼龍產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì)[3]。

2.“雙碳”背景下尼龍產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題

(1)能源消耗依賴性強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力巨大

尼龍行業(yè)屬于資源依賴型產(chǎn)業(yè)，是溫室氣體排放的大戶，在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展上存在動(dòng)力不足的問題，與可持續(xù)發(fā)展的綠色理念很難相符合。就產(chǎn)品本身方面來說，其中碳排放量較大的產(chǎn)品有煤制氫氨等基礎(chǔ)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品是下游產(chǎn)品的重要原料，急需綠色替代方案來降低CO2、N2O排放量。同時(shí)，下游企業(yè)都設(shè)立了減排目標(biāo)，要面臨原料控碳減碳?jí)毫?，所以尼龍產(chǎn)業(yè)由“黑”向“綠”轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨巨大的壓力[4]。

(2)原材料成本高，技術(shù)路線優(yōu)化復(fù)雜

制約尼龍產(chǎn)業(yè)的最大枷鎖就是成本，其根本原因有兩個(gè)方面：一是由于關(guān)鍵原料己二腈的產(chǎn)能釋放緩慢。二是尼龍的化學(xué)合成路線技術(shù)復(fù)雜且流程長(zhǎng)。從成本看，對(duì)使用最廣泛的尼龍66、PC、PBT這三種通用工程塑料進(jìn)行比較，相較于PC與PBT，尼龍66單噸成本不占優(yōu)勢(shì)，因己二胺的高價(jià)位直接造成尼龍66出現(xiàn)成本劣勢(shì)。如果采用丙烯腈法這一技術(shù)路線，存在高能耗、污染大的問題，而丁二烯法生產(chǎn)工藝進(jìn)行產(chǎn)品分離時(shí)存在技術(shù)難題。

3.“雙碳”背景下尼龍產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的路徑

(1)源頭——從生物基尼龍入手，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展

在低碳化發(fā)展的當(dāng)下，生物基尼龍是重要的組成部分，傳統(tǒng)生物基尼龍有兩種：一是油類，以蓖麻油作為主要原料，進(jìn)行油脂的系列化學(xué)轉(zhuǎn)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(jìn)行發(fā)酵聚合產(chǎn)生PA單體后再合成生物基尼龍。由于尼龍66短期依靠擴(kuò)大產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)降低成本似乎不切實(shí)際。而高性能的生物基尼龍5X產(chǎn)品則是一種關(guān)鍵的補(bǔ)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(zhì)，能夠減少溫室氣體CO2的排放，從而推動(dòng)綠色發(fā)展。

(2)過程——節(jié)能降耗、綠氫與現(xiàn)有工藝的耦合

①工藝改造降耗，提升產(chǎn)業(yè)質(zhì)量水平

首先，化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝路線并不是特定的，每種產(chǎn)品都有幾種不同的工藝路線，不同的路線選擇對(duì)成品的能耗量非常關(guān)鍵。如煤化工生產(chǎn)路線的可選性有多條，而以煤為基礎(chǔ)原料來生產(chǎn)甲醇，也有多種工藝路線，所以選擇最佳的生產(chǎn)工藝路線是尼龍產(chǎn)業(yè)工藝改造降耗的第一步。其次，在化工生產(chǎn)的過程中，分離方法被運(yùn)用于多個(gè)不同環(huán)節(jié)，例如精餾、吸收等都會(huì)用到分離法，分離工程當(dāng)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(huán)節(jié)進(jìn)行控制可以有效降低能源的損耗[5]。

②工藝控制節(jié)能，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效能

節(jié)能是一個(gè)復(fù)雜的過程，無法通過一個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)完成，需要整個(gè)操作流程的輔助，不但要借助儀器儀表來增強(qiáng)計(jì)量工作的精確度，還應(yīng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的能耗量進(jìn)行詳細(xì)的分析、衡量、測(cè)算。另外，在進(jìn)行節(jié)能改造之后，要使得整體工藝流程在理想?yún)?shù)與最優(yōu)的環(huán)境條件下進(jìn)行反應(yīng)，保障工序的平衡性、協(xié)調(diào)性，從而提升化工產(chǎn)品的質(zhì)量。

A.能耗分析

對(duì)各設(shè)備的工藝參數(shù)變化與耗熱量變化進(jìn)行能耗分析，可以為節(jié)能管理提供一定的依據(jù)，如下所示。

以蒸發(fā)器為例，具體計(jì)算過程如下：

a.假設(shè)進(jìn)口溫度不變，出口溫度增加1℃，即為121℃。經(jīng)計(jì)算，需多耗熱量2105kJ/h，取簾子布價(jià)格為每噸800元，蒸汽焓2815kJ/kg，每小時(shí)增加蒸汽2105/2815=0.75kg/h，相當(dāng)于多花費(fèi)0.6元/h。

b.假設(shè)加熱不變，進(jìn)口流量減少1%（即990Kg/h）；經(jīng)計(jì)算，耗熱量的減少量為-5310kJ/h，即每小時(shí)多耗熱5310kJ，則每小時(shí)增加蒸汽5316/2815=1.88kg/h，那么多花費(fèi)1.50元/h。

同理，當(dāng)進(jìn)口流量分別減少2%、5%、10%時(shí)，如表1和表2所示。

表1 蒸發(fā)器的能耗隨出口溫度變化

表2 蒸發(fā)器的能耗隨進(jìn)口流量變化

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

同樣可得反應(yīng)器的能耗分析結(jié)果，如表3和表4所示：

表3 反應(yīng)器的能耗隨出口溫度變化

表4 反應(yīng)器的能耗隨進(jìn)口流量變化

由上表可以看出，反應(yīng)器能耗的提高與出口溫度的上升及進(jìn)口流量的降低呈正相關(guān)。

閃蒸器的能耗變化結(jié)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(jìn)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(jìn)口流量的減少成正比。

聚合器的能耗分析結(jié)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(jìn)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(jìn)口流量的減少呈正相關(guān)。

從上述分析可知，出口溫度和進(jìn)口流量是優(yōu)化工藝流程的重要參數(shù)指標(biāo)，保證整體工藝流程在理想?yún)?shù)與理想反應(yīng)條件下運(yùn)作，可以確保工序相互平衡協(xié)調(diào)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而避免發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量問題。

B.節(jié)能降耗具體措施

a.強(qiáng)化工藝參數(shù)的控制精準(zhǔn)度。操作過程中，要更加精準(zhǔn)的控制和把握出口溫度和進(jìn)口流量，進(jìn)而降低能耗，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)作效能，減少浪費(fèi)。

b.改變蒸發(fā)方式。在蒸發(fā)時(shí)會(huì)耗費(fèi)大量蒸汽，應(yīng)借助更高效節(jié)能的蒸發(fā)方式來代替，進(jìn)而減少蒸汽過程中的蒸汽消耗量。

c.優(yōu)化化工單元操作設(shè)備節(jié)能。對(duì)于換熱設(shè)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(shù)手段，以保持合理的傳熱溫差。

③綠氫與現(xiàn)有工藝的耦合

就實(shí)際層面而言，綠氫與現(xiàn)有工藝的耦合屬于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，綠氫和煤基尼龍進(jìn)行的產(chǎn)業(yè)鏈耦合，是在原技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，其創(chuàng)新關(guān)鍵點(diǎn)在于使用綠電進(jìn)行電解水制氫，其產(chǎn)生的氫氣會(huì)被用于化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)原材料。而水煤氣變換反應(yīng)是煤化工產(chǎn)生大量CO2的關(guān)鍵要素，在此基礎(chǔ)上摻入綠氫，有助于緩解變換的負(fù)荷量，是非常有探索價(jià)值的一個(gè)工藝過程。但是，現(xiàn)如今要將綠氫應(yīng)用到煤化工的實(shí)際生產(chǎn)過程中還有一些困難需要克服。如光電、風(fēng)電波動(dòng)性大，如何與煤化工穩(wěn)定用電用氫的要求相適應(yīng)，這些問題都需要在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)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(qiáng)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(yīng)條件，對(duì)于高能耗的化工企業(yè)來說，降耗節(jié)能的作用較小。從分子水平上理解N2O活化轉(zhuǎn)化機(jī)理，開展溫和條件下將N2O降解的方法對(duì)尼龍產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。

②CO2封存

就封存條件來說，特定的地質(zhì)條件是CO2封存的基礎(chǔ)，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(chǎn)過程產(chǎn)生的CO2濃度較高，開發(fā)低成本CCUS技術(shù)對(duì)“雙碳”背景下尼龍產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展非常關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，可以利用鋪集的CO2為原料開發(fā)高附加值的化學(xué)產(chǎn)品。這些作為材料利用的產(chǎn)品，具有更好的碳利用價(jià)值。

4.結(jié)語

在“雙碳”目標(biāo)的背景下，河南省尼龍產(chǎn)業(yè)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存的局面。在后續(xù)需要立足原料的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建上下游全產(chǎn)業(yè)鏈條，以達(dá)到均衡發(fā)展，通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和人才，借助開發(fā)精深產(chǎn)品，以行業(yè)的研發(fā)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品高端化”，以行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)順利實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文通過分析尼龍產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題，明確了尼龍產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線的優(yōu)化，為推動(dòng)“雙碳”背景下尼龍產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的路徑提供了借鑒方向。