第一節(jié) 合成氨的定義

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨，為一種基本無機化工流程?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，氨是化肥工業(yè)和基本有機化工的主要原料。（商業(yè)計劃書）

第二節(jié) 合成氨的工藝流程

(1)原料氣制備將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。

(2)凈化對粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。

①一氧化碳變換過程在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為120合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應(yīng)如下：CO+H2O→H2+CO2 ΔH=-41.2kJ/mol

由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3右。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

②脫硫脫碳過程各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料氣經(jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。

一般采用溶液吸收法脫除CO2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。

③氣體精制過程經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。

在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(<-100℃)條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))一般應(yīng)小于0.7甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應(yīng)如下：

CO+3H2→CH4+H2O=-206.2kJ/mol0298HΔ

CO2+4H2→CH4+2H2O=-165.1kJ/mol0298HΔ

(3)氨合成將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。 [1]  氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有100故采用未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應(yīng)式如下：

N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol

第三節(jié) 合成氨市場 行業(yè) 發(fā)展現(xiàn)狀

合成氨工業(yè)在20世紀(jì)初期形成，開始用氨作火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭服務(wù)，第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，轉(zhuǎn)向為農(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對氨的需要量日益增長。

2015年至2017年我國合成氨開工率分別為79.1%、73.4%、67.4%。近幾年，因下游農(nóng)作物對于肥料需求低迷，尿素 行業(yè) 步入去產(chǎn)能階段，合成氨需求量急劇下降，2015年至2017年合成氨表觀消費量分別為5817萬噸、5370萬噸、4922萬噸，表觀消費量同比增速分別為2.4%、-7.7%、-8.4%。

合成氨供需格局

合成氨下游分布

盡管合成氨面臨產(chǎn)能過剩的問題，但 行業(yè) 開工率低迷導(dǎo)致合成氨產(chǎn)量下滑，一定程度上緩解了市場供給端壓力，液氨價格筑底回升。自2016年下半年以來，合成氨產(chǎn)量同比下降，且降幅由7月的2.14%逐步擴(kuò)大到12月的7.4%，2017年年均降幅達(dá)9.57%。隨著合成氨產(chǎn)量的急劇下滑，同期液氨價格筑底回升，由2016年6月1960元/噸上漲至目前3070元/噸。

合成氨供給收縮

合成氨價格中樞上移

氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位;同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70%的比例。未來合成氨技術(shù)進(jìn)展的主要趨勢是“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行”。

中國合成氨產(chǎn)量位居世界第一位，現(xiàn)已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術(shù)，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。2017年，中國合成氨總生產(chǎn)能力為7,400萬噸左右，氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求;在與國際接軌后，具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力，今后發(fā)展重點是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。

中國目前有中型合成氨裝置55套，生產(chǎn)能力約為500萬噸/年;其下游產(chǎn)品主要是尿素和硝酸銨。其中以煤、焦為原料的裝置有34套，以渣油為原料的裝置有9套，以氣為原料的裝置有12套。目前，中國有小型合成氨裝置700多套，生產(chǎn)能力約為3,000萬噸/年;其下游產(chǎn)品主要是碳酸氫銨，但現(xiàn)有已有112套經(jīng)過改造后開始生產(chǎn)尿素。

中國合成氨生產(chǎn)裝置原料以煤、焦為主;其中以煤、焦為原料的占總裝置的96%，以氣為原料的僅占 4%。中國引進(jìn)大型合成氨裝置的總生產(chǎn)能力為1,000萬噸/年，只占中國合成氨總產(chǎn)能的1/4左右，因此可以說我國合成氨 行業(yè) 對外依賴性并不高。中國自行研發(fā)了多套工藝技術(shù)，促進(jìn)了氮肥生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高。如合成氣制備、CO變換、脫硫脫碳、氣體精制和氨合成技術(shù)。

2013-2017年我國合成氨產(chǎn)量統(tǒng)計

第四節(jié) 合成氨 行業(yè) 未來發(fā)展

合成氨 行業(yè) 是我國五大重點 行業(yè) 之一，占我國化學(xué)工業(yè)能源消費總量的25%，也是國家節(jié)能減排工作重點關(guān)注的領(lǐng)域。

總體來看，合成氨 行業(yè) 未來發(fā)展需要突破瓶頸，提高創(chuàng)新發(fā)展能力。首先我們需要認(rèn)識到瓶頸才能突破。目前合成氨 行業(yè) 發(fā)展瓶頸主要有以下幾個方面。首先，產(chǎn)能過剩較為嚴(yán)重，過剩率在30%以上。其次是， 行業(yè) 競爭加劇，下游尿素行情持續(xù)低迷，需求拓展力度仍相對較弱。

認(rèn)清了 行業(yè) 的發(fā)展瓶頸，那么未來發(fā)展從何入手，將逐步清晰。國家已經(jīng)明確提出，未來控制合成氨的新建項目。那么就應(yīng)從已有裝置的改進(jìn)和改造入手。從原料結(jié)構(gòu)、裝置技術(shù)結(jié)構(gòu)及企業(yè)結(jié)構(gòu)角度，降低能耗，發(fā)展節(jié)能減排。而原料技術(shù)直接決定了能耗。節(jié)能減排的主要任務(wù)就是降低能源消耗，減少二氧化碳排放量。

要想降低能源消耗，那么就要發(fā)展以無煙煤為原料的合成氨企業(yè)，目前我國大中型氮肥企業(yè)多數(shù)還是以非無煙煤為原料，綜合能耗在1500～2050千克標(biāo)煤/噸。目前新建裝置受限制，因此已經(jīng)投產(chǎn)的裝置應(yīng)著重考慮綜合能耗，通過改進(jìn)原料或技術(shù)，降低綜合能耗。

但是同樣是用無煙煤，綜合能耗差距較大，對于同樣的原料結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品規(guī)模和生產(chǎn)形式，國內(nèi)先進(jìn)值為1365千克標(biāo)煤/噸，落后值高達(dá)2460千克標(biāo)煤/噸，因此調(diào)整綜合能耗是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。目前我國合成氨企業(yè)大部分采用的還是固定床間歇氣化技術(shù)和設(shè)備，很多先進(jìn)的技術(shù)裝備還未廣泛應(yīng)用，企業(yè)開展熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽多級利用、余熱回收等工作的積極性還不是很高，因此裝置以及原料的改進(jìn)是 行業(yè) 發(fā)展的關(guān)鍵。

與此同時， 行業(yè) 未來發(fā)展放在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上面。有關(guān)部門應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化 行業(yè) 準(zhǔn)入制度，淘汰落后產(chǎn)能，提高產(chǎn)能利用率，以達(dá)到供需平衡狀態(tài)。從主要下游氮肥入手，發(fā)展新型肥料，讓化肥有大變強，這樣才能從根本上解決過剩局面。

通過 分析 ，可以看出，合成氨 行業(yè) 未來發(fā)展應(yīng)從淘汰落后產(chǎn)能，降低能耗，發(fā)展新型肥料來拓展需求方面，從來達(dá)到供需平衡，健康發(fā)展。

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