合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及重要性

董艷花 張帥

摘?要：合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)起著至關(guān)重要的作用，它是國家氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨也是重要的化工原料之一。本文根據(jù)中國合成氨工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，對合成氨的未來發(fā)展進(jìn)行了相關(guān)探討，同時(shí)提出了相關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：合成氨工業(yè);發(fā)展現(xiàn)狀;重要性

中圖分類號：TQ113文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

氨作為化工產(chǎn)品的重要組成部分，也是化肥的最主要原料之一，在我國的消耗使用量巨大。氨的生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，化肥對世界糧食增產(chǎn)有超過40%的貢獻(xiàn)率。近百年來，世界人口增加了4.5倍，而口糧的產(chǎn)量卻增加了7.7倍?，F(xiàn)在全球氮肥產(chǎn)量約1.2億噸，世界人均消耗氮肥20kg，合成氨工業(yè)為人體提供了50%的氮元素?？梢赃@樣說，如果沒有合成氨技術(shù)，世界上將有近一半的人無法存活?，F(xiàn)階段，每年有3億噸的大氣中的N2通過活化作用被固定，但通過反硝化作用返回到大氣中的N2只有1億噸。其他活化的氮素以氮氧化物形式返回大氣中會(huì)造成空氣污染和溫室效應(yīng)，若以NO3-的形式進(jìn)入地表水體會(huì)造成富營養(yǎng)化和近海赤潮。減少合成氨工業(yè)負(fù)面影響并發(fā)揮其正面作用對保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。隨著合成氨生產(chǎn)的競爭日益激烈，增加工廠產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本一直是合成氨工業(yè)的探索主題。

1?氨的用途以及在國民生產(chǎn)中的作用

“民以食為天”，合成氨工業(yè)是保障國家糧食安全的基石，是維護(hù)社會(huì)安定團(tuán)結(jié)的重要部分。隨著人口的快速增加，人均耕地面積大幅下降。中國的人均耕地面積從上世紀(jì)六十年代的0.15hm2下降到本世紀(jì)初的0.08hm2，降幅近一半。為保障糧食安全，在有限的耕地面積下，只能提高單位耕地產(chǎn)出量。單位面積農(nóng)作物產(chǎn)出量增多，必定需要更多的氮元素，這些氮元素的來源就是合成氨工業(yè)。近幾十年，雖然人均耕地面積降幅較大，但中國糧食單產(chǎn)從1.21t/hm2增加到5.45t/hm2，中國用全球7%的耕地面積，養(yǎng)活的世界21%的人口。此外，氨在軍事和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展中起著非常重要的作用。例如，氨是聚氨酯泡沫的主要原料，也是炸藥生產(chǎn)過程中必不可少的組成部分。

2?合成氨工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

自1911年BASF建成世界第一套合成氨裝置至今，合成氨技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。單套合成氨生產(chǎn)能力已經(jīng)從年產(chǎn)1500t發(fā)展到年產(chǎn)90萬噸，氨合成塔壓力已經(jīng)從100MPaG下降到15MPaG，單位能耗已經(jīng)從78GJ下降到27.2GJ，已經(jīng)接近理論極限20.1GJ。世界第一套合成氨裝置采用氯堿工業(yè)電解制氫，并通過氫氣在空氣中燃燒制得氮?dú)狻，F(xiàn)在，合成氨工業(yè)的主要原料為天然氣和油田氣等氣態(tài)烴、渣油、煤等。合成工藝也隨原料的不同而改變：對于天然氣和油田氣等氣態(tài)烴，采用空氣-水蒸氣為氣化劑的蒸汽轉(zhuǎn)化法;對于渣油，則采用氧-水蒸氣為氣化劑的部分氧化法;對于煤，則采用氧-水蒸氣的加壓氣化法。

上世紀(jì)六七十年代，化肥工業(yè)迅猛發(fā)展，美、英、德、法、日等老牌資本主義國家生產(chǎn)大量化肥，不僅滿足國內(nèi)需求，還可以大量出口，此時(shí)期合成氨原料主要為天然氣與輕油。七十年代中期爆發(fā)石油危機(jī)，天然氣與輕油趁勢價(jià)格飛漲，上述國家合成氨工廠成本已無法在國際市場競爭。與此同時(shí)，資源豐富的國家，如俄羅斯、墨西哥、加拿大，合成氨工業(yè)迅速崛起，新建年產(chǎn)幾十萬噸甚至上百萬噸的大型合成氨企業(yè)，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢，向發(fā)達(dá)國家出口氮肥。

建國初期，中國只有南京、大連兩個(gè)化肥廠，年產(chǎn)約為6000噸。到七十年代，隨著石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展，我國相繼從國外引進(jìn)16套以天然氣、輕油、渣油為原料和1套以煤為原料的日產(chǎn)1000噸合成氨裝置。九十年代，又引進(jìn)多套世界先進(jìn)的節(jié)能型工藝合成氨裝置。現(xiàn)在中國合成氨工業(yè)產(chǎn)量位居世界第一位，已經(jīng)掌握了以天然氣、渣油、煤等各種原料的工藝技術(shù)。隨著中國基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，中國合成氨技術(shù)提供商的水平已經(jīng)躋身世界前列，重要設(shè)備已經(jīng)可以全部國產(chǎn)化。南京聚拓、南京國昌等中國技術(shù)提供商已經(jīng)可以供貨單套60萬噸/年的氨合成塔內(nèi)件，沈鼓集團(tuán)、陜鼓集團(tuán)等也有能力為大型合成氨企業(yè)提供氣體壓縮機(jī)。

3?行業(yè)發(fā)展建議

首先，建立嚴(yán)格的市場法規(guī)。根據(jù)氨合成裝置的技術(shù)水平、環(huán)境保護(hù)、安全、能耗等要求提高相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范新合成氨項(xiàng)目的建設(shè)，并遵守市場規(guī)則，及時(shí)公布公司清單數(shù)量。建立落后產(chǎn)能的淘汰機(jī)制，隨著時(shí)間的推移淘汰落后產(chǎn)能，為先進(jìn)的生產(chǎn)能力提供一個(gè)更大的市場。

其次，持續(xù)創(chuàng)新。必須進(jìn)行有效的創(chuàng)新，加大對技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的支持力度，鼓勵(lì)使用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的本地化技術(shù)，降低單位能耗，提高國際競爭力。

最后，在生產(chǎn)，教育，研究等方面推進(jìn)研發(fā)綜合體系，有效地結(jié)合科研院所的優(yōu)勢，通過廣泛的交流與合作，對合成氨生產(chǎn)中所具備的相關(guān)問題進(jìn)行研究。進(jìn)行技術(shù)革新，運(yùn)用能耗低的新材料和新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)合成氨工業(yè)的系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能。建立智能工廠示范項(xiàng)目，以改善業(yè)務(wù)資源分配，使得流程優(yōu)化，最終保證質(zhì)量以及能源需求管理，提高能源生產(chǎn)效率，避免安全問題的出現(xiàn)。在合成氨發(fā)展過程中，企業(yè)可以引進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行較好的發(fā)展，建立較好的平臺，使得生產(chǎn)信息化。

4?結(jié)語

氮元素的循環(huán)是世界上最重要的循環(huán)之一，是維持地球生命的重要部分。合成氨工業(yè)是人類利用自然界氮元素的開端，是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行必不可少的原料。但隨著氮元素的過度利用，其對環(huán)境的負(fù)面影響也開始凸顯。我國要從能源危機(jī)，清潔和環(huán)保要素的限制以及低碳發(fā)展理念進(jìn)行研究，提高合成氨的生產(chǎn)技術(shù)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

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