合成氨的工艺流程及市场行业发展现状的商业计划书

第一节 合成氨的定义

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。（商业计划书）

第二节 合成氨的工艺流程

(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

①一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为120合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2 ΔH=-41.2kJ/mol

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

②脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。

一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。

③气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。

在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：

CO+3H2→CH4+H2O=-206.2kJ/mol0298HΔ

CO2+4H2→CH4+2H2O=-165.1kJ/mol0298HΔ

(3)氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。 [1]  氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有100故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：

N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol

第三节 合成氨市场行业发展现状

合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务，第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展，对氨的需要量日益增长。

2015年至2017年我国合成氨开工率分别为79.1%、73.4%、67.4%。近几年，因下游农作物对于肥料需求低迷，尿素行业步入去产能阶段，合成氨需求量急剧下降，2015年至2017年合成氨表观消费量分别为5817万吨、5370万吨、4922万吨，表观消费量同比增速分别为2.4%、-7.7%、-8.4%。

合成氨供需格局

合成氨下游分布

尽管合成氨面临产能过剩的问题，但行业开工率低迷导致合成氨产量下滑，一定程度上缓解了市场供给端压力，液氨价格筑底回升。自2016年下半年以来，合成氨产量同比下降，且降幅由7月的2.14%逐步扩大到12月的7.4%，2017年年均降幅达9.57%。随着合成氨产量的急剧下滑，同期液氨价格筑底回升，由2016年6月1960元/吨上涨至目前3070元/吨。

合成氨供给收缩

合成氨价格中枢上移

氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位;同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，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、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70%的比例。未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”。

中国合成氨产量位居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。2017年，中国合成氨总生产能力为7,400万吨左右，氮肥工业已基本满足了国内需求;在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。

中国目前有中型合成氨装置55套，生产能力约为500万吨/年;其下游产品主要是尿素和硝酸铵。其中以煤、焦为原料的装置有34套，以渣油为原料的装置有9套，以气为原料的装置有12套。目前，中国有小型合成氨装置700多套，生产能力约为3,000万吨/年;其下游产品主要是碳酸氢铵，但现有已有112套经过改造后开始生产尿素。

中国合成氨生产装置原料以煤、焦为主;其中以煤、焦为原料的占总装置的96%，以气为原料的仅占 4%。中国引进大型合成氨装置的总生产能力为1,000万吨/年，只占中国合成氨总产能的1/4左右，因此可以说我国合成氨行业对外依赖性并不高。中国自行研发了多套工艺技术，促进了氮肥生产的发展和技术水平的提高。如合成气制备、CO变换、脱硫脱碳、气体精制和氨合成技术。

2013-2017年我国合成氨产量统计

第四节 合成氨行业未来发展

合成氨行业是我国五大重点行业之一，占我国化学工业能源消费总量的25%，也是国家节能减排工作重点关注的领域。

总体来看，合成氨行业未来发展需要突破瓶颈，提高创新发展能力。首先我们需要认识到瓶颈才能突破。目前合成氨行业发展瓶颈主要有以下几个方面。首先，产能过剩较为严重，过剩率在30%以上。其次是，行业竞争加剧，下游尿素行情持续低迷，需求拓展力度仍相对较弱。

认清了行业的发展瓶颈，那么未来发展从何入手，将逐步清晰。国家已经明确提出，未来控制合成氨的新建项目。那么就应从已有装置的改进和改造入手。从原料结构、装置技术结构及企业结构角度，降低能耗，发展节能减排。而原料技术直接决定了能耗。节能减排的主要任务就是降低能源消耗，减少二氧化碳排放量。

要想降低能源消耗，那么就要发展以无烟煤为原料的合成氨企业，目前我国大中型氮肥企业多数还是以非无烟煤为原料，综合能耗在1500～2050千克标煤/吨。目前新建装置受限制，因此已经投产的装置应着重考虑综合能耗，通过改进原料或技术，降低综合能耗。

但是同样是用无烟煤，综合能耗差距较大，对于同样的原料结构、产品规模和生产形式，国内先进值为1365千克标煤/吨，落后值高达2460千克标煤/吨，因此调整综合能耗是产业发展的关键。目前我国合成氨企业大部分采用的还是固定床间歇气化技术和设备，很多先进的技术装备还未广泛应用，企业开展热电联产、蒸汽多级利用、余热回收等工作的积极性还不是很高，因此装置以及原料的改进是行业发展的关键。

与此同时，行业未来发展放在优化产品结构上面。有关部门应该进一步优化行业准入制度，淘汰落后产能，提高产能利用率，以达到供需平衡状态。从主要下游氮肥入手，发展新型肥料，让化肥有大变强，这样才能从根本上解决过剩局面。

通过分析，可以看出，合成氨行业未来发展应从淘汰落后产能，降低能耗，发展新型肥料来拓展需求方面，从来达到供需平衡，健康发展。

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