董艷花 張帥
摘?要:合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著至關(guān)重要的作用,它是國(guó)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(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)合成氨的未來(lái)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(lèi)號(hào):TQ113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)的消耗使用量巨大。氨的生產(chǎn)對(duì)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(duì)世界糧食增產(chǎn)有超過(guò)40%的貢獻(xiàn)率。近百年來(lái),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(shuō),如果沒(méi)有合成氨技術(shù),世界上將有近一半的人無(wú)法存活?,F(xiàn)階段,每年有3億噸的大氣中的N2通過(guò)活化作用被固定,但通過(guò)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(yíng)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)日益激烈,增加工廠(chǎng)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(guó)民生產(chǎn)中的作用
“民以食為天”,合成氨工業(yè)是保障國(guó)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(guó)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(lái)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(guó)糧食單產(chǎn)從1.21t/hm2增加到5.45t/hm2,中國(guó)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(guò)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(wàn)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(guò)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(duì)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(duì)于渣油,則采用氧-水蒸氣為氣化劑的部分氧化法;對(duì)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(guó)家生產(chǎn)大量化肥,不僅滿(mǎn)足國(guó)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(shì)價(jià)格飛漲,上述國(guó)家合成氨工廠(chǎng)成本已無(wú)法在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。與此同時(shí),資源豐富的國(guó)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(wàn)噸甚至上百萬(wàn)噸的大型合成氨企業(yè),將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),向發(fā)達(dá)國(guó)家出口氮肥。
建國(guó)初期,中國(guó)只有南京、大連兩個(gè)化肥廠(chǎng),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(guó)相繼從國(guó)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?,F(xiàn)在中國(guó)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(guó)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,中國(guó)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(guó)產(chǎn)化。南京聚拓、南京國(guó)昌等中國(guó)技術(shù)提供商已經(jīng)可以供貨單套60萬(wàn)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)。
其次,持續(xù)創(chuàng)新。必須進(jìn)行有效的創(chuàng)新,加大對(duì)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(shí)產(chǎn)權(quán)的本地化技術(shù),降低單位能耗,提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(shì),通過(guò)廣泛的交流與合作,對(duì)合成氨生產(chǎn)中所具備的相關(guān)問(wèn)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(chǎng)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(wèn)題的出現(xiàn)。在合成氨發(fā)展過(guò)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(tái),使得生產(chǎn)信息化。
4?結(jié)語(yǔ)
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(lèi)利用自然界氮元素的開(kāi)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(guò)度利用,其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也開(kāi)始凸顯。我國(guó)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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