上海化工研究院有限公司

郭 俊 師 蓉 張 巍 顏 坤

新中國成立初期，我國氮肥工業(yè)處于萌芽時(shí)期，僅有幾家工廠生產(chǎn)少量的氮肥。1949年我國化肥實(shí)際產(chǎn)量僅6 000 t(折純)，而同期美國、前蘇聯(lián)、日本、印度產(chǎn)量分別為4 260、1 240、620、20 kt，嚴(yán)重落后于歐美等強(qiáng)國。

1 中國氮肥工業(yè)的萌芽時(shí)期

中國氮肥工業(yè)始于20世紀(jì)30年代，按時(shí)間順序如下。

(1)中國近代化學(xué)工業(yè)奠基人之一的吳蘊(yùn)初先生于1934年1月發(fā)起成立天利淡氣制品廠股份有限公司(上?；ぱ芯吭旱那吧韱挝恢?，引進(jìn)美國杜邦公司合成氨中試裝置和法國卡登巴許公司空氣法制硝酸設(shè)備。1935年8月至10月，液氨、稀硝酸和濃硝酸裝置先后投產(chǎn)?？箲?zhàn)爆發(fā)后，部分設(shè)備內(nèi)遷，工廠被日本帝國主義搶占，成為東亞電化工業(yè)株式會(huì)社第一工場[1]；新中國成立后，經(jīng)公私合營，到1956年，天利淡氣制品廠股份有限公司成為上海天原化工廠天利部分，以液氨、氨水、稀硝酸、濃硝酸、氧氣為主要產(chǎn)品。

(2)日本侵占東北時(shí)期，滿洲化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社于1935年在大連投產(chǎn)，主要生產(chǎn)合成氨、硫酸、硫酸銨等化工產(chǎn)品[2]。1945年，前蘇聯(lián)關(guān)東工業(yè)管理局接管了滿洲化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社，將大部分機(jī)械設(shè)備和化工成套裝置拆走，工廠幾近停產(chǎn)。1947年，我國政府收回該廠，定名為大連化學(xué)工廠；1957年與大連堿廠合并為大連化工廠，1960年更名為大連化學(xué)工業(yè)公司。

(3)1934年春，近代愛國實(shí)業(yè)家范旭東先生在南京卸甲甸開始籌備興建中國最早的化工基地、遠(yuǎn)東第一大廠——永利铔廠，首任廠長為侯德榜。1937年1月硫酸廠首先開工出貨，接著合成氨廠也開工出貨，1937年2月硫酸銨也跟著出貨，但運(yùn)行還不到半年，因日寇大舉侵華而不得不拆遷部分設(shè)備西撤。1952年7月，經(jīng)過公私合營更名為永利寧廠。1959年3月，在永利寧廠的基礎(chǔ)上，與南京磷肥廠、建筑公司、華東設(shè)計(jì)分院合并組建成立南京化學(xué)工業(yè)公司。

2 中國氮肥工業(yè)大力發(fā)展時(shí)期

新中國成立初期，百廢待興，老廠恢復(fù)生產(chǎn)迫在眉睫，氮肥工業(yè)得到大力發(fā)展，幾家老廠迅速恢復(fù)生產(chǎn)并實(shí)施了擴(kuò)建工程，同時(shí)一大批新廠也陸續(xù)開工建設(shè)，形成了我國特有的中型、小型和大型氮肥廠相結(jié)合的局面。到2002年，我國氮肥和合成氨產(chǎn)量均占世界第一位。

2.1 中型氮肥廠的恢復(fù)生產(chǎn)和發(fā)展

在大連化學(xué)工廠的生產(chǎn)恢復(fù)過程中，第一套和第二套合成氨裝置分別于1951年2月和5月投產(chǎn)，恢復(fù)了合成氨、硫酸、硫酸銨等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)；在改擴(kuò)建過程中，設(shè)計(jì)并試制成功我國第一臺(tái)1 765 kW高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)[3]。

解放后，永利寧廠克服重重困難，迅速恢復(fù)了生產(chǎn)，并擴(kuò)充新設(shè)備和采用新技術(shù)，大大提高了生產(chǎn)水平，1958年總產(chǎn)值為1949年的23.4倍，硫酸、合成氨、硫酸銨的產(chǎn)量也有很大的增長；在質(zhì)量方面，硫酸銨的顆粒、顏色、含氮量、水分和游離酸含量等均符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。特別是當(dāng)時(shí)永利寧廠22 kt/a硫酸裝置開發(fā)出以我國資源豐富的硫鐵礦為原料的工藝路線，取代了依賴進(jìn)口的硫黃，以接觸法代替塔式法制硫酸[4]。1950年9月，余祖熙等試制成功氧化釩催化劑，結(jié)束了中國不能生產(chǎn)催化劑的歷史(1950年前，生產(chǎn)硫酸用的釩催化劑需從國外進(jìn)口)。1954年至1956年，先后試制成功固定層煤氣發(fā)生爐、高壓循環(huán)壓縮機(jī)和多層包扎式31.36 MPa氨合成塔[5]。

20世紀(jì)50年代中后期，我國從前蘇聯(lián)引進(jìn)50 kt/a合成氨裝置，陸續(xù)建成投產(chǎn)了吉林化工公司化肥廠、蘭州化工公司化肥廠和太原化工公司化肥廠，主要生產(chǎn)硝酸銨。1956年，四川化工廠擁有了我國自行設(shè)計(jì)的75 kt/a合成氨裝置，說明充分消化吸收了前蘇聯(lián)技術(shù)，并能從我國國情出發(fā)自力更生開發(fā)成功整套氮肥生產(chǎn)裝置。1958年，根據(jù)四川化工廠的生產(chǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，原化工部氮肥設(shè)計(jì)院編制了以無煙煤為原料的50 kt/a合成氨的定型設(shè)計(jì)，然后在上海吳涇、浙江衢州和廣東廣州相繼建成了中型氮肥廠，這些廠的主要產(chǎn)品都是硫酸銨，自此我國氮肥工業(yè)進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)、自制設(shè)備和自己施工建設(shè)新的發(fā)展時(shí)期[6]。隨后所建的氮肥廠主要有兩種類型：產(chǎn)氨能力相當(dāng)于45 kt/a的碳酸氫銨生產(chǎn)裝置和產(chǎn)氨能力相當(dāng)于60 kt/a的尿素生產(chǎn)裝置。前者以江西氨廠、寶雞氮肥廠、宣化化肥廠等為代表，后者有石家莊化肥廠、銀川化肥廠、魯南化肥廠等，這些廠大都以煤為原料，其中尿素廠的投產(chǎn)開啟了我國高濃度氮肥的生產(chǎn)。

1966年，四川瀘州天然氣化工廠從英國引進(jìn)100 kt/a合成氨裝置，以天然氣為原料制氨，其160 kt/a尿素裝置從荷蘭引進(jìn)，采用水溶液全循環(huán)工藝。1970年，陜西興平化肥廠從意大利引進(jìn)50 kt/a合成氨裝置，以重油為原料制氨[7]。

到20世紀(jì)70年代，我國中型氮肥廠總數(shù)已達(dá)56家，這些廠成為各省重點(diǎn)骨干企業(yè)，形成了中型氮肥廠原料以煤為主，煤、油、氣并舉的格局，對(duì)推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展起到了巨大的作用。

2.2 小型氮肥廠的大力發(fā)展

1956年，“中共八大”文件中指明了“我國第二個(gè)五年計(jì)劃中，化學(xué)肥料將有巨大的發(fā)展”的方向。據(jù)此，氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)院編制了建設(shè)50 kt/a合成氨的省級(jí)廠(即現(xiàn)在的中型氮肥廠)、10 kt/a合成氨的專區(qū)級(jí)廠和2 kt/a合成氨的縣級(jí)廠的方案[8]。

20世紀(jì)60年代初，我國剛經(jīng)歷了“三年自然災(zāi)害”，因此快速發(fā)展氮肥工業(yè)來解決幾億人的吃飯問題成為頭等大事。由于大、中型氮肥廠生產(chǎn)硫酸銨或硝酸銨需要配套硫酸或硝酸裝置，投資較大，對(duì)設(shè)備和材料要求高，而小型氮肥廠恰恰彌補(bǔ)了大、中型氮肥廠的不足，符合當(dāng)時(shí)我國的國情。小氮肥工業(yè)以設(shè)備易制造、單廠投資少、生產(chǎn)簡便、原料單一等特點(diǎn)，基本上可以普及到全國各地大多數(shù)專區(qū)和縣的建設(shè)，由此走出了一條中國特色的國產(chǎn)化工業(yè)之路。

1958年3月，原化工部給上海化工研究院下達(dá)了關(guān)于農(nóng)用碳酸氫銨工業(yè)化生產(chǎn)的中間試驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，采用我國首創(chuàng)的合成氨法制碳酸氫銨工藝流程，其特點(diǎn)是將氨的制造與氨加工合二為一。在原化工部侯德榜副部長的主持下，1958年5月在上?；ぱ芯吭航ǔ梢?guī)模為年產(chǎn)2 kt合成氨、8 kt碳酸氫銨的縣級(jí)氮肥示范廠，這是我國自行建設(shè)的第一套小氮肥試驗(yàn)裝置，原化工部第一設(shè)計(jì)院在該示范廠流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二版定型設(shè)計(jì)。據(jù)此，原化工部決定在全國籌建第一批縣級(jí)氮肥廠，并指定上?；ぱ芯吭簽檫@些廠進(jìn)行全員技術(shù)培訓(xùn)(共1 000多人)。1960—1963年，丹陽化肥廠建成并投產(chǎn)成功，一舉在全國率先闖過了技術(shù)關(guān)、設(shè)備關(guān)、經(jīng)濟(jì)關(guān)，隨后國家立即按該廠設(shè)備工藝開展定型化設(shè)計(jì)，同時(shí)編寫崗位操作法并印制成書在全國發(fā)行。1966年后，小氮肥工業(yè)得到迅猛發(fā)展，一大批小型氮肥廠迅速建成，成為我國氮肥工業(yè)的重要組成部分。到20世紀(jì)70年代末，小型氮肥廠在巔峰時(shí)期有1 500多家，實(shí)現(xiàn)了“要使化肥廠在全國各地星羅棋布，實(shí)現(xiàn)縣縣開花的情景”的口號(hào)，氮肥產(chǎn)量占全國氮肥總產(chǎn)量的52.6%，小氮肥工業(yè)撐起了中國氮肥工業(yè)的“半壁江山”[8]。

2.3 大型氮肥廠的引進(jìn)、發(fā)展及消化吸收

2.3.1 大型氮肥廠的引進(jìn)和發(fā)展

20世紀(jì)70年代是合成氨工業(yè)大發(fā)展時(shí)期，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化肥需求量的持續(xù)快速增長，國家大力開采石油及天然氣資源，此時(shí)建設(shè)大型化肥裝置的優(yōu)越性逐步顯現(xiàn)。1973年，我國從美國、日本、荷蘭引進(jìn)10套年產(chǎn)300 kt合成氨及480 kt尿素裝置，合成氨裝置中采用美國凱洛格公司技術(shù)8套、日本東洋工程公司技術(shù)2套，尿素裝置中采用荷蘭斯塔米卡邦公司二氧化碳汽提工藝8套、日本東洋工程公司改良C法工藝2套；1974年，從法國引進(jìn)年產(chǎn)300 kt合成氨及520 kt尿素裝置，采用法國赫爾蒂公司技術(shù)[5]。到1979年，首次引進(jìn)的13套大型化肥裝置全部建成投產(chǎn)(表1)，迅速提高了我國氮肥工業(yè)的技術(shù)水平。

隨后，我國又陸續(xù)引進(jìn)了以渣油、塊煤、水煤漿和天然氣為原料的19套大型氮肥裝置。到2003年底，我國擁有32套大型合成氨裝置，按原料分類，以天然氣、石腦油、渣油及煤為原料的裝置分別為16套、5套、9套和2套；按專利分類，以天然氣、石腦油為原料的21套裝置中采用凱洛格傳統(tǒng)工藝、凱洛格-TEC工藝、托普索工藝、布朗工藝及AMV工藝的數(shù)量分別為10套、2套、3套、4套和2套，以渣油為原料的9套裝置采用德士古工藝和殼牌工藝的數(shù)量分別為6套和3套，以煤為原料的2套裝置采用德士古水煤漿氣化工藝和魯奇粉煤加壓氣化工藝各1套。29套尿素裝置中采用斯塔米卡邦二氧化碳汽提法16套、斯那姆氨汽提法10套、日本東洋工程公司三井東壓改良C法2套及ACES工藝1套。

表1 20世紀(jì)70年代首次引進(jìn)的13套大型化肥裝置情況

2.3.2 大型氮肥廠的消化吸收及自主創(chuàng)新

通過重點(diǎn)對(duì)洞庭化肥廠的大化肥裝置進(jìn)行深入研究，1974年，上海吳涇化工廠首套自行設(shè)計(jì)制造的年產(chǎn)300 kt合成氨裝置(由上?；ぴO(shè)計(jì)院設(shè)計(jì))、240 kt尿素裝置(由原化工部第四設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì))投料試車成功[9]，這是自行設(shè)計(jì)完成的首套國產(chǎn)化大化肥裝置，該項(xiàng)目榮獲國務(wù)院重大裝備領(lǐng)導(dǎo)小組頒發(fā)的一等獎(jiǎng)。

20世紀(jì)90年代初，在川化200 kt/a合成氨裝置技改工程中，原化工部第八設(shè)計(jì)院采用凱洛格公司的新技術(shù)獨(dú)立完成了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)80%以上，該項(xiàng)目在1993年榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，使我國大型合成氨裝置的工程設(shè)計(jì)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2004年，我國首套大氮肥國產(chǎn)化技改示范項(xiàng)目(300 kt/a合成氨裝置)在山東華魯恒升化工股份有限公司建成投產(chǎn)，總投資為13.98億元，國產(chǎn)化率達(dá)到93.8%，從此我國告別了大氮肥裝置長期依賴進(jìn)口的時(shí)代，標(biāo)志著我國大型氮肥工業(yè)已具備了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套能力[10]。中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長譚竹洲指出，該示范項(xiàng)目的投產(chǎn)，原料用煤由原來的優(yōu)質(zhì)晉城無煙煤被價(jià)格低廉、資源豐富的煙混煤所取代，改變了我國氮肥原料的結(jié)構(gòu)[11]，為我國大型煤頭合成氨裝置開辟了一條可持續(xù)發(fā)展的道路，大大增強(qiáng)了化肥產(chǎn)品的競爭能力。

2005年，以天然氣為原料國內(nèi)首套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型國產(chǎn)化200 kt/a合成氨、300 kt/a尿素裝置在四川美豐化工股份有限公司化肥分公司建成并一次性開車成功，采用了國內(nèi)先進(jìn)的天然氣連續(xù)催化轉(zhuǎn)化工藝，該裝置采用的“氣頭大型合成氨尿素裝置能量優(yōu)化技術(shù)”獲中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)氮肥甲醇行業(yè)技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)、四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

2017年，國內(nèi)首套國產(chǎn)化600 kt/a合成氨、800 kt/a尿素裝置(煤頭)在滄州正元化肥有限公司正式投產(chǎn)，采用了由陽煤正元集團(tuán)自行開發(fā)的JR超大型合成氨節(jié)能技術(shù)、ZY型等溫變換技術(shù)，經(jīng)鑒定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，解決了催化劑高溫失活的問題，裝置的安全穩(wěn)定性大幅提高，極大地降低了開車費(fèi)用。

2018年4月26日，中石油寧夏石化公司的國內(nèi)首套國產(chǎn)化450 kt/a合成氨、800 kt/a尿素大化肥裝置(氣頭)正式投入生產(chǎn)，合成氨和尿素裝置日生產(chǎn)能力分別為1 500 t和2 640 t，標(biāo)志著中國石油天然氣集團(tuán)有限公司擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型氮肥成套工業(yè)化技術(shù)和裝備制造能力。

2018年，山東華魯恒升化工股份有限公司肥料功能化項(xiàng)目部分生產(chǎn)裝置試車成功并打通流程。該項(xiàng)目投產(chǎn)后,在降低合成氨能耗的同時(shí),預(yù)計(jì)新增的1 000 kt/a尿素裝置將對(duì)原800 kt/a老裝置實(shí)現(xiàn)替代,公司尿素總產(chǎn)能將達(dá)2 000 kt/a，綜合成本進(jìn)一步下降，擴(kuò)大了其在行業(yè)中的領(lǐng)先優(yōu)勢。

2.4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整期

20世紀(jì)90年代，是化肥工業(yè)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的時(shí)期，各企業(yè)紛紛進(jìn)行技術(shù)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，其中小型氮肥廠主要是小尿素“4改6”、“6改10”等，中型氮肥廠淘汰落后工藝、節(jié)能挖潛等，大型氮肥廠進(jìn)行增產(chǎn)10%～20%的技術(shù)改造。經(jīng)技術(shù)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整后，小型氮肥廠的數(shù)量減少至1998年的650家，平均每家企業(yè)的年產(chǎn)量達(dá)30 kt合成氨，大多中型氮肥企業(yè)總規(guī)模達(dá)年產(chǎn)150 kt合成氨。

2003年，我國實(shí)現(xiàn)氮肥產(chǎn)品凈出口；2007年，我國成為世界最大氮肥出口國；2015年，氮肥產(chǎn)量達(dá)到歷史最高值47 910 kt(實(shí)物量，下同)，占世界總產(chǎn)量的38%；2017年，合成氨、氮肥和尿素產(chǎn)量分別達(dá)到56 298、38 205和53 371 kt。

2000年以來，以油為原料的大型氮肥廠大多改為以煤為原料，部分固定層煤氣化裝置通過原料和動(dòng)力結(jié)構(gòu)的調(diào)整改以廉價(jià)煤為原料，降低了生產(chǎn)成本[12]。國內(nèi)氮肥企業(yè)兼并重組也風(fēng)起云涌，部分氮肥企業(yè)加入能源集團(tuán)，部分氮肥企業(yè)積極擴(kuò)張，誕生了一些產(chǎn)能達(dá)到數(shù)百萬噸甚至千萬噸級(jí)的企業(yè)集團(tuán)。

未來氮肥工業(yè)要繼續(xù)推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、技術(shù)創(chuàng)新及農(nóng)化服務(wù)，李壽生指出：“站在新的歷史起點(diǎn)，氮肥行業(yè)應(yīng)堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，不斷滿足新的市場需求，走出一條堅(jiān)持化肥、走出化肥、肥化并舉、轉(zhuǎn)型升級(jí)的新路子，提高產(chǎn)業(yè)的競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力”。