中国氮肥、甲醇工业技术进步与技术创新发展

1  技术进步、技术创新取得的成绩
    “十二五”以来，中国氮肥、甲醇工业根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》要求，坚持走中国特色的氮肥、甲醇新型工业化道路，积极调整产业结构。产品结构调整取得积极成效，原料结构调整取得阶段性成果，能源资源节约与污染物减排成绩显著，技术进步、技术创新取得令人瞩目的新进展。
1.1  氮肥品种结构调整取得积极成效
    2013年全国主要氮肥产品结构及与2010年对比见图1。
 
    尿素产量增长(2.8%)主要来自于新建装置投产；碳酸氢铵占比减少(5.5%)主要原由于中小型氮肥装置的退出。
1.2  原料结构调整取得阶段性成果(1)合成氨（见表1）
 
1.3  能源资源节约与污染物减排成绩显著
    (1)大型天然气合成氨装置。2013年与2010年相比（见表3），天然气消耗降低6%，技术改造成效显著。
 
  (2)中小型天然气合成氨装置。2013年与2010年相比（见表4），综合能耗明显降低。
 
  (3)采用固定层间歇煤气化的合成氨装置在能量梯级利用方面取得效益。2013年与2010年相比（见表5），原料煤耗基本相同，燃料煤耗上升、电耗下降。副产蒸汽能量梯级利用，先发电后供生产，以及功热电联产技术推广应用，经济效益明显。
 
    (4)全行业水污染物排放——水量减少、浓度降低。
    先进企业吨氨排水量小于5m³，少数企业吨氨排水量3m³或者更低。
    (5)锅炉烟气二氧化硫治理——副产硫酸铵的锅炉烟气氨法脱硫技术得到推广。
    到2013年年底，约有40多家氮肥企业建成了近百套副产硫酸铵的锅炉烟气脱硫装置；75 t/h及以上蒸发量的燃煤锅炉，约50%采用副产硫酸铵的烟气脱硫技术。
    与2010年相比，在氮肥行业75 t/h及以上的锅炉中，氨法脱硫技术推广率提高了30个百分点。
    氮肥企业综合利用含氨废水，环境效益显著。
1.4  产品结构调整取得新成绩
    “十二五”期间，氮肥企业积极调整产品结构，努力发展适宜于各企业原料、工艺、地域特色的多联产产品。部分先进企业化工产品产值己占到总产值的50%以上。
    (1)华鲁恒升
    2013年DMF、甲胺、醋酸、醋酐、己二酸、环己酮、多元醇、甲醇等化工产品总产量2928 kt，产值532855万元，实现利润16565万元，分别占公司总产值的63.23%、总利润的28.67%。
    (2)鲁西化工
    2013年已内酰胺、丁辛醇、三聚氰胺、四氯乙烯、氯化苄、聚碳酸酯、甲烷氯化物、苯甲醇、有机硅、含氟聚合物等化工产品总产量3730 kt，产值724967万元，实现利润27856万元，分别占公司总产值的65.9%、总利润的58.9%。
    (3)吴华骏化
    2013年甲醇、醋酸、甲胺、DMF（二甲基甲酰胺）、DMAC（二甲基乙酰胺）、三聚氰胺、纯碱等化工产品总产量2250 kt，产值527056万元，实现利润15659万元。分别占公司总产值的68.8%、利润的88%。
1.5  技术创新取得新进展
1.5.1  加压煤气化技术创新取得重大成果
    (1)自主知识产权的750 t/d干煤粉航天炉取得世界最长不间断运行记录，2000 t级大型干煤粉航天炉成功投运。
    750 t/d投煤量航天炉，全年满负荷累计运行记录356 d，不间断连续运行记录215 d；烧嘴寿命最长达358 d；山东瑞星1500/2000 t干煤粉航天炉第一年开工率达到93.3%（282d/302d，3月5日起）。    
    (2)自主创新，全球首创开发了达到国际领先水平、采用水冷壁的水煤浆气化炉——第二代清华炉。
    点火、升温、投煤全过程安全快捷，不设备炉。
    (3)国外引进的大型干煤粉气化装置在使用方面取得了进步。
    2013年，10多台壳牌煤气化装置累计运行超过300d，最长达到341d。201 3年7月底云南大为制氨连续运行291d；永城龙宇2013年9月1日主动停车实现连续运行322 d。
    壳牌新的运行目标是“连续运行200d常态化，全年累计运行330d常态化”。
    (4)日投煤量2000t的大型多喷嘴对置式水煤浆气化炉取得良好运行业绩。
    江苏灵谷化工450 kt/a合成氨装置，连续3年获得“石油和化工行业重点耗能产品能效领跑者标杆企业”荣誉称号（合成氨，2011、2012、2013年度）。年度合成氨生产原料煤耗分别达到1178、1133、1112 kg标煤/tNH3。
    (5)航天氧阀形成批生产能力。
    航天氧阀成功吸收了国际上先进品牌的氧阀技术，解决了在高温纯氧环境下阀门内件的耐磨及干摩擦问题，己形成批生产能力。
    (6)利用水煤浆技术焚烧高浓度有机废水。
    浙江丰登化肥厂配套30 kt/a合成氨的水煤浆气化装置年焚烧有机废水20 kt。危废处置、综合利用获得收益2000多万元。氮肥企业转身为服务于地方经济的环保企业。
1.5.2  固定层间歇煤气化技术创新成果
    (1)自动加煤、自动探焦技术；
    (2)除尘器气力输灰技术；
    (3)皮带输渣技术：
    (4)微富氧制气技术：
    (5)双锥形半水煤气发生炉技术；炉渣残碳含量7%～10%。
    (6)不停炉下灰技术；
    (7)入炉蒸汽递减制气技术；
    (8)微机自动寻优技术等。
1.5.3  自主创新开发了等温变换技术
    湖南安淳高新技术有限公司创新开发的“恒温低温CO变换技术”，成功应运于新疆天业公司乙二醇生产装置的电石炉尾气一氧化碳变换，山西阳煤丰喜临猗分公司的水煤浆气化合成氨生产装置。
    CO等温变换打破了只依靠催化剂的改进而提高变换工艺技术水平的历史，是通过设备结构的改进，用物理方法即时移走反应热而提高CO变换工艺的技术水平，是对CO变换工艺技术特别是对高CO含量变换工艺的历史性的重要贡献。
    河北正元塔器开发的CO等温变换技术在固定层煤气化合成氨生产装置上稳定运行已超过一年半，取得了喜人的效果。沧州正元化肥采用等温变换技术的600 kt/a粉煤气化合成氨装置将于今年10月之前投运。
1.5.4  国产ECOSA®湿法硫酸技术
    科洋环境工程（上海）有限公司国内首创开发，低温甲醇洗装置送出的含H2S酸性气生产95%～98%（质量分数）硫酸，硫回收率达到99.3%以上，副产中压蒸汽，处理后的尾气S02含量低于国家排放标准。示范装置已于2013年8月在山东润银生物化工股份有限公司300 kt/a合成氨装置上采用。    
1.5.5  自主知识产权的大型、低压氨合成技术取得新成果
    (1)自主知识产权的单系列300 kt/a氨合成装置运行稳定，达产达标。
    ①湖南安淳高新技术有限公司自主开发的18.0 MPa级IIIJD-DN2500 mm氨合成系统工业化成功应用。湖北潜江金华润化肥有限公司，无烟块煤常压间歇气化，装置设计能力240 kt/a合成氨，实际日产合成氨达到1100 t以上。设计能力300kt/a合成氨的22 MPa IIIJD3500型DN2600 mm、15 MPa IIIJD3500型DN2800 mm也己投运。
    ②南京国昌化工科技有限公司开发的Φ2600GC-R023型大型低压氨合成系统，在山东鲁
西航天煤气化大化肥装置中采用。2011年10月投入使用，设计能力1200 t/d，2012年全年生产合成氨362 kt。
(2)石家庄正元塔器设备有限公司开发的“JR型DN2400 mm氨合成装置”，2011年12月在正元化肥投运。采用双冷交、双废锅及溴化锂代替一氨冷的低冷量消耗、高反应热回收的DN2400 mm氨合成装置建成投产，单系列15.0MPa DN3000 mm日产氨2000t合成系统近期也将投运。
采用提温型一进一出余热回收锅炉工艺，带双废锅流程、双冷交流程。1＃废锅产生2.5 MPa蒸汽500～600 kg供二氧化碳汽提法尿素：2#废锅副产500～600 kg低压蒸汽用于溴化锂制冷机组，节约冰机负荷约二分之一（吨氨冰机电耗减少34 kWh）；多余低压蒸汽用于变换工段加热循环热水，可基本实现变换零汽耗。1＃水冷进口温度低于60℃(49.2℃)，氨合成反应热回收率高达85%以上。
    (3)蒸发式冷凝器在氨合成系统应用。
    采用蒸发式冷凝器替代传统淋洒式水冷器或套管式水冷器，节水50%以上，节电2/3以上，效果显著。
    1.5.6  尿素生产节能技术推广与技术创新
    (1) JX节能型水溶液全循环尿素生产技术，新建装置能耗再创新低，转让改造既有装置取得成功。
    新建300 kt/a尿素装置：投产2套，在建2套。新疆玉象胡杨化工有限公司装置，2012年5月16日化工投料开车。2013年2月考核：C02转化率72.3%：平均日产1099.1428 t，最高日产1128 t，最高班产382 t：蒸汽平均消耗890 kg/t，氨耗568.5kg/t（以氨库质量流程计计量），电耗120 kWh/t；循环水55 1113/t；水解后工艺废水中氨含量＜2×10-6、尿素含量＜1×10-6。
    改造即有装置：投产4套，在建2套。安徽中能化工原60 kt/a装置，改造后平均日产尿素735 t；蒸汽消耗1030 kg，比改造前降低230 kg；氨耗572.7 kg，比改造前降低5.4 kg；电耗183.8 kWh，比改造前降低0.4 kWh。
    (2)采用中压分流技术改造300 kt/a二氧化碳汽提工艺尿素装置。
    国内自主设计、建设的300 kt/a二氧化碳汽提工艺尿素装置，通过增加中压分解吸收装置，实现了增产50%N80%的目标。山西天泽煤化工集团股份公司原设计300 kt/a装置，2012年生产尿素580.2 kt；山东华鲁恒升化工股份有限公司原设计日产1200 t装置，2013年6月技改完成，实现了1800 t的技改目标。
    (3)垂直筛板塔用于尿素废液深度水解。
    石家庄正元塔器设备有限公司将垂直筛板应用于尿素废液深度水解，低压蒸汽、单塔工艺，水解废液中NH3含量≤5×l0-6、尿素含量≤5×10-6，蒸汽消耗125 kg/m3氨水，处于国内先进水平。
1.5.7  甲醇合成技术成果
    我国自主知识产权的单套日产1200 t大型、低压甲醇合成装置建成投产。2012年l2月，南京国昌化工科技有限公司开发的水冷板结构的DN3500 mm径向流甲醇合成系统，在鄂尔多斯金诚泰化工有限责任公司公司投产，合成压力5.5MPa，设计能力1200 t/d，吨醇副产2.5 MPa蒸汽1.1 t。
1.5.8  国内首创开发了68%高浓度稀硝酸生产工艺
    天津华景化工新技术开发有限公司，国内首创成功开发了68%高浓度稀硝酸生产工艺。创新点：针对南方多雨地区设计工艺空气除湿系统、开发立式冷凝-分离-漂白三合一设备替代传统卧式低压反应水冷凝器和立式NOx气体分离器并增加漂白段，特殊设计的吸收塔、冷凝酸流程设计等，降低浓硝酸生产蒸汽消耗80 kg/t以上，减少硝酸铵生产废水产生量60 kg/t以上。国内已有3套装置运行。
1.5.9  综合利用——合成氨弛放气回收LNG
    河南晋开集团有限责任公司一分公司固定层间歇煤气化650 kt/a总氨能力，6000 Nm³/h尾气，CH4含量29.24%、Ar含量11.66%，回收LNG1600Nm³/h，Ar产量550 Nm³/h。2012年2月28日投运。河南骏马、山东瑞星、湖北宜化综合利用弛放气回收LNG也成功投运，取得显著的经济效益。
1.5.10  肥料新品种成果突出
    (1)尿素——锌腐酸尿素、海藻酸尿素、Sodm尿素、稳定性尿素、包膜尿素、脲胺氮肥等尿基肥，2013年产量5000多kt。
    (2)硝酸铵——硝基复合肥、硝酸铵钙、农业用改性硝酸铵等硝基肥，2013年产量5000多kt。
1.5.11  车用尿素生产技术
    四川美丰化工股份有限公司开发了两项车用尿素生产技术，并于2012年申请国家专利。
2  技术进步、技术创新的方向和重点    
“十八大”报告提出，要加快转变经济发展方式，把推动发展的立足点转到提高质量和效益上来。
    主线——加快转变发展方式。
    主攻方向——结构调整。
    着力点——节能减排。
    重要支撑——技术进步和创新。
2.1  加强现有装置技术改造
    应用新技术、新材料、新工艺、新装备改造提升现有装置，提高装备水平、优化生产流程、淘汰落后工艺技术和设备，提高能源资源综合利用水平。
    (1)重视装置的节能和清洁生产技术改造：
    (2)做好装置和关键环节的达产达标工作：
    氮肥协会建立了新型煤气化、一氧化碳变换、湿法脱硫、变压吸附脱碳、醇烃化醇烷化、氨合成、甲醇合成及甲醇精馏等9个关键部位的29项考核评价指标并在行业发布。
    (3)余热余压、废气废固的综合利用：
    (4)推进信息化改造，推行先进质量管理，促进企业管理创新，推进信息化与工业化的深度融合。
2.2  加快氮肥、甲醇相关技术创新，提升技术水平
2.2.1  先进煤气化技术研究开发
    (1)废热锅炉工艺——副产高压蒸汽，减少废水产生量。
    (2)超大型煤气化装置开发——3000 t投煤量气化炉开发。
    ①日投煤量2870 t的壳牌煤气化装置己在大唐多伦褐煤制烯烃装置投运。有4台3200 t/d的大型气化炉正在国内加工制造。
    ②日处理煤炭3000 t的多喷嘴对置式煤气化炉已在兖矿集团鄂尔多斯能化公司投运、新疆伊犁煤制油项目正在建设。
    ③日处理煤炭3000 t级的航天粉煤加压气化项目正在进行中。
    ④日投煤量3000 t、采用废锅流程的GE煤气化已签订3个项目（中煤内蒙烯烃二期、久泰煤制烯烃乙二醇项目），正在进行工艺包设计。
    (3)无烟煤加压气化技术研究。
    安徽中能化工、山东鲁西分别开展了航天炉部分掺烧无烟粉煤的研究与试运行，山西丰喜开展了清华炉掺烧无烟煤的研究与试运行，还有企业开展了以无烟煤水煤浆、无烟煤干煤粉为原料制取合成气的研究。无烟煤加压气化技术还需要进一步攻关。
    (4)褐煤加压气化技术研究。
    大唐呼伦贝尔化肥项目采用褐煤气化，水煤浆浓度48%～53%，吨氨原煤消耗2200 kg左右、氧耗1000～1100 NIT13。虽然取得一定成绩，但是仍然需要在提高水煤浆浓度、降低氧耗上下功夫。
    (5)提高碳转化率与减少细灰产生量。
    部分气化技术（或装置）碳转化率低，渣中含碳量大于3 070;细灰比例过高，占到50%左右，灰中碳含量高达40%以上。需要相关技术单位和企业联合攻关。一是提高碳转化率，降低渣中含碳量，二是减少细灰的产生量，三是研究细灰的综合利用。
    (6)加压煤气化水激冷流程的水激冷后洗气降温除尘处理。
    (7)加压煤气化装置废水综合利用与废水治理技术研究。
2.2.2  高效压缩机国产化
    (1)空分空压机。国内机组比国外机组能耗高3%～5%。
    目前，8万以上等级的空分压缩机，国外机组占有绝对优势；6～8万等级空压机，国内研发已经达到了一定的水平，已经有样机生产；6万以下空分机组国内陕鼓、沈鼓已有实际工程验证，有相对成熟的设计配套经验；陕鼓动力2～5万空分压缩机组的主要性能参数和技术指标均已达到先进水平。
    (2)合成气压缩机、氨冰机。蒸汽消耗比国外高10%～15%。
    ①大型合成气压缩机与国外厂商比较，沈鼓有优势，年产600 kt合成气压缩机效率已经达到了国际水平。
    ②新锦化机械制造有限公司具备完成年产300～675 kt合成氨装置的合成气压缩机组和年产520～1200 kt尿素装置二氧化碳压缩机的设计制造能力。
    ③制冷压缩机，国内最大装机已经达到1450×l04 kcal的制冷能力，12×l04 Nm³的气量，设计制造运行经验丰富，国产化已经没有风险。
    (3)运转设备密封，解决化工生产的无组织排放问题。
2.2.3  气体净化技术
    (1)耐高硫高水汽粗煤气脱氯剂及脱氯工艺开发。
    (2)“零”蒸汽耗全低变工艺技术开发。
2.2.4  大型合成氨及高效氨合成催化剂
    (l)单系列450 kt/a及以上大型氨合成装置。
    ①中石油自主开发的“气头”大型氮肥成套工艺技术，2012年6月在宁夏石化分公司450 kt/a合成氨、800 kt/a尿素装置中首次开工应用，因天然气供应问题仍未投产。
    ②正元沧州Φ3000 mm大型低压600 kt/a氨合成系统将于今年8月投产。
    (2)高效氨合成催化剂，高度净化条件下使氨净值达到20%以上。
2.2.5  固定层间歇煤气化合成氨生产
    (l)造气半水煤气中蒸汽潜热的回收利用；
    (2)压缩机气体压缩升温余热回收利用；
    (3)氨合成原料气甲烷及氩的分离。
2.2.6  大型甲醇装置
     年产600 kt及以上大型甲醇合成技术。
2.2.7  环保技术
    (l)非磷系循环水处理剂。
    (2)高浓缩倍率水处理剂。
    (3)煤气洗涤氰酚的污染转移与治理。
    (4)固定层间歇煤气化吹风气余热回收烟气脱硫。
    《锅炉大气污染物排放标准》 GB13271-2014（二次征求意见稿）与GB13271-2001相比(见表6)，要求65 t/h及以下的在用燃煤锅炉自2015年10月1日之后，二氧化硫排放浓度降低56%;新建锅炉和重点地区锅炉，自2014年7月1日起二氧化硫排放浓度分别降低67%、78%。
 
    (5)锅炉烟气氨法脱硫的氨逃逸问题。
    部分单位建设的锅炉烟气氨法脱硫装置仍存在氨逃逸和气溶胶问题，一是氨耗升高，二是污染环境，需要技术升级和改造解决。
    (6)硝酸氧化亚氮减排技术及检测仪器仪表。
    N20温室气体效应是C02的296倍。我国已有18套硝酸通过CDM项目配套建设了N20减排装置，但采用的工艺技术、催化剂、检测仪器仪表均为国外配套。中国氮肥工业协会己组织四川金象等公司研究开发国产化的工艺技术、催化剂。
2.3  调整产品结构
    (1)增强肥料新产品开发能力，调整肥料品种结构。
    随着农业产业化经营的推进，农业生产向专业化、标准化、规模化、集约化发展。肥料生产应以强化需求为导向，调整产品结构，，开发市场需求的肥料新品种，加快传统产业的转型升级。
    (2)增强化工新产品开发能力，调整产品结构。
    以市场为导向，发展以CO、H2、NH3、HN03、尿素、甲醇等为主要原料的大宗化工多联产产品，在气化装置满负荷运行的条件下，根据市场调节产品。
    发挥技术优势，开发深度下游产品，实现差异化发展。结合自身的技术、资源、市场以及人才等特点，发展特色产品，形成具有自身特色的发展优势。