合成氨是我國傳統(tǒng)行業(yè)，起步于上世紀(jì)30年代，行業(yè)整體發(fā)展較為成熟。由于合成氨的生產(chǎn)特性，行業(yè)耗能量較大。國家發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合發(fā)布的《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南(2022年)版》(以下簡稱《指南》)提出，到2025年，合成氨行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能占比達(dá)到15%，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零。對(duì)于該目標(biāo)，合成氨行業(yè)完成起來是否存在困難?未來合成氨行業(yè)節(jié)能降碳重點(diǎn)工作有哪些?綠氫制合成氨路線是否可行?帶著諸多疑問，《中國石油和化工》雜志對(duì)中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長顧宗勤進(jìn)行了專訪。

　　中國石油和化工：顧會(huì)長，您好!請(qǐng)您介紹一下目前合成氨行業(yè)的產(chǎn)能布局，以及能耗基本情況。

　　顧宗勤：合成氨行業(yè)的布局可以按照其不同的生產(chǎn)原料而分為兩大區(qū)域。以天然氣為原料的合成氨(以下簡稱“氣頭”)產(chǎn)能主要布局在天然氣資源豐富的西南地區(qū)，以及包括新疆附近區(qū)域在內(nèi)的西北地區(qū)。以煤炭為原料的合成氨產(chǎn)能(以下簡稱“煤頭”)則主要分布于山西、內(nèi)蒙古、河南、山東等煤炭資源較為豐富的華北及毗鄰地區(qū)。上述三大地區(qū)(西南、西北及華北)基本可以覆蓋我國的合成氨生產(chǎn)能力。而在南方地區(qū)，如廣東、廣西、浙江等，基本上沒有合成氨的產(chǎn)能布局。

　　合成氨行業(yè)未來還會(huì)繼續(xù)圍繞原料進(jìn)行產(chǎn)能布局。因?yàn)樵鲜呛铣砂鄙a(chǎn)最為核心的要素。我們核查的數(shù)據(jù)顯示，原料可占據(jù)合成氨生產(chǎn)成本的一半以上。尤其是煤頭工藝，煤炭所占的成本比例最高可逼近80%。

　　能耗方面，合成氨屬于我國石化工業(yè)當(dāng)中能耗較高的一個(gè)產(chǎn)品。這是因?yàn)樵谏a(chǎn)過程當(dāng)中，煤炭、天然氣等化石能源既做原料又做燃料。如果與同樣較高能耗的煉油工業(yè)進(jìn)行對(duì)比，煉油的工業(yè)產(chǎn)品仍然是能源，而合成氨則不是，因此煉油工藝過程的能源消耗沒有合成氨高。所以從單位產(chǎn)品的耗能來看，合成氨是最高的。此外，合成氨反應(yīng)過程需要高溫高壓條件，需要大量電耗。因此，在節(jié)能降碳工作中，應(yīng)當(dāng)把合成氨當(dāng)成一個(gè)非常重要的產(chǎn)品來對(duì)待。

　　企業(yè)能耗水平方面，根據(jù)《合成氨行業(yè)節(jié)能降碳改造實(shí)施指南》，截至2020年底，我國合成氨行業(yè)能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能占7%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能占19%。此外，《指南》還提出合成氨行業(yè)“十四五”工作目標(biāo)，即：到2025年，合成氨行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能占比達(dá)到15%，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零。

　　中國石油和化工：我們觀察到，《指南》對(duì)現(xiàn)代煤化工、煉油、乙烯等提出的“能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能占比”要求為30%甚至50%，而針對(duì)合成氨行業(yè)的這一要求僅為“達(dá)到15%”。您如何看這樣的差距?合成氨行業(yè)完成15%的目標(biāo)是否有難度?

　　顧宗勤：坦率地說，難度非常大。

　　首先，從目前的情況看，合成氨行業(yè)的節(jié)能技術(shù)改造空間不是很大，難以通過改造整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能降碳。從技術(shù)方面來看，我國煤頭合成氨技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，近年來也沒有更為顛覆性的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)問世。從裝置來看，很多氣頭合成氨企業(yè)的裝置建設(shè)于上世紀(jì)八九十年代，甚至更早，改造難度極大。如果將這些原有裝置推倒重建，則需要巨額投資，合成氨項(xiàng)目的投資動(dòng)輒幾億元、幾十億元，對(duì)企業(yè)來說很困難。反觀現(xiàn)代煤化工等行業(yè)，是相對(duì)比較年輕的行業(yè)，工藝技術(shù)、熱工方案、裝置效率等，還有很多可以優(yōu)化的空間，有很大的改造提升潛力。這可以解釋為何《指南》對(duì)合成氨提出的指標(biāo)低于現(xiàn)代煤化工等行業(yè)。

　　其次，環(huán)保要求的提升也使合成氨企業(yè)更難實(shí)現(xiàn)能耗指標(biāo)的降低。從行業(yè)能耗數(shù)據(jù)來看，近5年我國合成氨行業(yè)每年的能耗降低不足1%，2020年還出現(xiàn)不降反升的情況。隨著我國環(huán)保要求提升，合成氨企業(yè)紛紛增設(shè)環(huán)保設(shè)施。環(huán)保設(shè)施都是需要耗電的，而在提升環(huán)保水平的同時(shí)，再要求企業(yè)大幅降低能耗，難度確實(shí)非常大。

　　再次，國家保供化肥的要求緊迫，合成氨行業(yè)肩負(fù)著氮肥保供重任。近年來，出于環(huán)保、高質(zhì)量發(fā)展等方面的綜合考慮，行業(yè)大力清退落后產(chǎn)能，合成氨行業(yè)現(xiàn)有企業(yè)數(shù)量已從過去最多時(shí)的1500余家降至目前的200余家，大量小規(guī)模、高排放產(chǎn)能被清退。如果再因?yàn)槟芎膯栴}將這200余家企業(yè)中的一部分“一刀砍死”，保供形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。

　　還要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，合成氨供給還牽涉到我國糧食安全問題。如果國內(nèi)合成氨企業(yè)因能耗問題而停產(chǎn)、限產(chǎn)，我們就必須依靠進(jìn)口化肥來補(bǔ)充國內(nèi)的需求。而進(jìn)口化肥價(jià)格昂貴，這部分價(jià)差的壓力最終會(huì)傳導(dǎo)給終端農(nóng)民用戶。以尿素為例，當(dāng)前國際尿素噸價(jià)1100美元，折合成人民幣在7000元左右，而國產(chǎn)尿素價(jià)格全部在3000元以下。進(jìn)口合成氨可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)民用不起化肥。此外，以我國上世紀(jì)80年代大量進(jìn)口化肥的經(jīng)驗(yàn)來看，如果我國大量進(jìn)口合成氨，國外供應(yīng)商勢(shì)必借機(jī)大幅提價(jià)，屆時(shí)價(jià)差會(huì)進(jìn)一步加劇。

　　上述均是合成氨行業(yè)在節(jié)能降碳過程中需要考慮的現(xiàn)實(shí)問題。

　　中國石油和化工：針對(duì)《指南》提出的目標(biāo)和要求，請(qǐng)您從專業(yè)的角度向本刊讀者介紹一下合成氨行業(yè)下一步的重點(diǎn)工作。

　　顧宗勤：“十四五”期間，氮肥行業(yè)應(yīng)著重做好以下工作：

　　一是推動(dòng)合成氨標(biāo)桿企業(yè)上馬大型化、國產(chǎn)化裝置，提高合成氨單套裝置生產(chǎn)能力。目前合成氨裝置的規(guī)模一般在30萬～40萬噸/年，或50萬～60萬噸/年，已是大化肥裝置，但還不夠。在“十四五”期間，要爭取上馬100萬噸/年的大型化裝置。這是因?yàn)檠b置規(guī)模越大，能耗越低。

　　二是加快成熟工藝裝備普及推廣，推動(dòng)業(yè)內(nèi)企業(yè)利用新技術(shù)。包括：新型煤氣化裝置節(jié)能低碳技術(shù)改造、煤氣化合成氨裝置節(jié)能降碳技術(shù)改造、天然氣原料合成氨裝置節(jié)能降碳技術(shù)改造、尿素裝置節(jié)能低碳改造以及優(yōu)化能量回收網(wǎng)絡(luò)、回收余壓余熱等技術(shù)。這些新技術(shù)從氣化、凈化、壓縮、合成等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，有序推動(dòng)老舊裝置改造升級(jí)，“深挖細(xì)算”地為合成氨企業(yè)實(shí)現(xiàn)能耗降低。

　　我舉一個(gè)例子：早期建設(shè)的合成氨裝置主要采用傳統(tǒng)的絕熱變換工藝，該工藝蒸汽消耗高?，F(xiàn)在則采用等溫變換技術(shù)，可以回收變換反應(yīng)熱，降低能源消耗。

　　此外，合成氨行業(yè)在進(jìn)行改造升級(jí)的過程中，還應(yīng)注重與機(jī)械、鍋爐等行業(yè)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，將其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)引入合成氨行業(yè)，為我所用。

　　需要強(qiáng)調(diào)的是，成熟工藝的推廣工作絕非易事。上馬新裝置、進(jìn)行試運(yùn)行，以及后期的推廣工作等，均需花費(fèi)大量時(shí)間和資金，一個(gè)“五年計(jì)劃”下來，也許只能推廣3～4個(gè)新技術(shù)。

　　氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)每年都要召開會(huì)員大會(huì)、信息交流會(huì)等會(huì)議，旨在將先進(jìn)的行業(yè)技術(shù)分享給業(yè)內(nèi)企業(yè)，并讓企業(yè)到先進(jìn)單位參觀、學(xué)習(xí)，以提高行業(yè)的技術(shù)水平，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

　　中國石油和化工：前段時(shí)間，國家出臺(tái)我國首個(gè)氫能中長期規(guī)劃。本刊高度關(guān)注氫能對(duì)合成氨行業(yè)節(jié)能降碳的影響。比如，綠氫制造合成氨是否可行?請(qǐng)您介紹一下這方面的情況。

　　顧宗勤：綠氫是通過可再生能源轉(zhuǎn)化而來。而目前合成氨行業(yè)所用的氫均是灰氫，是依靠煤氣化分解水，或用天然氣分解水而來，也就是以化石能源為原料。

　　從節(jié)能降碳角度來看，綠氫制合成氨具有較大的優(yōu)勢(shì)。此外，綠氫路線的流程更為精簡，不再需要煤氣化的一系列凈化裝置，如脫硫、脫碳裝置等，綠氫可以直接與氮?dú)夥磻?yīng)制造合成氨。

　　但如果考慮成本等問題，現(xiàn)階段尚無法實(shí)現(xiàn)綠氫工藝對(duì)傳統(tǒng)工藝的替代。綠氫的生產(chǎn)過程是可再生能源發(fā)電，再用這部分電進(jìn)行電解水得到的氫。隨著近年來可再生能源價(jià)格一再降低，可再生能源發(fā)電的電價(jià)也從過去的每千瓦時(shí)1元多降至目前的0.2元左右。成本下降速度之快，使人們對(duì)綠氫產(chǎn)生了極大的興趣，但就0.2元的成本來看，在傳統(tǒng)工藝面前仍然沒有競爭力。據(jù)測算，在現(xiàn)有的條件下，只有當(dāng)可再生能源發(fā)電的電價(jià)進(jìn)一步降至每度0.1元以下的時(shí)候，綠氫路線的成本才能和傳統(tǒng)的煤頭、氣頭路線相競爭。

　　需要看到的是，可再生能源發(fā)電的電價(jià)從每千瓦時(shí)0.2元降到0.1元的難度。成本降到一定程度，再降難度會(huì)大幅度增加，這是因?yàn)榭稍偕茉赐顿Y要折舊，電解水裝置投資也需要折舊，比如風(fēng)電的風(fēng)車、光伏的太陽能板等等。

　　此外，在制氫量方面，無論是綠氫還是工業(yè)副產(chǎn)的氫，近期均無法支撐合成氨行業(yè)的用氫量，不能依靠這些氫去解決合成氨行業(yè)碳排放的問題。綠氫方面，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021～2035 年)》提出，到2025年可再生能源制氫量達(dá)到10萬～20萬噸/年，而20萬噸氫只能生產(chǎn)160萬噸合成氨，但目前全國合成氨總產(chǎn)量為5000多萬噸。可再生能源制氫量與合成氨行業(yè)用氫量之間，存在巨大缺口。

　　綜合而言，關(guān)于氫能助力合成氨行業(yè)節(jié)能降碳問題，我認(rèn)為是一個(gè)遠(yuǎn)景的展望，它需要非常低的可再生能源價(jià)格。或許有一天出現(xiàn)了顛覆性的技術(shù)，夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。雖然我們現(xiàn)階段暫時(shí)無法做到，但我相信這一天遲早會(huì)到來。