“数”说工业化：中国氮肥工业是如何发展起来的？

“数”说工业化：中国氮肥工业是如何发展起来的？

#用数字讲述中国的工业化历程

化肥是现代农业的核心要素之一，化肥工业是解决吃饭问题的核心产业。

氮肥是最重要的化肥品种，氮肥产量占化肥产量的六成以上，在氮磷钾三种主要化肥中是唯一不受资源条件约束的产品。

氮肥的原料来自空气中的氮气，而生产钾肥、磷肥需要钾矿、磷矿，氮肥的生产规模反映的是国家的制造能力而非资源禀赋。

中国氮肥产量基本占化肥总产量的70%左右，氮肥生产的第一步是合成氨，合成氨工业是化肥工业最重要的子行业。

中国氮肥工业基本上是从零开始发展起来的，经过几十年的发展达到全球第一，为中国解决吃饭问题做出了重要贡献。

一、中国氮肥工业发展历程

图1：中国氮肥产量

1950年，中国的氮肥产量只有1.5万吨，这也是中国化肥产量的全部。

1950年，中国的合成氨产量只有1.1万吨，中国氮肥工业落后的根源是合成氨生产的落后。

解放前中国只有三家合成氨生产企业：分别是大连化工厂、永利南京铔厂和天利氮气公司。

大连化工厂前身是满洲化学工业株式会社，合成氨的技术和设备是日本人购买的，合成氨产能为5万吨/年，配套硫铵8万吨/年；

永利南京铔厂是民族资本家范旭东投资建设的，著名化学家侯德榜担任厂长。永利南京铔厂是美国氮气公司设计，设备是从美国采购的，合成氨产能为3.3万吨/年。

天利氮气公司的设备来自杜邦公司的一座合成氨中间试验厂，产能更是低于大连化工厂和永利南京铔厂。

图2：中国合成氨产量

中国仅有的三家合成氨工厂在抗战时期和解放战争时期都遭到了不同程度的破坏，因此解放后的产能远远低于最初的设计产能。

1952年，中国化学工业的主要产品产量都恢复到或者超过了解放前最高的年产水平，其中合成氨产量是3.8万吨，化肥产量是3.9万吨。

这就是中国氮肥工业的基础，新中国的氮肥和合成氨工业就是在这样的基础上发展起来的！

图3：氮肥在中国化肥总产量中的占比

中国氮肥工业的大规模发展始于苏联的援建，苏联援建的“156项工程”中包括7个化学工业项目，核心是三个氮肥厂：分别是吉林氮肥厂、太原氮肥厂和兰州氮肥厂。

苏联援建的三个氮肥厂都属于中型氮肥厂，每个厂的生产规模都是合成氨5.2万吨/年，硝酸铵9.8万吨/年。

苏联援建的三个工厂合成氨和化肥的产能共计15.6万吨和29.4万吨，是1952年中国合成氨和化肥产量的4.1倍和7.3倍。

苏联援助的合成氨和氮肥技术是中国氮肥工业技术的起点，中国也很快掌握了5万吨规模合成氨的生产技术，并开始批量建设相同规模的氮肥厂。

中国自主设计、设备国内制造的5万吨合成氨规模系列氮肥厂如衢州化工厂、吴泾化工、广州氮肥厂于1963年初相继投产。

这批我国自主设计和成套国产装备建设的氮肥厂，被行内称为“中型氮肥厂”或“中氮”。

1958年，为快速增加氮肥产量，化学工业部提出了兴办小氮肥厂（即“小化肥”）的想法。

小型氮肥厂生产的主要产品是碳酸氢铵（碳铵），而不是传统的硫铵或硝酸铵。

碳酸氢铵生产装置投资少、建设周期短，更重要的是不需要使用铅或不锈钢材等当时十分稀缺的材料来建设硫酸或硝酸生产装置，有助于快速扩大中国的氮肥生产规模以满足农业的需求！

1958年初，上海化工研究院和北京化工实验厂分别建设了年产2000吨和1万吨的合成氨试验厂，并在1962年先后解决了小氮肥的技术可行性和经济可行性问题。

1969~1978年10年间，全国建成了小型氮肥厂1225个，小化肥逐步成为中国化肥工业的主力。

到1979年，全国小型氮肥厂总数达到1533个，当年生产合成氨658.4万吨，占全国合成氨总产量的55.6%。

图4：中国化肥产量结构

1980年，中国合成氨产量达到1498万吨，是1960年的34倍；氮肥产量达到999万吨，是1960年的50倍。

中国合成氨产量如此显著的增长最大来源是小氮肥，其次是以苏联技术为样板的中型氮肥厂，然后才是70年代引进设备建设的大型氮肥厂。

西方发达国家的合成氨生产技术自50年代以来发展迅速，且合成氨的原料从煤炭转向石油和天然气，合成氨单系列装置的规模不断扩大，从日产200吨（年产7万吨）增加到了日产1000吨（年产30万吨）以上。

到了70年代，虽然中国合成氨生产规模相比解放时显著扩大，但是合成氨生产技术与国际先进水平相比仍然十分落后。

为了解决中国的“穿衣和吃饭”问题，党和国家领导人决定抓住国际形势的有利变化从国外引进石化和大化肥成套设备。

在“四三计划”引进的26个项目中，年产30万吨合成氨和52万吨尿素的“大化肥”成套设备引进了13套，在“七八计划”中又引进了4套同等规模的大化肥装置。

20世纪八九十年代，由于农业发展对化肥的强烈需求，各地又陆续引进了以渣油、块煤、水煤浆、天然气为原料的十多套大型合成氨和氮肥装置。

引进这些大化肥成套设备虽然花费了数十亿美元，但这些装置建成后每年节省了数亿美元的化肥进口费用，同时也通过消化吸收引进装置的先进技术和设计理念，对原有的中小氮肥装置进行大规模的技术改造起到了非常重要的指导作用。

2000年中国合成氨产量增长至3364万吨，氮肥产量增长至2398万吨，中国氮肥生产规模达到全球第一，基本解决了中国农业发展对氮肥的需求问题。

依靠引进不能根本解决中国合成氨工业的发展问题，只有彻底掌握技术才能取得产业发展的主动权。

经过艰辛的自主研发，2004年我国第一套国产化30万吨/年合成氨装置在山东华鲁恒升投产。

从1972年开始，我国先后共引进了31套大化肥装置，一直到华鲁恒升的这套装置成功投产后才实现了大型氮肥装置的国产化。

此后我国合成氨生产技术实现了全面突破，彻底在技术上实现了赶超。

2010年中国合成氨产量进一步增长至4965万吨，氮肥产量增长至4459万吨，中国合成氨和氮肥产量在世界大幅领先其它国家。

2020年，中国合成氨产量增长至5117万吨，氮肥产量却减少至3702万吨，标志着中国氮肥工业完成了扩产的历史使命进入结构调整阶段。

2000年后，氮肥成为中国化肥工业的重要出口产品，中国氮肥工业不仅能够完全满足本国农业的需求，而且有能力大规模出口。

二、中国合成氨技术发展过程

世界合成氨工业诞生于20世纪初，早期主要是为战争服务，合成氨是生产火炸药工业的原料。第一次世界大战结束后，合成氨工业转向为农业、工业服务。

1913年在德国奥堡巴登苯胺纯碱公司建成了一套日产30吨的合成氨装置，是世界上第一个实现工业化生产的合成氨生产装置。

随着合成氨需求量的增长、石油工业的发展及新工艺新技术的不断涌现，合成氨工业在生产技术上发生了重大变化，合成氨的原料逐步从煤炭转为石油和天然气。

20世纪60年代，美国凯洛格公司首先利用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业的一次重要突破。

20世纪70年代，计算机技术应用于合成氨生产过程，使操作控制产生了质的飞跃，生产合成氨的能耗水平大幅下降。

此后大型化、低能耗、清洁生产是合成氨生产技术和装置发展的主要趋势，技术进步的主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。

中国是从50年代才开始发展合成氨生产技术，中国合成氨工业发展过程中主要有三条技术路线，分别是：中型氮肥技术、小氮肥技术和大化肥技术。

三条技术路线来源不同，但最终殊途同归，中国的科研人员通过持续的努力追赶上了世界先进水平，中国合成氨工业的生产规模也达到了全球第一。

图5：中国合成氨产量十年增量

（一）中型氮肥技术

中国化肥工业的中型氮肥技术来源于苏联的援助，苏联援助建设了三个年产合成氨5.2万吨的中型氮肥厂。

苏联技术是中国合成氨和氮肥技术的起点，中国的科研人员很快就掌握了苏联援助的技术，并在国内建设了一批中型氮肥厂。

1956年，化工部化工设计院在借鉴永利南京铔厂和吉林化肥厂设计的基础上结合本国的国情，自行设计合成氨装置并建设了四川化工厂。四川化工厂的建成投产，标志着我国初步具备自主建设氮肥厂的能力。

1958年化工部氮肥设计院根据四川化工厂的生产建设经验，以及永利南京铔厂以无烟煤制取合成氨原料气的工业化数据和生产经验，编制了年产5万吨合成氨的定型设计。

在此基础上，中国开始批量建中型氮肥厂，年产5万吨合成氨规模的氮肥厂如衢州化工厂、吴泾化工、广州氮肥厂等于1963年初相继投产。

这批我国自有技术和成套国产装备的氮肥厂系列，行内称为“中型氮肥厂”或“中氮”。

1965年，全国年产5万吨合成氨规模的氮肥厂达到15个，当年合成氨产量达到130万吨以上。

1978年，全国投产的中型厂由1965年的15个增加到50个，当年合成氨产量319万吨。

到1983年全国共建设了56个中型氮肥厂，中型氮肥厂年生产合成氨368万吨，占全国氮肥总产量的22%。

根据中国氮肥工业协会统计：2005年中氮肥企业生产合成氨732.7万吨，占合成氨总产量的15.8%；尿素产量742.6万吨，占尿素总产量的17.9%。

中型氮肥技术是我国掌握的第一种合成氨生产技术，建成了相当规模的产能，为中国化肥产量的增长做出了重要贡献！

图6：中国氮肥产量十年增量

（二）自主发展的小型氮肥技术

化学工业部在50年代末就发现中型氮肥厂的建设难度高，产能扩张速度慢，根本不能满足中国农业生产的需求！

1958年，在当时提倡搞工业也要“小土群”的思想指导下，化学工业部提出了兴办小氮肥厂的想法。

小型氮肥技术生产的主要产品是碳酸氢铵（碳铵），碳酸氢铵生产装置投资少、建设周期短，而且不需要使用铅或不锈钢材等当时十分稀缺的材料，这对急于扩大氮肥产能的中国来说十分重要。

建设小型合成氨装置生产碳酸氢铵在投资、设备、技术材料等各方面都十分有吸引力，化学工业部开始研发小型氮肥生产技术。

1958年3月，侯德榜和化学工业部生产司总工程师谢为杰等在上海组织编制了年产2000吨合成氨配8000吨碳酸氢铵装置（当时称为县级氮肥厂）的设计，同年在上海化工研究院建成第一套示范性试验装置，生产出了第一批碳酸氢铵产品。

1958年初，上海化工研究院和北京化工实验厂分别建设了年产2000吨和1万吨的合成氨试验厂。

小型氮肥厂合成氨最初设计的年产规模为800吨、2000吨，经过改造后产能可升级到3000吨、5000吨。

小型氮肥生产技术的发展并非一帆风顺，初期也遇到了不少困难，必须实现：

技术可行——能够生产出合格的产品；

经济可行——产品的生产成本不能太高。

在科研人员和管理人员的努力下，国内陆续有多家小氮肥厂顺利通过了这两关的考验。

江苏丹阳化肥厂采用“碳化法合成氨流程制碳酸氢铵”工艺，先后于1962年、1963年过了“技术关”和“经济关”，达到了设计水平。

1962年11月，年产2000 吨合成氨的浙江龙山化肥厂和年产800吨合成氨的上海嘉定化肥厂都顺利过了经济关。

这些小氮肥厂的顺利生产证明了小氮肥技术的技术可行性和经济可行性，小型氮肥装置经过近八年的探索、试点、攻关和技术改造，到1965年技术已渐趋成熟。

1965年能够正常生产的小氮肥厂达到87个，当年生产合成氨18.3万吨，占全国合成氨总产量的12.3%。

小型氮肥厂建设周期短、设备容易制造、投资少、便于地方集资兴办，因此县级政府成为推动小型氮肥厂发展的主力。

中央政府为增加氮肥的产量也支持小氮肥厂的发展，国家安排上海市从1970年起连续三年每年制造100套小氮肥设备，对加快小型氮肥厂的发展起了很大的作用。

与此同时，一些有能力自制成套设备的省、市，对部分建厂早、条件好的小型厂择优进行填平补齐和设备更新，扩大了生产能力。

1969-1978年10年间，全国建成了小型氮肥厂1225个。

1979年，全国小型氮肥厂总数达到1533个，当年产氨658.4万吨，占全国合成氨总产量的55.6%。

小型氮肥厂是特殊时代的产物，曾经发挥了重要作用。

小化肥（小型合成氨）技术是特殊时期特殊时代背景下的产物，在当时为解决中国的氮肥供应问题做出了贡献。

但是小化肥技术不是技术的主流和发展方向，我们既要看到它的历史意义，也要清楚它的历史局限性！

（三）大型氮肥厂成套设备引进和国产化

中国虽然建设了大量的中型氮肥厂和数量更多的小型氮肥厂，但是这些企业生产的氮肥仍然无法满足农业的需求，70年代化肥与钢材一样都是我国进口的大宗商品。

此外，生产技术的快速发展使得我国合成氨工业的技术落后了！不仅合成氨的原料从煤炭转向石油和天然气，同时合成氨单系列装置的规模增加到了日产1000吨（年产30万吨）以上。

为改变中国氮肥和合成氨工业落后的状况，党和国家领导人抓住国际形势的有利变化从国外引进大化肥成套设备。

在“四三计划”中，我国从美国、荷兰、日本、法国引进了13套年产30万吨合成氨和52万吨尿素的成套设备。其中，以天然气为原料的10套，以轻油为原料的3套。

在“七八计划”中，我国引进了3套以渣油为原料和1套为煤炭为原料的大化肥装置。

在20世纪八九十年代，由于农业发展对化肥的强烈需求，各地又陆续引进了以渣油、块煤、水煤浆、天然气为原料的多套大型合成氨和尿素装置。

引进这些大化肥成套设备虽然花费了数十亿美元，但这些装置建成后每年节省了数亿美元的化肥进口费用，同时也通过消化吸收引进装置的先进技术和设计理念，对原有的中小氮肥装置进行大规模的技术改造起到了非常重要的指导作用。

在引进国外先进大化肥装置的同时，国内也开始逐步对大化肥装置进行国产化。时任化工部总工程师的陈冠荣提出了“国产化三步曲”的设想：

第一步，购买国外先进技术的软件包，国内设计，尽可能采用国产设备；

第二步，消化吸收引进技术，使全部设备由国内制造，局部改进工艺和流程；

第三步，创新，即研究、设计、制造一体化，开发应用自己的新技术。

鲁南化肥厂改扩建工程和四川化工厂老系统改造工程就是通过这样的国产化思路建成的。

1992年，四川化工总厂年产20万吨合成氨国产化装置通过国家验收。

这套装置除引进工艺软件包合少量设备外，包括四大关键机组在内的设备全部实现了国产化，设备国产化率达到82%以上。

这是大型合成氨装置国产化的第一步——装备国产化，此后还有第二步——设计国产化和第三步——工艺流程国产化。

2004年山东华鲁恒升年产30万吨合成氨国产化大型装置投产，这是我国第一套完全国产化30万吨/年合成氨装置。

从1972年开始我国先后共引进了32套大化肥装置，在华鲁恒升的这套装置成功投产后，才真正实现了大型合成氨装置的国产化。

图7：中国尿素净出口量

2011年鲁西化工集团完全采用国产化技术的大型低压合成氨项目——年产 36 万吨合成氨装置开车成功并投入生产。

这套以煤为原料的合成氨生产装置是我国是第一套完全采用自主知识产权的大型低压合成氨装置，标志着我国全面掌握了大型低压合成氨的全套自主技术，结束了低压氨合成关键技术长期依赖国外的局面。

中国石油宁夏石化公司国产化 45 万吨合成氨、80 万吨尿素项目是采用中国寰球工程有限公司（简称寰球工程公司）自主技术建设的工业化生产装置，工艺技术全部实现国产化，各项工艺技术指标均达到了国际先进水平， 拥有自主知识产权。

该装置是以天然气为原料，主要设备国产化率达到 95%以上，具有能耗低、操作简单、安全等特点。

2010年后，中国自主合成氨生产技术在不同生产原料、不同生产规模等方面都先后完成了追赶，在生产技术上达到了世界先进水平。

正是因为中国完成了技术上的追赶，才使得中国氮肥工业在国际市场上拥有强大的竞争力，才能成为全球主要的氮肥出口国。

三、全球氮肥工业格局的演变

图8：全球氮肥产量

合成氨工业诞生于20世纪初，合成氨是氮肥的主要原料，合成氨工业的发展是国际氮肥产量增长的前提和基础。

1961年全球氮肥产量还只有1180万吨，到2001年全球氮肥产量已经增长至8570万吨，到2021年更是增长至1.14亿吨。

氮肥在全球化肥产量中的占比在60%以上，正是氮肥产量的增长促进了全球粮食产量的增长，使得全球人口能够增长至80亿左右。

图9：中国氮肥产量及在全球的占比

中国氮肥工业基本上是从零开始发展起来的，一直到1961年中国氮肥产量才增长至17万吨，在全球氮肥产量中的占比只有1.5%。

此后经过自力更生建设的小型和中型氮肥厂，以及70年代引进的大型氮肥装置，到1983年中国氮肥产量增长至1109万吨，在全球氮肥产量中的占比上升至17.9%。

中国合成氨及氮肥产量在80年代就达到全球第一，主要依靠的自己开发的小型和中型氮肥生产技术。

2010年，中国氮肥产量增长至4459万吨，在全球氮肥产量中的占比增长至43.6%，氮肥产量大幅领先全球所有其它国家。

2000年后，中国自主研发了大型合成氨生产技术，大型合成氨和尿素生产装置彻底实现了国产化，推动了氮肥产量的增长以及氮肥工业的结构优化。

2000年后中国氮肥工业的主要产量来源于大型合成氨和尿素生产装置，生产合成氨的能耗水平接近世界先进水平。中国不仅在规模上实现了领先，在生产技术上同样达到全球领先。

中国氮肥产量在2015年达到最高的4971万吨的水平，此后由于国家产业结构调整（氮肥工业是高耗能行业），氮肥产量开始逐步减少。

图10：2000年全球主要氮肥生产国

2000年，全球氮肥产量达到8460万吨，其中发达国家的产量是3470万吨，而发展中国家的氮肥产量达到4990万吨。

全球主要氮肥生产国是中国、印度、俄罗斯和美国等国，这些国家的合成氨和氮肥产量约占全球总产量的一半以上。

2000年中国的氮肥产量2398万吨，占全球氮肥产量的59.0%，是全球最大的氮肥生产国。印度以1094万吨的氮肥产量位居世界第二。

图11：2019年全球主要氮肥生产国

2019年，中国以3556万吨的氮肥产量仍然高居世界第一位，而印度以1373万吨的产量保持世界第二。

世界氮肥工业的生产重心早已转移至发展中国家，发达国家中仅有美国和加拿大由于能源优势而保持着相当规模的合成氨和氮肥产量，日本和西欧国家的合成氨规模已经很小。

从2001年到2019年，中国氮肥产量增长了1158万吨，在所有国家中产量增加最多；同期美国氮肥产量增加了486万吨，印度氮肥产量增加了279万吨。

图12：印度尿素进口量

对比中国和印度的氮肥工业，我们可以清晰地看到掌握技术的重要性。

以氮肥中最重要的品种尿素为例，中国从2000年左右基本就不再需要进口尿素，从2005年开始大规模出口尿素，尿素最大出口规模超过1000万吨。

印度的氮肥产量虽然从2000年以来也增长了不少，但是印度仍然需要大规模进口氮肥，2022年印度尿素进口量达到1010万吨，占印度尿素总消费量的28.3%。

印度并非看不到发展制造业的重要性，印度政府一直都希望发展制造业，但是连合成氨和氮肥这样的基础工业产品都无法实现自给。

印度氮肥工业为何发展不起来？印度自身不掌握技术是重要原因！

印度对外贸易存在大规模的逆差，根源就是大量的工业品无法自给，需要大量进口。

四、中国合成氨工业发展的启示

中国解决氮肥供应最终靠的还是大化肥技术，碳酸氢铵不是氮肥工业的答案，尿素才是！

小型合成氨技术是特殊时期特殊时代背景下的产物，但这项技术不是合成氨技术的主流和发展方向。

中国通过几十年的努力最终开发出了自己的大型合成氨和尿素生产装置，用国产设备建设了大化肥厂，使得中国氮肥工业达到全球第一。

中国氮肥工业不仅在规模上达到了全球第一，在生产技术上同样达到领先。

技术是中性的，技术发展的路径是不同的，但最终的技术目标是相同的。

合成氨技术发展的最终目标是：大型化，更低的能源消耗，更低的生产成本。

中国合成氨工业的发展过程坎坷，但我们坚持不懈，最终在技术上追赶上了世界先进水平。

合成氨工业的发展历程也是中国诸多产业发展历程的缩影，任何产业的追赶都需要长期的努力，都需要完成产业技术的追赶。

只有在技术上完成了追赶，才能真正提高产业的竞争力，才能立于不败之地！

参考资料：

1、《中国化工通史-行业卷》

2、《中国化工通史-统计卷》

3、《当代中国的化学工业》

4、《铿锵脚步:新中国成立70周年石油和化学工业发展纪实》

5、《中共吉化史》

6、《大化志》

7、《合成氨工艺及设备》

8、《世界化肥生产、消费、贸易和发展》