最近，《石化产业调整振兴规划》已经国务院常务会议审议并原则通过，《规划》是在全球金融危机继续加深和蔓延，需求下降导致石油和化工生产持续下滑的背景情况下出台的。《规划》不仅要为深陷困境的石油和化工企业找到一条摆脱生产经营危机的出路，还要对多年来石油和化工产业因增长迅速而积累的，严重地制约着行业可持续发展的各种内部矛盾进行一次大的调整，以达到落实党中央、国务院“保增长、扩内需、调结构”总体要求的目的。《规划》表明化肥工业的发展又被提到国家的重要议事日程上来，《规划》中多次提到解决当前化肥产业发展中应该主要关注的问题，诸如解决成品油、化肥等产品阶段性供需失衡造成的农资保障能力问题；解决大型炼油、乙烯、化肥等产业技术规模化和集成化问题；以及解决现代煤化工等领域关键和前沿技术研发问题等。按照我国《石油和化工“十一五”发展规划》中对化肥行业的要求：按照基地化、大型化的要求，加快调整化肥产业布局和原料、动力结构。在能源产地和粮棉生产区建设大型化肥生产基地。氮肥完全自给，磷肥基本自给，钾肥自给率30 %以上。其中氮肥工业要加快产品结构调整，加速原料路线和技术路线的改造，在天然气和煤炭资源丰富的地区建设若干个百万吨尿素装置等。在解决上述问题或落实上述目标的过程中，化肥重大技术装备国产化工作是必不可少的环节。
1 化肥重大技术装备取得的成绩
化肥装备长期以来一直是国内化工装备制造业发展的重点之一，上世纪七十年代以来，由于不掌握化肥生产建设所需的核心技术，国家曾经三次大规模引进化肥成套技术装备，其中氮肥行业引进的年产30万吨合成氨装置超过30 套，年产52万吨尿素装置超过50套。当然为了解决现代化学工业的发展所必需的生产装置大型化问题，国家在一段历史时期内引进国外的化工生产技术和一些关键设备，以提高国内化工装置的先进性和可靠性是十分必要的，但大量成套重复引进要耗费巨额外汇，造成建设费用居高不下，即使引进装备技术水平相对较高，能源消耗相对较耗，带来的效益也远不足以弥补折旧和还本付息，更体现不出先进技术和规模的优势和经济效益，因此只有通过化肥重大技术装备国产化工作，使化肥的主要生产技术和关键技术设备可以立足国内，才能彻底摆脱我国化肥建设受制于人的状况。为此国家对化肥重大技术装备国产化工作的一贯指导思想是∶紧密结合我国化肥工业发展需要，运用政府宏观调控手段，集中必要的人力、物力和财力，以化肥生产过程中的关键技术装备为突破口，以企业为主体，以市场为导向，以质量为基础，以效益为中心，通过与技术引进、技术改造相结合，逐步掌握核心关键技术，提高国产化肥重大装备制造业市场竞争能力。
合成氨重大技术装备国产化起步于上世纪七十年代，首先利用当时国家在镇海、新疆、宁夏三套尿素装置的建设过程中，改“成套引进”为“一买三合作”（即购买国外专利技术、合作设计、合作采购及合作制造）的政策机遇，将部分关键设备如二氧化碳压缩机、高压洗涤器、高压冷凝器、刮料机、耙料机、包装机由进口改由国内外厂商合作制造，这些国产化设备投产后运行情况良好，主要技术经济指标接近当时国外同类设备的先进水平。其次利用上世纪八十年代中期四川化工总厂的合成氨技术改造项目，采用国际通用的化工建设方式（即引进技术专利或基础设计，由国内工程公司或设计单位总承包），成功建设了年产20万吨合成氨装置，其中空气压缩机、天然气压缩机、合成气压缩机、氨压缩机等四大离心式压缩机组和一段转化炉炉管、组合式氨冷器、合成塔、废热锅炉等关键设备均由国内厂家制造。装置于1990年底一次试车成功，该装置吨氨能耗达到了722万大卡的当时国际水平。三是利用上世纪九十年代初期国家大量发展以煤为原料的合成氨技术的机会，通过引进工艺软件包和部分关键设备，先后建成了鲁南化肥厂、上海“三联供”工程和渭河化肥厂的水煤浆气化装置，取得了各种压力等级（2.7，4.0，6.5MPa）和各种生产规模（ 8万，10万，30万吨级）的工程实践经验。四是本世纪初依托德州华鲁恒升集团的大化肥建设项目，将多年来针对大化肥生产装置安排过的几乎所有消化吸收和攻关研制课题，在一个生产装置上全流程地系统化地串联起来，最终实现以30万吨/年合成氨装置为代表的化肥重大技术装备成套技术装备国产化。其中：四喷嘴撞击流水煤浆气化软件包、低温甲醇洗和液氮洗工艺软件包、11.0Mpa氨合成工艺软件包、水溶液全循环尿素装置改造工艺软件包等工艺技术的开发研究；水煤浆气化炉（含气化炉炉体研制、喷嘴研制和耐火材料研制）、气化关键阀门、气化关键泵（含灰水循环泵、锁斗循环泵研制和澄清槽底泵、渣池泵）和破渣机研制等水煤浆气化关键设备的研制；CO2吸收塔、产品塔、H2S浓缩塔、多股流大型缠绕式换热器研制和液氮洗冷箱等净化过程关键设备的研制；氨合成塔、合成氨废热锅炉、合成气蒸汽过热器、合成气压缩机组研制和氨压缩机组等合成氨关键设备研制；大颗粒尿素关键技术开发和双金属管汽提塔等尿素关键设备的研制，均依托德州大化肥建设项目研制成功。2004年12月该装置一次性开车成功，生产出合格的产品。项目总投资较进口设备节省一半以上，以投资计算的国产化率为93.8%。
2 化肥重大技术装备国产化发展重点
根据我国《石油和化工“十一五”发展规划》，“十一五”期间中国化肥工业面临的最大任务是适应国家建设资源节约性社会所带来的产业结构调整，原料结构进一步从石油和天然气转向煤，开发先进的煤制合成氨生产技术。我国煤炭资源丰富，根据国土资源部矿产资源通报，我国煤炭预测总资源量为55697亿吨，探明资源储量10430亿吨，在我国的化石能源总储量中，95.6％为煤炭，3.2％为石油，1.2％为天然气，我国一次能源结构富煤、贫油、少气的特点十分明显。据《2008世界能源统计摘要》提供的数据，目前我国能源消费结构中煤占70.4％、石油占19.7％、天然气占3.3％、核电占0.8％、水电占5.9％。其中煤在能源消费结构中仅次于南非（76.5％）为世界第二，远远高于西方发达国家（美国24.3％、英国18.7％、法国4.7％、德国27.7％，因此我国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，能源消费以煤为主的状况在未来相当长的一段时间内不会有大的改变。因此大力发展现代煤化工技术将成为今后相当长一段历史时期内我国化学工业的主要任务，大力发展现代煤化工重大技术装备也是我国化工装备行业的主要任务。煤炭曾经是传统化学工业的主要原料，虽然二十世纪五十年代以来，大量廉价的中东石油进入市场逐步取代煤炭，诞生了以石油化工为标志的现代化学工业。但受资源因素影响的我国一直保持着相当规模的煤化工生产能力，以块煤为原料的煤化工以及焦油化工和电石乙炔化工等传统工艺技术在我国主要化学品生产中仍保持相当份额。近年来由于国际石油价格的不断攀升，煤炭作为化学工业的原料又重新显示出竞争优势。立足国内丰富的煤炭资源，改造低效率、高消耗、高污染的传统煤化工生产工艺，发展现代煤化工技术，对解决我国油气资源短缺、平衡能源结构， 保障国家能源安全及国民经济持续稳定发展具有重大的战略意义和现实意义。
与传统的煤化工技术相比较，现代煤化工技术是一种洁净生产技术，即一种安全的、无污染或最小污染的而煤炭利用效率又是最高的煤炭开采、加工、燃烧、气化、转化系列技术，洁净生产技术将为人类社会在煤炭的综合利用和环境保护方面迈进了一步。而对于中国这样的煤资源大国，洁净生产技术则应当是从国民经济整体发展的最优角度、跨越行业界限，所提出的一种高度灵活的资源/能源/环境一体化系统技术。因此现代煤化工技术可以称为以煤气化技术为核心的多联产技术，其要点为：以煤为原料用纯氧或富氧气化后生成以CO+H2为主要成分的合成气，合成气可直接用于生产合成氨、甲醇、液化烷烃和城市煤气；用合成氨生产尿素、硝酸、纯碱、甲胺、己内酰胺和丙烯腈；用甲醇生产二甲醚、醋酸、甲醛、二甲醚、乙烯、丙烯和甲烷氯化物；液化烷烃包括可以直接作为燃料的液化天然气、汽油、柴油、煤油，也包括作为其他产品原料的石脑油、石蜡；城市煤气可以直接作为燃料直接消费，也可以大型发电装置的原料。上述产品还可以作为基本化工原料生产其它下游化工产品。当然传统的煤气化、焦化和电石、聚氯乙烯生产技术等也可以通过现代煤化工技术的发展得到提升和创新发展。水资源的紧缺、二氧化碳的排放以及其他环境污染等影响煤化工发展的瓶因素也将同时得到解决。
理论上讲，煤替代石油和天然气作为原料生产合成氨技术上没有大的问题，然而在工业上能否真正完全替代石油或天然气原料，先决条件是以煤为原料的化工产品是否有市场竞争能力，生产过程中产生的污染是否能得到控制和治理。因此煤化工的发展是在现有的石油化工生产技术的基础上，开发出更加高效率、低污染，更加经济的工艺技术路线。当然无论是传统煤化工产业的结构调整还是现代煤化工的发展建设，其技术装备是必要的支撑条件。煤化工技术装备国产化，是加速我国煤化工行业技术装备进步和发展，提高煤化工产业整体竞争力的长期重大战略，是实现经济增长方式转变的必然要求，是提高市场竞争力的决定性条件。随着经济全球化的发展，国内外市场逐步连为一体。煤化工技术装备国产化可以培育自主研究开发能力，煤化工技术装备国产化促进企业与科研院所联合，可带动一大批相关技术的研制开发和配套行业的发展，没有一流的技术装备，就很难保证产品的质量，生产装备的技术水平往往决定着产品的竞争力。
“十一五”期间我国氮肥行业需要解决的关键技术：一是解决新型的煤气化技术， 包括以劣质煤、高硫煤为原料的加压气化技术；二是解决先进的净化和合成技术，包括高效率、大型化脱硫脱碳、变换、气体精制、氨合成技术；三是解决热电联产技术，主要指采用循环流化床锅炉，利用造气炉渣、煤末、吹风气等资源， 实现热电联产； 四是努力提高锅炉压力等级，开展能源梯级利用；五是年产45 万吨以上合成氨装置、年产60 万吨以上尿素装置的成套装备的国产化。主要任务：今后的奋斗目标应是自主开发不同规模的煤种适应性广的现代洁净煤气化生产合成氨的成套技术和装备，并用节能型工艺生产尿素，并要实现冷、热、电结合的能源综合利用技术，以实现节能减排节省投资。对原料及动力结构调整，采用先进煤气化技术和热电联产技术改造传统产业的同时，重点研制大型空分、压缩机、合成反应器等设备，形成大型氮肥装置工程成套能力。在过去国产化设备的基础上，只要重点开发如下技术和设备即可实现大型氮肥成套技术和设备的国产化。为此主要攻关方向是：研发以干煤粉气化、冷、热、电相结合的大型合成氨成套技术和设备。低能耗的汽提法尿素成套技术和设备。
3、煤气化技术突破是关键
我国的化肥生产长期采用固定层常压间歇气化技术，煤利用率低、生产成本高，对环境污染严重。为此自上世纪八十年代以来，我国已陆续从德国鲁奇公司和美国德士古公司分别引进了水煤浆气化技术和固定层连续气化技术。但是这两种气化技术的核心设备--气化炉采用的都是衬砖结构，由于炉温高、气流冲剧作用大，对耐火材料要求高，对煤的杂质成份要求也非常严格。上世纪九十年代以来，我国又引进了荷兰壳牌公司的煤粉气化技术， 采用膜式壁气化空间和返回的工艺气体冷激，操作比较平稳，不但克服了由于耐火砖损坏，更换带的停炉检修影响装置生产的连续性问题，而且还可使装置运行费用大大降低，用于冷却炉渣的废水采用封闭循环，可完全达到无污染排放，目前存在的主要问题是设备及其内件造价太高。壳牌煤粉气化工艺的关键设备是气化炉和废热锅炉、两台设备的造价约占煤气化工程总价的50%。目前湖北应城化工厂、广西柳州化肥厂、云南沾益化肥厂、安庆石油化工总厂、湖北枝江化肥厂、湖南洞庭化肥厂等十多个建设项目纷纷采用煤粉气化成套工艺技术，为了降低工程造价，使煤粉气化技术在国内大、中型化肥新建和改造工程中得到推广，研究和开发以气化炉和废热锅炉为代表的粉煤气化成套设备并使之国产化，使我国的煤气化技术研究和我国煤化工装备制造业发展再上一个新台阶，成为解决“十一五”化工装备行业所关键技术问题的重中之重。
“十一五”化工重大技术装备研制工作中，最为难啃的“骨头”就是掌握粉煤气化的关键设备设计制造技术。粉煤气化工艺是壳牌公司在油为原料气化技术的基础上开发成功的，2001年正始向中国市场推出。粉煤气化空间由膜式壁围成，气化气是采用后续工段返回的工艺气体进行冷激，操作比较平稳，采用煤粉气化工艺炉膛受热面不用耐火砖，不但克服了由于耐火砖损坏，更换带的停炉检修影响装置生产的连续性问题，而且还可使装置运行费用大大降低，用于冷却炉渣的废水采用封闭循环，可完全达到无污染排放，目前存在的主要问题是引进国外粉气化工艺设备及其内件造价太高。粉煤气化工艺的关键设备是气化炉和废热锅炉，其功能主要是形成气化空间、渣池、输气通道、进行热交换并保护压力壳体。因其设计与传热(热工)和水冷壁的制造关系密切，在粉煤气化工艺以往的工程实践中，上述两台设备的基础设计和内件的详细设计均由国外厂商承担。因该设计涉及面比较广、结构复杂、技术难度高、设计工作量大、设计软件费用占设备造价的50%左右。因此降低工程造价，使粉煤气化技术在国内的油改煤工程和大中型以块煤为原料的合成氨新建和改造工程中得到推广，研究和开发以气化炉和废热锅炉为代表的粉煤气化成套设备并使之国产化具有非常现实的意义。
我国在引进国外先进煤气化技术的同时，也着力自主开发研制了一批具有自主知识产权的新型洁净煤气化技术。从实验室、中试到工业示范装置，目前已逐步推广应用到大型、现代化的煤化工领域，在技术指标和投资上都比国外同类技术有明显优势。有的还开始走出国门，参与国际市场竞争。例如华东理工大学的多喷嘴水煤浆气化技术、在神华银煤、江苏索普、宁波万华和安徽华谊等项目中，与美国 GE 煤气化技术竞标，最后都中标获胜。该技术还在2006 年和2007 年两次受邀参加国际煤气化年会交流，并开始参与国际煤化工项目与国外 GE、 SHELL等技术的同台竞争，逐步为国际市场所接纳。2008年中国运载火箭技术研究院和北京航天动力研究所合资成立的工程技术公司北京航天万源煤化工工程技术有限公司，研制成功了煤化工项目的核心设备HT-L粉煤加压气化炉即所谓的航天炉，已经相继在河南濮阳和安徽临泉一次投料试车成功，这项航天煤气化技术被列入国家“十一五”循环经济高新技术产业化重大专项，并获得1500万元的专项资金支持。该技术最大的优势是其全部设备实现了国产化，可以使同等企业规模投资节省1／3，建设时间缩短1／3，工艺流程操作更为简便，且基本实现原料煤本地化。 从而大大降低了基本建设和日常维护费用。航天炉的研制成功意味着被国外长期垄断的煤制气技术已被打破，为今后的煤化工产业提速发展奠定了重要基础。
粉煤气化关键设备制造技术的主要内容是：以年产20～50万吨合成氨工程为依托，完成日投煤量1000～2000吨粉煤气化装置工艺技术和成套设备的研制任务。完成以粉煤气化装置的核心设备煤气化炉、合成气冷却器、输气导管等关键设备的国产化。彻底改变目前煤气化炉、合成气冷却器、输气导管内件依靠国外制造，工期长不能满足国内建设及技术改造的需求的局面。同时将烧嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等关键零部件完全国产化，实现粉煤气化装置工艺技术和成套设备自主化率达到90％以上。主要工作内容：一是结合外商提供的设计采用中期编制提出的计算方法进行校核计算，验证制订方法的可行性。由SEG提供全部内件基础设计，由国内公司和制造厂共同完成内件详细设计，设备全部国内制造。二是根据工艺介质的组份、压力和温度以及操作环境调查落实设备的外壳和内件所涉及的8种材料国内供应的可能性；调查落实压力壳体板厚32、50和65mm的15CrMoR主体材料（相当于德国材料 BIN17175，材料号1.7335和美国材料SA387，GR12）国内供应的可能性； 调查落实设备内件(特别是传热面)用异型钢管(直翅片管、ΩΩ、双Ω型等)国内厂家目前生产状况；确定气化炉外壳下部筒体和封头采用复合板结构或CrMo钢内表面堆焊奥氏体不锈钢结构的制造工艺等。三是完成外壳和内件大部分构件设计计算，其中对某些部位由于结构要求和受温度场应力影响需进行应力分析，以确保设备的安全。四是抓好煤烧嘴、点火烧嘴、开工烧嘴的国产化，主要完成研究烧嘴燃烧模型及辐射段温度场的分布状况。研究烧嘴的最佳操作条件，以降低氮氧化物的排放量，满足环保要求，以及完成烧嘴的导向推进、退出系统和火焰观测系统等。
4主要存在的问题
近年来国内专案开发研制了一批具有自主知识产权的生产工艺技术，技术水平有了一定程度的提高，有些已达到世界领先水平或国际先进水平，但我国的技术装备制造业与国际先进水平相还有比较大的差距。远远不能满足国民经济发展的需要目前存在的主要问题包括 ：
（1）技术应用水平较为落后 我国大量引进国外技术设备，这与我国煤气化技术应用整体水平有关。虽然我国是煤化工最为活跃的市场，但是不能否认的是我国的技术应用水平还处于相对落后的状态。目前在我国由于生产与投资的制约，大规模气流床煤气化技术设备对中小企业来说是不适用的，现在 90%以上的企业使用的煤气发生设备为常压固定床单段炉与两段炉。在我国两段式煤气发生炉技术是依靠自主研发与引进吸收发展起来的，并在上世纪八十年代后期逐步为国内企业认同。但该炉最主要的问题是，随着近年来煤炭价格的上涨，煤气化的成本面临严峻考验，市场上大范围地出现了要求能够使用粉煤、劣质煤的流化床气化炉替代现有的固定床发生炉的呼声，这也是为什么近年来国内大量进口国外技术设备的原因之一。我国发展大型煤化工成套设备不能仅仅只注重设备，还要更多地关注成套工艺。目前我国生产煤气化炉并没有太大问题，其他的煤化工成套设备国内进行生产也没有问题。但是值得注意的是，这其中多数企业采用的是国外的技术专利，也就是说多数企业是用国外的图纸制造煤化工设备的。当前很多企业科研人员对于工艺软件包认识上也还存在欠缺 ， 不能消化吸收、与实际操作脱节等等。这些因素造成了我国煤化工成套设备在技术以及工艺上与国外形成了一定差距。
（2）大型建设项目所需的工业软件包（基础设计）基本靠引进解决，引进所需费用较高 以煤气化装备为例， 长期以来，我国的煤气化技术依赖国外公司进口，引进 Texaco 气流床水煤浆气化技术的厂家约有11家( 如山东 鲁南、上海焦化、陕西渭河、安徽淮南等 )，正在洽谈的还有数家； 引进 Shell 气流床粉煤气化的厂家有16 家( 如湖南岳阳、湖北枝江、安徽安庆、湖北应城、广西柳州、云南安宁、河南中原大化、内蒙神华煤制油等)。GE (Texaco)、 SHELL 和 GSP 的技术转让费，都在1.8—2.0美元/Nm3(CO+H2) 之间，再加上工艺软件包 (PDP) 费、技术服务费和培训费等，对一个相当于45万吨/年的合成氨装置，需要的气化软件费就达 6000—9000 万元(按当时兑换1美元=8.28元计算 )。而且引进的设备、仪表、阀门材料等又很昂贵，要比国产化的高出一倍以上。为此付出了高昂的技术专利费用和专有设备费用。
（3）自主技术尚难推广 我国装备制造业长期在计划经济体制下运行，真正建立起现代企业制度和规范的治理结构的大型企业不多。由于技术开发投入很少， 原有制造技术已经老化。用于新产品、新工艺和新技术的研发资金投入严重不足，原创性技术成果少。且存在企业和研究院所各自为政，低水平重复建设和过度竞争严重，研发、制造与成套设计分离脱节，形不成合力的现象。因此设备用户从自身效益和可靠性出发宁可高价进口设备。由于我国煤化工装备工业五十多年来一直采用了技术引进型模仿创新的发展模式，必然造成重要的产品和工艺技术来源主要依靠从国外引进的状况。二十世纪九十年代，我国煤化工装备工业虽然能够提供经济建设所需的一些重大装备和产品，但技术仍主要依靠从国外引进。我国装备工业大中型企业在技术引进时，技术引进经费在技术开发经费支出总和中占很高比例，技术引进费用远高于用于消化吸收的经费。在引进国外技术经费中设计图纸、工艺专利的购入费所占比例高达60%以上。国内虽然已有自行开发的多喷嘴气化炉、两段式干煤粉气化炉、非熔渣一熔渣分级气化炉、多元料浆气炉及灰熔聚流化床气化炉等国产化技术，技术指标也已达到甚至超过国际先进水平。但都缺少大型化的商业化示范装置 ( 一般都在处理煤量500 吨/日·台 ～1000 吨/日·台左右 ) 尚不具备大规模推广条件，难以满足蓬勃发展的大型化煤化工发展的需要。
建设和改造以煤为原料的现代化肥生产企业是一项投资高、风险大、技术难点多的基础产业。是一项系统庞大、涉及面广、需要跨行业、跨地区、跨部门的合作配合的复杂、宏大的系统工程。今后政府主管部门将应以规划和政策引导为主，协会等中介组织愿意承担具体的项目组织协调、检查监督等工作，协助政府有效地组织实施我国的洁净煤技术发展规划（包括技术开发、装置国产化、示范工程和推广应用），开展重大技术装备管理工作，为政府提供经常性的调查研究、政策建议、技术咨询、项目评估、跟踪管理、检查监督、成果宣传等服务工作，逐步建立起面向社会开放的重大技术装备工作支撑体系，完成《石化产业调整振兴规划》提出的各项目标。
