尿素专题：尿素基本情况及生产工艺解析

专题报告 尿素专题 2024年09月23日 尿素的发展历程从1773年的发现至1828年的人工合成，为中国尿素工业的发展打下基础。中国尿素工业自20世纪50年代起步，现已成为全球最大的生产和消费国。尿素产业链上游依赖天然气、无烟煤和烟煤，主要生产工艺包括煤头尿素和气头尿素，其中固定床工艺在中国占主导地位。随着技术进步，尿素生产趋向更环保和高效的气制尿素工艺，全球市场规模持续增长。 李国洲liguozhou@cmschina.com.cnF3021097Z0020532 尿素背景： 尿素的发现始于1773年，1828年实现人工合成，为中国尿素工业的发展奠定了基础。20世纪50年代起步的中国尿素工业，经过技术革新和产能扩张，成为全球最大的生产和消费国，同时在产品形态上发展了大颗粒尿素和中小颗粒尿素以适应不同农业需求。 尿素产业链上游主要涉及天然气、无烟煤和烟煤的开采与生产，这些资源是尿素生产的关键原料。在尿素生产过程中，煤炭和天然气主要用于合成氨的制造，合成氨是尿素生产的重要中间体。尿素生产依赖于这些原料的稳定供应，同时受能源价格、开采成本和环境政策等因素影响，这些因素共同决定了尿素的生产成本和市场竞争力。 ❑尿素生产工艺：尿素生产主要分为煤头尿素和气头尿素，其中煤头尿素采用固定床、气流床和流化床工艺，而气头尿素则以天然气为原料。在中国，煤制尿素生产工艺是主流，尤其是固定床工艺约占70%。本文介绍了尿素的几种主要生产工艺，包括煤制尿工艺、天然气制尿工艺、氨与CO2直接合成尿素工艺及水溶液全循环制尿素工艺。 ❑尿素的发展：尿素是现代农业中不可或缺的氮肥，其产业链上游主要依赖天然气、无烟煤和烟煤。这些原料通过一系列化学反应生成合成氨，进而合成尿素。随着技术进步，尿素生产正向更环保和高效的气制尿素工艺转变，全球市场规模也在持续增长，未来发展也将有更广阔的空间。 风险提示：产能增量大，出口管控 正文目录 一、尿素背景......................................................................................................................................................4（一）尿素的基础知识.......................................................................................................................................4（二）尿素产业链..............................................................................................................................................6二、尿素生产工艺..............................................................................................................................................7（一）煤制尿素生产工艺...................................................................................................................................8（二）天然气制尿素生产工艺............................................................................................................................9（三）氨与CO2直接合成尿素工艺..................................................................................................................10（四）水溶液全循环制尿素的生产工艺...........................................................................................................11三、尿素的发展................................................................................................................................................12 图表目录 图1：尿素常规形态...................................................................................................................................................4图2：尿素球棍模型...................................................................................................................................................4图3：尿素上下游产业链...........................................................................................................................................7图4：尿素主要生产方式...........................................................................................................................................8图5：煤制尿素工艺流程...........................................................................................................................................9图6：天然气制尿素工艺流程..................................................................................................................................10图7：氨与CO2直接合成尿素工艺工艺流程...........................................................................................................11图8：水溶液全循环制尿素的工艺流程图................................................................................................................12图9：车用尿素市场规模（单位：亿元，%）.........................................................................................................13 表1：尿素发展历程...................................................................................................................................................5表2：尿素的质量指标...............................................................................................................................................5表3：尿素大颗粒与中小颗粒对比.............................................................................................................................6 一、尿素背景 （一）尿素的基础知识 尿素（CO(NH2)2），是一种白色结晶固体，通过合成氨与二氧化碳在特定条件下反应制得。它在农业生产中扮演着至关重要的角色，作为氮肥的主要来源，对提高作物产量和质量具有显著影响。此外，尿素在工业领域也展现出其多面性，被广泛应用于多种化工产品的生产过程中。 在化工领域，尿素是制造脲醛树脂、三聚氰胺、泡沫塑料等产品的关键原料。这些产品广泛应用于家具制造、塑料工业、建筑行业等多个领域。尿素的衍生物也用于医药和化妆品行业，因其独特的化学性质，它在这些领域中发挥着重要作用。 尿素的应用不仅限于化工和农业，它在其他领域也显示出其价值。例如，在军事和民用爆炸物的生产中，尿素是制造硝化纤维炸药的主要成分。在合成树脂、塑料、胶类等材料的生产过程中，尿素同样不可或缺。此外，尿素还被用作防冻剂、香烟添加剂、洗发剂、清洁剂、制冷剂、催雨剂、耐火材料、环保引擎燃料以及美白牙齿产品的原料。 在环境保护方面，尿素在柴油车辆排放控制技术中发挥着关键作用。通过选择性催化还原（SCR）技术，尿素与排气中的氮氧化物发生化学反应，转化为氮气和水蒸气，有效减少了有害气体的排放，对降低空气污染和改善环境质量具有积极意义。因此，尿素不仅是一种重要的工业原料，也是推动可持续发展和环境保护的重要工具。 资料来源：郑商所，招商期货 资料来源：郑商所，招商期货 尿素的发现可以追溯到1773年，化学家伊莱尔·罗埃尔首次从尿液中分离出尿素。1828年，德国化学家弗里德里希·维勒通过无机物质氰酸铵与硫酸铵人工合成了尿素，这一发现打破了活力论，即认为有机物只能由生物体产生的观点，为有机化学的发展奠定了基础。 20世纪50年代，中国尿素工业起步较晚，初期几乎完全依赖进口。1958年，中国第 一套国产化尿素生产装置在南京建成投产，这标志着中国尿素工业的诞生。随后，中国尿素行业经历了多次技术革新和产能扩张，特别是在20世纪80年代，中国尿素产能已经跃居世界前列。进入21世纪，中国尿素行业迎来了更广阔的发展空间，国内农业的持续增长推动了尿素需求的稳步攀升，同时，科技的进步也促进了尿素生产技术的不断升级换代。 中国尿素技术的发展经历了从无到有、由弱到强的过程。1958年，中国五环工程有限公司成立，致力于氮肥设计，为中国尿素技术的发展做出了开创性贡献。60多年来，五环公司实现了从技术引进、消化吸收到自主创新的飞跃，引领了中国尿素行业的发展。如今，中国不仅是全球最大的尿素生产国和消费国，还是重要的出口国。 在技术方面，尿素的生产方法经历了从最初的氨和二氧化碳在高温高压下直接合成尿素，到后来的多种改进型技术，如C