2023中国绿氨产业研究与前景展望

2023中国绿氨产业研究与前景展望 2023ResearchandProspectofChina’sGreenAmmoniaIndustry ©2023.11SixSigmaResearch 「云点道林SixsigmaResearch」为精品投资银行「云道资本」下属研究机构 以专业的数据信息、敏锐的市场洞察和创造灼见的研究咨询服务赋能中国创业企业、产业 绿色化工 绿氨 绿色化工必由之路，绿氢应用新方向，万亿级产业方兴未艾 绿色化工 绿氨 绿色化工必由之路，绿氢应用新方向，万亿级产业方兴未艾 绿氨是无碳化的氨合成与生产，由绿电制取的绿氢与空气分离得到的氮经过一定的合成工艺合成为绿氨；绿氨在清洁动力燃料、 清洁电力燃料（火电掺烧）、储氢载体等新应用场景与市场拥有极大的应用潜力，其渗透有望不断快速攀升，2030年全球年产量有望超2000万吨，2050年超5.6亿吨，成为全球新型清洁能源供应体系的重要一环。 氨是大宗基础化工品，具备原料、燃料双重属性，应用场景广泛、当前以生产化肥为主；合成氨属于能量密集型产业，是中国乃至全球碳排最高的化工产业，向绿色低碳转型势在必行，受资源禀赋及技术成熟度影响，各国家地区向绿氨转型技术路径有所差异 由氢的碳足迹决定，氨的制备可分为灰氨、蓝氨、绿氨三类；绿氨—绿电制绿氢耦合合成氨生产，实现清洁零碳排放的高效合成氨 工艺，技术工艺尚未定型，比较来看，柔性的低温低压法更适应绿氨的生产工况，有望成为大规模制取绿氨的主流技术路径 随着绿电电价下降与电解技术的成熟，绿氨成本将持续下降；中国绿氨经济性竞争力可期，制备成本有望在2050前后降至240美元/吨；细分场景来看，绿氨制备与船运燃料、氢储运等场景下，绿氨已具备一定的竞争力，火电掺烧场景短期内仍需依赖政策驱动 全球范围来看，各国家及地区关于绿氨的鼓励性政策持续出台，全球规划中的绿氨产能已超7000万吨；细分地区来看，澳洲及中东 有望凭借成熟的合成氨产业基础以及丰富的风光资源成为未来全球最大的绿氨生产中心，日韩则为绿氨政策确定性最强的地区 PartⅠ 氨的简介与产业概况 氨是大宗基础化工品，具备原料、燃料双重属性，应用场景广泛、当前以生产化肥为主；合成氨属于能量密集型产业，是中国碳排最高的化工产业，向绿色低碳转型势在必行，受资源禀赋及技术成熟度的影响，各国家地区向绿氨转型的技术路径有所差异 氨的简介与产业概况 氨—大宗基础化工品，原料、燃料双重属性，应用场景广泛、当前以生产化肥为主 氨，化学分子式为NH3，常温下是一种无色气体，易挥发、可燃、其强烈刺激性气味极具辨识度。氨目前是世界上生产及应用最广泛的基础化学 原料用途 化肥 冷冻剂 炸药 污水处理 燃料用途 船舶动力 固定式发电 品之一，具有原料和燃料双重属性。 目前全球80%以上的合成氨用于生产化肥。就中国而言，目前合成氨主要有农业、工业、储能(新增用途）等三大类用途。从2020年的数据来看， 农业用氨占比71%，工业使用占比29%，氨作为储能介质用途尚不成熟，占比不足1%； 中国合成氨的主要用途 29%工业用氨 71%农业用氨 ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com 氨的简介与产业概况 全球范围看，氨产能十分集中，贸易属性强，中国合成氨长期处于贸易逆差地位 目前，氨的生产目前主要是基于拥有一百多年历史的哈伯-博世法，该方法以煤炭、天然气等化石能源为原料，适用于连续、集中化、大体量的合成氨生产；基于这一成熟的工艺，全球每年合成氨产量为2.5亿吨左右，且产能分布主要受化石能源禀赋的影响，主要产自中国、印度、俄罗斯和美国四个国家；中国与印度虽然是合成氨产能大国，但由于农业化肥、工业消耗量大等原因，同时也是氨的主要进口国；俄罗斯则是全球 主要的净出口国；全球范围来看约70%的合成氨用于进出口及国际贸易。 全球合成氨主要产能区域 合成氨进出口量（万吨） 俄罗斯 500 450 400 350 美国 中国 印度 300 250 200 150 100 50 0 氨装载（出口）设施 氨卸载（进口）设施 进口出口 数据来源：国家统计局、国际可再生能源署（IRENA） ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com 氨的简介与产业概况 国内范围看，氨能的供给侧产能结构调整效果显著，产能集中且稳定，但仍需进口 总体上，中国是世界上最大的合成氨生产国和消费国，合成氨产业遍布全国，具有良好的产业基础。 自20世纪50年代来，中国合成氨工业不断发展壮大并已成为世界上最大的生产国，产量约占全球的30%；但2010年以来中国合成氨产能过剩率已超30%。2016年工信部印发《石化和化学工业发展规划(2016年-2020年)》明确原则上不再新建以无烟块煤和天然气为原料的合成氨装置，且行业主要以去产能为主基调。“十三五”期间，工业和信息化部要求合成氨行业淘汰落后以及过剩产能不得少于1000万吨，同时伴随着相关工艺的改良与成熟，产能有效利用率也在不断上升，因此近年来整体上中国合成氨产业呈现产能逐年减少、产量总体稳定、仍需进口填补缺口的局面。 中国合成氨产量（万吨） 中国合成氨进口情况 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 20032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 40236 20172018201920202021 进口量（万吨）进口金额（万美元） 140 93.9 33779 31355 105.5 35515 115.4 22212 80.9 71.9 120 100 80 60 40 20 0 数据来源：国家统计局 ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com 氨的简介与产业概况 合成氨属于能量密集型产业，是碳排最高的化工产业门类，向绿色低碳转型势在必行 全球范围来看 合成氨工业属于能量密集型产业，近些年合成氨的能源消耗约占全球能源消耗的2%（最高时近10%）。 另外，合成氨生产过程中每年约有5亿多吨的二氧化碳排放，约占全 球碳排放总量的1-2%、占化工行业CO2排放的15%-20%。通常每生产1吨氨，释放将近2吨的二氧化碳，合成氨行业的节能减排压力巨大，亟需进行绿色转型。 氨炼油甲醇碳化钙 中国化工产业不同行业年碳排放量（千万吨） 中国范围来看 中国合成氨主要是煤制合成氨，约占总产能的75.5%，其余主要为天然气原料，约占总产能的21.4%。碳排量巨大，目前合成氨行业已成为中国碳排最高的化工行业； 目前中国的国家政策也在大力鼓励绿色低碳技术生产合成氨，到2025年，合成氨行业能效产能比例将从2020年的7%提高到15%。未来随着行业技术的发展，我国合成氨将新增更多的绿色节能生产装置，行业 煤气/煤液化 乙烯苛性碱对二甲苯碳酸钠 煤制乙二醇 产量也将不断增长。0510152025 ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com 氨的简介与产业概况 全球各氨主产区受资源禀赋、技术成熟度等影响，向清洁制氨转型技术路径各有差异 各氨主产区的工艺路线和清洁生产方案 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2020 2050-S 2050-D 2020 2050-S 2050-D 2020 2050-S 2050-D 中国 中东 欧洲 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2020 2050-S 2050-D 2020 2050-S 2050-D 2020 2050-S 2050-D 2020 2050-S 2050-D 印度 北美 非洲 中南美 0 煤炭配套碳捕捉存储的煤炭天然气配套碳捕捉存储的天然气配套碳捕捉利用的化石能源尿素热解石油电解 注：纵轴为百分比（%）；2050S:既定政策条件；2050D:可持续发展条件（温控目标） 数据来源：国际能源署（IEA） ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com Part2 绿氨的定义 绿氨是无碳化的氨合成与生产，由绿电制取的绿氢与空气分离得到的氮经过一定的合成工艺合成为绿氨；根据最新的政策文件，完全绿氨的全链条所用网电不得超过1%-3% 绿氨的定义 绿氨—无碳化的氨合成与生产，完全绿氨的全链条所用网电不得超过1%-3% 绿氨，与传统氨的主要区别在于生产过程的无碳性质。 从原料输入的角度来看，绿氨由两个核心输入组成：氮气、氢气；可以拆分成：水、空气、可再生电力三个要素；首先，氢气由水经可再生电力电解产生，即绿氢；而氮气是从空气中分离出来得到；绿氢与氮通过哈伯-博世等合成氨工艺结合成氨。 在整个绿氨的生产过程中，所有过程均由可再生电力（绿电）驱动，无二氧化碳的排放，满足此标准的生产过程生产出的氨为“绿氨”。 传统合成氨生产过程中每年约有5亿多吨的二氧化碳排放，约占全球碳排放总量的1-2%，也是中国碳排量最高的化工行业，将灰氨转成绿氨生产， 最新政策动向 根据2023年10月国家生态环境部最新发布的“关于做好2023—2025年部分重点行业企业温室气体排放报告与核查工作的通知”内容，氨所在的化工行业是中国接下来减排降碳的重点行业，并且文件中界定了中国电网的“网电”基本不属于“绿电”范畴的概念。 这就使得真正完全绿氨的生产过程中的所用电力必须为风光离网电（按欧盟碳税的标准碳排折算，绿氨全生产链条的网电占比不超过1%-3%）。 是绿色化工转型、落地双碳政策的必由路径。 ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com Part3 绿氨的制备工艺 由氢的碳足迹决定，氨的制备可分为灰氨、蓝氨、绿氨三类；绿氨—绿电制绿氢耦合合成氨生产，实现清洁零碳排放的高效合成氨工艺，技术工艺尚未定型，比较来看，柔性的低温低压法更适应绿氨的生产工况，有望成为大规模制取绿氨的主流技术路径 绿氨的制备工艺 氨制备的工艺划分—灰氨、蓝氨、绿氨，由氢的碳足迹决定 灰氢：化石燃料制氢 蓝氢：工业副产氢 H2 绿氢：电解水制氢 20世纪初，德国化学家FritzHaber和CarlBosch等人提出了Haber-Bosch（哈伯-博世）法，在高温高压的条件下以氮气跟氢气1：3的比例合成氨，从而开启了合成氨大规模的工业化进程，为全球农业、工业的发展提供了稳定的原料供应。目前全球氨年产量约2.5亿吨，其中98%由化石能源制得，其碳排放占全球的2%，是全球碳排放“大户”。 随着全球气候变暖、各国加快降碳减排步伐，合成氨行业也出现了由“灰”向“绿”的转型趋势；与氢类似，根据原料中氢气的碳足迹，合成氨被分为灰氨、蓝氨和绿氨。灰氨中的氢气来源于天然气或者煤炭，由传统的Haber-Bosch高温催化工艺制备而成；蓝氨则是将灰氨生产过程中的二氧化碳进行捕集；绿氨是基于可再生能源提供能量来源的前提下，以水为原料提供绿氢，然后与氮气混合通过热催化或者电催化等新型 灰氨/蓝氨/绿氨的主要划分由氢的来源决定 热催化 或电催化 NH3合成 冷却 分离 液氨储罐 工业 空分装置 低碳技术制备而成。 合成氨生产链路示意 -应用场景- 农业 N2 储能* ©2023.11SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com 绿氨的制备工艺 灰氨/蓝氨—工艺成熟、优化空间有限，中国以煤制合成氨为主，绿氨产能近乎为零 1913年9月，世界