氨是由氮元素及氢元素构成的无机化合物，是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，分子式为NH3。常温常压条件下，一体积水可溶解700倍体积氨气，形成氨水；降温加压条件下，氨气可液化形成液氨。氨是重要化工原料，是农业化肥、工业炸药等产品主要原材料，在国民经济中占据重要地位。
合成氨（syntheticammonia），指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
合成氨的生产方式
天然气制氨：天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
重质油制氨：重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
煤（焦炭）制氨：随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。
二、合成氨政策环境
合成氨生产主要以煤炭、天然气等能源物质为原燃料，生产工序复杂，生产条件高温高压，燃料及动力消耗量大，生产过程用能多，碳排放强度大。
因此，2022年2月3日，国家发展改革委联合有关部门发布了《关于发布〈高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)〉的通知》，并附《合成氨行业节能降碳改造升级实施指南》，就煤、天然气制合成氨、尿素产品，明确了节能降碳工作方向和技术路径，有很强的针对性、可操作性。文件的印发实施，对于有效提升合成氨行业能效水平，降低碳排放强度，加快推进行业绿色低碳转型，具有重要指导作用。
《指南》还提出了要开展绿色低碳能源制合成氨技术研究和示范。绿色技术工艺：优化合成氨原料结构，增加绿氢原料比例。加大可再生能源生产氨技术研究，降低合成氨生产过程碳排放。目标到2025年，合成氨行业能效标杆水平以上产能比例从2020年的7%提高到15%。
国家关于合成氨行业主要产业政策
合成氨行业发展历程
（1）探索发展阶段（1922-1956年）
1935年，成立天利氮气制品厂股份有限公司合成氨生产车间，标志中国硝酸铵行业正式进入探索发展阶段。截至1952年，中国共有永和铔厂、满洲化学工业株式会社（日资）两家合成氨生产企业和一家小型合成氨生产车间，分别位于南京、大连、上海。这一时期，中国合成氨生产能力低，发展缓慢，合成氨年生产能力仅为6000吨。
（2）稳定发展阶段（1957-1972年）
20世纪50年代，中国开始对原有三家合成氨生产企业实行公私合营，中国合成氨行业进入稳定发展阶段。通过消化吸收引进技术，中国合成氨生产能力、水平及技术得到大幅度提升。这一时期中国合成氨装置主要为中小型装置，除少数装置引进自苏联外，中国基本实现合成氨装置自主设计建造。
（3）快速发展阶段（1973-2000年）
伴随着中国农业生产对化肥需求量日益增长及石油、天然气开发利用技术的成熟，中国合成氨行业对大型合成氨成套装置需求扩大。中国根据引进大型合成氨成套装置，消化吸收引进技术，开始对适合中国资源条件大型合成氨成套装置进行探索研究，中国正式具备自主设计建造大型合成氨成套装置设计建造能力。
（4）高速发展阶段（2001-2014年）
2001年12月，中国正式加入世界贸易组织（WTO），标志中国市场对外开放进入全新阶段，中国宏观经济高速增长，人均可支配收入持续增长，新增人口持续扩大，带动农业生产快速增加，促使合成氨需求持续扩大。这一时期中国合成氨生产技术较为成熟，涌现出众多小型合成氨生产企业。中国自主研发大型合成氨生产线先后投产，行业进入高速发展阶段。
（5）产业结构调整阶段（2015年至今）
伴随中国宏观经济增速放缓及《中国人民共和国环境保护法》、《合成氨工业污染防治技术政策》等政策出台，中国合成氨行业进入产业结构调整阶段。自2015年起，中国合成氨行业出现产能过剩现象，合成氨产量呈现缓慢下滑趋势。此外，受中国环境污染问题等因素影响，中国政府开始对生产技术落后的产能进行“供给侧改革”，鼓励发展非无烟煤原料合成氨生产工艺，行业进入产业结构调整阶段。
2011-2021年我国合成氨产能走势图
2007年我国合成氨总产量突破5100万吨，占当年世界合成氨总产量的30%以上，2012年则已超过5500万吨，2021年国内产能产量分别为7100万吨、5193.88万吨。80多年来，我国的合成氨工业已呈现多层次、多形态的新格局和加速发展的新态势：
1、已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃等多种原料生产合成氨和尿素的技术，形成了具有中国特色，以煤为主（80％以上）、天然气为辅、石油已基本淘汰的原料格局；
2、形成了大、中、小生产规模并存，以中小型企业为主体、大型企业为辅，但大型化、集团化趋势越来越明显的企业格局；
3、形成了先进工艺技术和落后工艺技术并存，先进工艺技术呈加速发展的合成氨和氮肥生产技术格局。
目前合成氨和尿素总生产能力已完全能够满足国内农业和工业需求，但总体吨氨能耗水平、总体企业的规模效益还与世界先进水平存在较大差距，目前正处于转型发展的关键时刻。
2011-2021年我国合成氨行业产量走势图
三、合成氨产业链分析
合成氨产业链
一）煤炭行业
采用煤炭制合成氨生产工艺的合成氨生产企业原材料主要为无烟煤，中国煤炭资源储量丰富，开采加工技术成熟。2021年，新冠疫情防控常态化，国内经济复苏，全社会用电量增加，作为主体能源的煤炭需求量增加，原煤产量破40亿吨，创历史新高。2021年，生产原煤40.71亿吨，比上年增长4.7%，比2019年增长5.6%，两年平均增长2.8%。
二）天然气行业
欧美国家大多采用天然气制备合成氨，天然气制备工艺投资成本小，污染少，且无需考虑副产品销售利用问题，美国超过90%合成氨产量以天然气为制备原料。但中国天然气储量缺乏，对外依存度高。天然气燃料是各种替代燃料中最早广泛使用的一种，它分为（CNG）和（LNG）两种。工业用天然气可用外混式烧嘴进行燃烧。2021年中国天然气产量为2052.6亿立方米，同比增长8.7%。
三）焦炉气行业
合成氨自身价位偏低、附加值不高，其价值主要体现在下游应用中。中国合成氨产业链下游分为农业用氨和工业用氨两大应用领域，包括尿素、碳酸铵、碳酸氢铵等氮肥生产主体及硝酸铵生产主体。其中农业用氨占比达到86.6%，是我国合成氨行业的主要消费市场。
合成氨行业下游消费占比
（1）农业用氨
1）氮肥
我国氮肥工业正是伴随着新中国的成立开始起步发展。经过70年的艰苦奋斗，我国氮肥工业已经取得了举世瞩目的成就，不仅实现了自给自足，有效保证农业需求，还有一定量的出口。大、中、小型氮肥不断融合，发展成为拥有20家百万吨级企业集团、200多家生产企业、总量居世界第一的氮肥产业。
近年来，国内部分企业开始向液氨及甲醇等煤化产品转产，高成本、技术落后的尿素产能开始逐渐淘汰。国家发布的严控化肥使用年增长率，及不再受理过剩行业新建产能用地预审等一系列政策也限制了氮肥的产能增长。
根据国家统计局数据显示：2014-2018年中国氮肥产量逐年下降，随后开始回升，2020年中国氮肥产量为3679.1万吨，2021年中国氮肥产量约为3744.8万吨。
2014-2021年中国氮肥产量
中国是全球最大的氮肥出口国之一，出口量呈“V字形”走势。2018年中国氮肥出口量为近几年最低值，出口数量为1005.50万吨，随后不断增长，2021年出口数量为1661.88万吨，进口数量为8.78万吨。
2014-2021年中国氮肥进出口数量
2020年中国氮肥出口金额为26.10亿美元，进口金额为0.17亿美元；2021年中国氮肥出口金额为44.5亿美元，进口金额为0.47亿美元。
2014-2021年中国氮肥进出口金额
2）复合肥
复合肥发展之初，由于技术工艺简单、行业壁垒低，一些小厂只需一台搅拌机就能生产，导致各地小复合肥厂重复建设，小厂生产的产品多数养分不足、质量不达标，但因受到地方保护，可以以次充好、就地销售，严重扰乱了正常的市场竞争秩序。随着国家对假冒伪劣复合肥打击力度的不断加大，以及农民科学施肥知识的不断提高、农民利益保护意识的不断增强，小复合肥厂商迅速萎缩，大半难以开工，质量优、讲信誉、服务好的行业龙头企业优质产品逐渐被农民接受、认可，行业龙头企业中阿、洋丰、金正大、史丹利、司尔特等产品呈现产销两旺、供不应求良好局面。
复合肥进出口量占比较小，影响也有限，不过在出口零关税的利好促进下走势是逐年增长的，疫情以来国际化肥价格持续拉涨，且货源紧张均侧面促进了三元复合肥及氮磷二元肥的出口势头，2021前三季度出口增量明显，不过10月中旬最终法检政策落地后，国内出口量相应减少，使得最终出口量低于2020年，同比减少10.13%。
2017-2021年中国复合肥出口量趋势变化图
3）施用量
自2018年达到顶峰后，近几年我国农用复合肥施用折纯量逐年降低，2020年复合肥施用折纯量2221.02万吨，初步统计2021年施用折纯量进一步降低至2212.58万吨。
2015-2021年中国农用复合肥施用折纯量
4）价格
后疫情时代，全球经济复苏，流动性增强，国际化肥缺口较大，各品种肥价大涨的带动下，国内氮肥、磷肥、钾肥价格持续上探，均突破近十年新高，复合肥受制于原料成本的增加，价格涨幅也较为明显，2021年年均价在2783元/吨。
2015-2021年中国三元复合肥氮磷钾含量45%价格
（2）工业用氨
中国合成氨产业链下游工业用氨领域中，主要用氨产品为硝酸铵。
目前，我国硝酸铵行业的行业集中度较高，主要生产企业分布在西南、西北、华北及华东等地区，局部地区运输受限制时常会出现供不应求及成本过高状况。
随着我国工业化发展速度的加快及人民生活水平的提高，对能源的需求将进一步加大，未来几年我国将继续推进西部大开发及振兴东北老工业基地战略，将继续加大基础设施建设及能源开发投资，为硝酸铵提供了稳定的市场需求。
四、合成氨竞争格局分析
中国合成氨生产企业数量较多，大型、中型、小型企业并存。现阶段，中国合成氨行业产能过剩严重，下游需求不足，行业景气度低迷。在此背景下，中国合成氨行业市场竞争格局呈两极分化局面，湖北宜化、河南晋开、云南云天化等头部企业区域地位稳固，占据主要市场份额；部分中小型合成氨企业受成本上涨及资金周转压力等影响，盈利能力持续偏弱。
合成氨行业龙头企业介绍
由于十三五以来工业和信息化部要求重点行业淘汰落后以及过剩产能，其中合成氨行业不得少于1000万吨，近5年以来我国合成氨场内逐年减少，加上退城进园等部分政策的影响，我国合成氨行业去产能效果显著，从2014年到2020年中国合成氨产能减少了超过1000万吨，已经基本完成十三五目标。因此2021年中国淘汰的落后产能数量开始减少，中国合成氨产能开始增长，
2021年我国合成氨企业新建产能
五、发展趋势
传统制氨时，国际上主要以天然气为合成氨的主要生产原料。但中国的天然气价格高昂且产量匮乏，对外依赖度较高，中国的合成氨工业主要以煤炭为主要生产原料，大概77%的合成氨来自于煤炭。而从碳排放的角度来讲，每吨煤制合成氨释放的碳排放也要高出每吨天然气合成氨释放的碳排放。合成氨主要是用氢气和氮气作为合成原料，变换反应仍然是碳排放的主要源头。在工艺流程中，煤气化反应会形成一氧化碳和氢气为主的粗合成气。
目前，合成氨行业做原料的氢气几乎都是化石原料生产的灰氢，一部分来自于煤气化过程，另一部分来自于变换反应。对于合成氨工业来讲，使用低碳绿氢替代高碳灰氢，将是降低合成氨行业碳排放的有效途径之一。这样来讲，合成氨反应并不涉及碳元素，所以合成氨行业可以在绿色化过程中舍弃煤炭，直接使用可再生能源水电解制造的绿色氢气和空气中空分得到的氮气合成氨。如果中国目前所有的合成氨都采用绿氢生产，每年碳排放量可以减少一亿吨以上。同时，如果使用绿氢生产，还可避免对天然气、煤炭等化石能源的消耗，有利于建设环境友好型社会，每年的煤炭消耗减少量可接近五千万吨。
我国有非常成熟的氨运输和分配体系，氨更安全、更易储运，且同体积的液氨比液氢多至少60%的氢，经济性优势凸显，因此以氨储氢、供氢、代氢是氢能的发展趋势之一。氢氨融合是国际清洁能源的前瞻性、颠覆性、战略性的技术发展方向，是解决氢能发展重大瓶颈的有效途径，同时也是实现高温零碳燃料的重要技术路线。
但需要注意的是，尽管国外已逐步开展氨氢融合应用项目，但国内的研究与应用仍较少。若要氨燃烧落实到具体应用层面，氨燃料仍存在技术挑战。首先，氨燃烧速度和热值较低，且远低于氢，不利于高效率的工业应用，其次，氨不太容易点燃和实现稳定燃烧。此外，实现大规模的氨氢转换与储运，需要在大容量储运设备、催化剂等方面进行进一步技术攻关。但是，绿氨只有在完善的碳交易体系加持下，且拥有丰富可再生能源电力及成熟的水电解制氢技术的情况下，才能得到大力地发展，才能具备和传统制氨相竞争的潜力。