湯德昌，吳孜菘，宮勛

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，安徽合肥 231602）

氮肥是目前國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用量最大的肥料，其中尿素的使用量占氮肥總量的60%以上。在當(dāng)前各國積極實施低碳經(jīng)濟(jì)模式與發(fā)展可持續(xù)高效農(nóng)業(yè)的大背景下，提高氮肥肥效和利用率以及減少過量施肥帶來的環(huán)境污染問題已成為亟待解決的重大課題。紅四方公司未雨綢繆，早已意識到提高化肥利用率的重要性，將主要研發(fā)精力放在了肥料增效研究、推動傳統(tǒng)化肥全面增值改性上。依托中鹽鹽化工技術(shù)中心和合肥市新型肥料工程技術(shù)研究中心，利用國內(nèi)領(lǐng)先的30萬噸/年意大利斯拉姆氨汽提尿素裝置，通過裝置調(diào)整，開發(fā)添加生物活性物質(zhì)類增值尿素系列產(chǎn)品，實現(xiàn)單質(zhì)尿素的產(chǎn)品升級，提高了尿素產(chǎn)品的附加值。

1 技術(shù)原理、技術(shù)路線及主要技術(shù)特征

1.1 技術(shù)原理

腐殖酸尿素的增效機(jī)理見圖1。

圖1 腐殖酸尿素的增效機(jī)理

（1）對作物根系活力和葉綠素含量的影響

圖2 對成熟期小麥根系活力的影響

圖3 腐殖酸尿素不同培養(yǎng)時間土壤脲酶活性變化比較

（2）對土壤脲酶活性和氨揮發(fā)累積量的影響

圖4 對小麥穗位葉葉綠素含量的影響

圖5 35天氨揮發(fā)抑制率

（3）腐殖酸尿素的轉(zhuǎn)化和運(yùn)移特征

（4）腐殖酸尿素的化學(xué)鍵變化

圖6 腐殖酸尿素25℃培養(yǎng)硝態(tài)氮銨態(tài)氮含量

圖7 腐殖酸增值土柱培養(yǎng)不同深度土壤硝態(tài)氮

圖8 普通尿素的紅外吸收譜（IR spectra of urea）

圖9 鋅腐酸尿素的紅外吸收譜（IR spectra of urea HA3）

增值尿素的增效機(jī)理可概括為以下3個方面：①促進(jìn)作物根系生長，提高根系活力，增強(qiáng)作物養(yǎng)分吸收；②調(diào)節(jié)土壤微生物和酶活性，改變尿素在土壤中的釋放、轉(zhuǎn)化和移動過程，減少氨揮發(fā)損失和硝態(tài)氮淋失；③改變尿素的結(jié)構(gòu)，延緩尿素的釋放和轉(zhuǎn)化速度。

1.2 技術(shù)路線

（1）本文研究了植物源經(jīng)微生物發(fā)酵、螯合等技術(shù)制備的生物活性物質(zhì)對尿素產(chǎn)品進(jìn)行改性,使其肥料增效的作用機(jī)理。優(yōu)選增效劑并研究其理化性質(zhì),研制出兩個以上品種的增值尿素，最終確定使用鋅腐酸增效劑、發(fā)酵海藻液增效劑、禾谷素增效劑。

（2）增效劑的儲運(yùn)：增效劑在高溫和強(qiáng)光下容易變質(zhì)，我們確定在20℃以上采取避光儲運(yùn)。

（3）增效肥料增值尿素的制備技術(shù)方案：

①通過現(xiàn)有裝置調(diào)整，建立工業(yè)化生產(chǎn)裝置，建成一套30萬噸/年增值尿素生產(chǎn)裝置；②采用質(zhì)量流量計、變頻裝置、柱塞計量泵構(gòu)成增效劑精確添加控制系統(tǒng)；③將增效劑按比例添加至尿素裝置一段蒸發(fā)和二段蒸發(fā)之間，使紊流狀態(tài)下的熔融態(tài)尿素與增效劑充分混合，無需添加外部動力，不改變尿素造粒工況；④生成的增值尿素符合技術(shù)指標(biāo)要求，產(chǎn)品穩(wěn)定性高，生產(chǎn)過程無“三廢”排放。

（4）采取的工藝路線（圖10）

將增效劑加入儲罐，攪拌均勻后，增效液按一定比例（添加量：海藻酸為每噸尿素12 kg～15 kg；禾谷素為每噸尿素12 kg～15 kg；鋅腐尿素增效劑，添加量為每噸尿素15 kg～18 kg）添加。通過計量泵打入尿素一段、二段蒸發(fā)段間，在二段真空系統(tǒng)與熔融尿素充分混合。通過熔融尿素泵打到尿素造粒塔頂，通過噴頭均勻噴射后，自然冷卻成型下降至皮帶，成品通過皮帶輸送至包裝、庫房。

圖10 工藝路線

（5）制訂企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):目前增值尿素尚無國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我們自行制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并獲得通過。增效氮肥標(biāo)準(zhǔn)：Q/HSF 022-2014。

（6）開展田間肥效試驗，完成一季農(nóng)作物的田間試驗。

1.3 主要技術(shù)特征

（1）含氮量不低于46%，符合尿素含氮量國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2440-2001。

（2）增效明顯，添加的增效劑具有常規(guī)的可檢測性。

（3）增效劑為植物源天然物質(zhì)及其提取物，對環(huán)境、作物和人體無害。

（4）增效劑微量高效，添加量在0.3‰～3‰之間。

（5）工藝簡單，成本低。

發(fā)酵海藻液增效劑：以海藻為主要原料，利用微生物發(fā)酵方法制備的小分子生物活性物質(zhì)，添加到尿素中生產(chǎn)出海藻酸尿素，具有提高尿素利用率、促進(jìn)作物根系生長、增強(qiáng)作物吸收養(yǎng)分能力等優(yōu)點，可抑制土壤脲酶活性，降低尿素的氨揮發(fā)損失，延緩尿素在土壤中的釋放和轉(zhuǎn)化過程。

禾谷素增效劑：是以天然谷氨酸為主要原料，首先經(jīng)過聚合反應(yīng)，再利用螯合技術(shù)生產(chǎn)的尿素增效劑。添加到尿素中生產(chǎn)出的禾谷素增值尿素產(chǎn)品可促進(jìn)作物生長，改善氮素在作物體內(nèi)的儲存形態(tài)，降低氨對作物的危害，提高養(yǎng)分利用率，并可補(bǔ)充土壤的微量元素。

鋅腐酸增效劑：是以風(fēng)化煤、褐煤為主要原料，通過利用微生物發(fā)酵技術(shù)，提取高分子活性腐殖酸，并利用螯合技術(shù)制備的尿素增效劑。添加到尿素中生產(chǎn)出的鋅腐酸增值尿素可促進(jìn)作物生長，增強(qiáng)光合作用，對土壤脲酶活性有很好的抑制效果，減緩尿素在土壤中的分解和釋放速度。此外，鋅腐酸尿素還能起到改良土壤、培肥地力、補(bǔ)充和活化土壤微量元素等作用。

2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.1 直接效益

相比普通尿素，主要增加消耗費(fèi)用為：

（1）增效劑添加量15 kg（1.5%）；增效劑價格6 000元/噸；增效劑成本消耗90元/噸尿素。

（2）每噸尿素增加0.012噸的水的蒸發(fā)和電力等消耗，2元/噸尿素。

（3）維修費(fèi)用：由于該系統(tǒng)工藝簡單，設(shè)備均采用不銹鋼材質(zhì)，工藝介質(zhì)的腐蝕性較小，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)基本無故障，故該項費(fèi)用不計取。

（4）人工費(fèi)用：因該系統(tǒng)不增加專職操作人員，故該項費(fèi)用不計取。

（5）按噸增值尿素效益：

增效劑添加量 15 kg（1.5%）

增效劑價格 6 000元/噸

增效劑濃度 20%

尿素出廠價 1 400元

增效尿素出廠價格 2 200元

銷售增值尿素的收入增加額 800元增效劑引起的產(chǎn)量增加額 33元

成本增加額：

每噸尿素增加0.012噸的水的蒸發(fā)和電力等的消耗2元

增效劑成本消耗 90元

噸增值尿素增加效益 700+33-92=741元

銷售腐殖酸尿素的收入增加額 產(chǎn)量1.5萬噸，直接效益1 111.5萬元

2.2 間接效益

改善土壤理化性質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性能，對無機(jī)養(yǎng)分起一定的增效作用，對植物生長有刺激作用，改善作物品質(zhì)等，可使作物平均增產(chǎn)9.6%，氮肥利用率平均提高7.9個百分點。

按以往農(nóng)業(yè)試驗數(shù)據(jù)顯示，與等氮量的普通尿素相比，有腐殖酸配合的尿素或腐殖酸尿素產(chǎn)品氮的利用率一般提高10個百分點以上。以此計算，假如在尿素行業(yè)推廣生產(chǎn)腐殖酸尿素，按實物量全國尿素累計產(chǎn)量約5 782萬噸計算效益如下：

2.2.1 社會效益

（1）每年就可節(jié)省570萬噸尿素，相當(dāng)于10個52萬噸/年的大型合成氨、尿素廠的產(chǎn)量，節(jié)約建設(shè)投資300億元，節(jié)約建設(shè)用地10 000畝；按照尿素價格1 500元/噸計算，每年為農(nóng)民節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本支出150億元。

（2）使用腐殖酸尿素緩釋肥料一般能使作物增產(chǎn)10%，按照我國小麥產(chǎn)量超過1.1億噸計算，單小麥一項即可每年增產(chǎn)1 100萬噸，按每人年消耗360 kg小麥計算，可多解決3 055萬人的吃飯問題；小麥按1.8元/kg收購，農(nóng)民能夠增收198億元。

2.2.2 環(huán)境效益

（1）節(jié)能方面：每年可節(jié)電10億度，節(jié)標(biāo)煤900萬噸（其中燃煤450萬噸），綜合節(jié)能2 600億MJ。

（2）減排方面：每年少排放1 100萬噸二氧化碳，節(jié)水6 000萬噸。

3 技術(shù)貢獻(xiàn)

3.1 技術(shù)創(chuàng)新點

（1）本項目利用現(xiàn)有30萬噸/年尿素裝置，通過在現(xiàn)有裝置中增加配套設(shè)備、材料等，調(diào)整操作技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)增值尿素，建設(shè)成本低。

（2）本裝置中的柱塞計量泵具有0～100的可調(diào)節(jié)沖程，同時泵電機(jī)也采用0～100%變頻調(diào)節(jié)，這樣能夠使得增效液罐液位無論高或低時，通過這兩種調(diào)節(jié)組合都可以控制住穩(wěn)定的流量。

（3）泵出口采用大回路循環(huán)設(shè)計，使得該裝置在切入、切出蒸發(fā)系統(tǒng)時非常方便。本裝置采用流量—變頻調(diào)速雙控制調(diào)節(jié)模式，使主控操作簡單、靈便，確保蒸發(fā)系統(tǒng)溫度、真空度、液位等工藝指標(biāo)穩(wěn)定。

（4）本裝置設(shè)計為雙泵雙罐形式，泵、罐都可以相互切換，以充分保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行，同時保證增效劑灌裝配比時濃度、溫度均勻，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的意義

以提高氮素利用率為目的的新型尿素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展完全符合國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)建設(shè)及化肥發(fā)展方向與目標(biāo)。增值尿素的技術(shù)突破，是尿素行業(yè)積極執(zhí)行國家“三農(nóng)”政策，落實科學(xué)發(fā)展觀，促進(jìn)企業(yè)—社會—環(huán)境和諧發(fā)展的一大成果。增效尿素中的活性組分，將發(fā)揮化肥的增產(chǎn)增收、改良土壤、減少污染、改善作物品質(zhì)、提高養(yǎng)分利用率、增加土壤有機(jī)質(zhì)等有機(jī)綠色效應(yīng)，并有效控制尿素分解流失，減少氮氧化物排放，綜合改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和食品安全，為保護(hù)生物和人類生存環(huán)境和健康做出貢獻(xiàn)。研究表明，增效劑與尿素反應(yīng)的產(chǎn)物不是簡單的混合物，而是穩(wěn)定的復(fù)合物，對農(nóng)作物有顯著的肥效作用。由于增效尿素具有“緩釋、長效、安全和廉價”的特色，為大規(guī)模推廣應(yīng)用和市場開拓提供了可靠保障，不僅為國家?guī)砭薮蟮纳鐣б?、?jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，而且也將促進(jìn)地方和企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，造福億萬百姓，開創(chuàng)我國普及增效氮肥的新局面。

4 存在的主要問題、改進(jìn)意見及進(jìn)一步深入研究的設(shè)想

經(jīng)過一年的推廣應(yīng)用及效果驗證，添加生物活性物質(zhì)類肥料增效劑的增值尿素可有效提高肥效10%～20%。證明了以減肥增效、提升傳統(tǒng)肥料產(chǎn)品附加值、提高肥料利用率、節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境為宗旨的化肥增值技術(shù)，無疑是對傳統(tǒng)尿素進(jìn)行增值、改性的不二選擇。我們努力做好產(chǎn)品的應(yīng)用推廣，爭取增值尿素銷售達(dá)到30萬噸/年的規(guī)模。

下一步我們將通過技術(shù)引進(jìn)和吸收創(chuàng)新，開發(fā)新的增值肥料產(chǎn)品，確保推廣一代，儲備一代，研發(fā)一代?！?/p>