何 琳

(四川美青化工有限公司 四川射洪 629200)

尿素是氮含量最高的氮肥，年使用量巨大。但尿素的過量施用，往往導致土壤出現(xiàn)板結、硬化等現(xiàn)象。因此，在保證作物產量及品質的前提下，減少尿素用量、提高尿素利用率是尿素生產企業(yè)謀求發(fā)展的方向之一。

研究發(fā)現(xiàn)[1]:黃腐酸鉀能科學組合新的營養(yǎng)鏈，全面平衡植物需求；含有未知的高生物活性的促生因子，對植物的生長發(fā)育具有全面的調節(jié)作用；絡合能力強，能促進植物對微量元素的吸收與運轉；抗絮凝、具緩沖、溶解性能好，與金屬離子相互作用能力強；具有抗寒、抗旱的顯著功能。

元素硼是植物所必需的微量元素，其能加快植株生長，促進花粉萌發(fā)，刺激花粉管伸長，有利于種子形成，減少落花落果。植物缺硼則會導致發(fā)育不良、產量下降，甚至顆粒無收[2]。根據(jù)全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)，微量元素中硼缺乏最嚴重，四川省土壤缺硼面積達90%以上。四川川中丘陵和西南山區(qū)大部分土壤的有效硼、鉬含量在中等水平以下，有效硼缺乏的比例高于70%[3]。

四川美青化工有限公司(以下簡稱四川美青化工公司)通過多方調研，并結合現(xiàn)有300 kt/a二氧化碳汽提法尿素生產裝置年實際產能為330 kt的實際情況，研發(fā)了一種易于被作物吸收的緩控釋黃腐酸鉀硼尿素，拓寬了企業(yè)發(fā)展路線，可助力國家實現(xiàn)減肥增效的目標。

1 生產工藝設計

1.1 黃腐酸鉀硼增效劑濃度的選擇

黃腐酸鉀硼增效劑濃度過高會導致黏度增大、流動性變差，造成計量泵無法工作；濃度過低，則會帶入大量水分，導致蒸汽消耗量增加。通過配制不同濃度的增效劑，以及現(xiàn)場試驗測試計量泵打量變化及流量穩(wěn)定性(見表1)，最終選擇采用40%(質量分數(shù)，下同)黃腐酸鉀溶液與45%絡合硼溶液按照體積比5∶3混合，制備黃腐酸鉀硼增效劑。

表1 計量泵試驗數(shù)據(jù)

1.2 增效劑加入點的選擇

四川美青化工公司尿素裝置由二氧化碳壓縮工段、液氨壓縮工段、高壓合成工段、低壓分解回收工段、蒸發(fā)造粒工段、解析水解工段組成。尿素生產裝置是一個流程化、系統(tǒng)化的生產系統(tǒng)，增效劑加入點的選擇必須嚴謹。若在蒸發(fā)前加入增效劑，黃腐酸鉀顏色為棕黃色，將會污染前系統(tǒng)，即生產黃腐酸鉀硼尿素后再改產普通尿素，會造成成品尿素顆粒顏色發(fā)黃，不符合國家標準要求；若在蒸發(fā)后加入增效劑，增效劑帶入的水將導致成品尿素水含量過高，品質受到影響(四川美青化工公司成品尿素水分控制在0.32%～0.45%，每噸尿素中加入4 kg增效劑，帶入水分2.325 kg，成品尿素將無法達到優(yōu)等品的指標要求)。綜合考慮，四川美青化工公司決定在一段蒸發(fā)后、二段蒸發(fā)前加入增效劑，利用二段蒸發(fā)將成品尿素水分控制在0.5%以內。

1.3 增效劑加入溫度的選擇

一段蒸發(fā)后的尿液溫度為130 ℃，在初次設計時未考慮增效劑加入溫度，直接在常溫下將其加入一段蒸發(fā)后，結果計量泵流量突然降為零。其原因是增效劑溫度較低，與尿液接觸瞬間在連接處產生尿素結晶，致使管道堵塞。后逐步提高增效劑溫度至60 ℃時，未出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象；繼續(xù)提高增效劑溫度至70 ℃以上時，計量泵打量出現(xiàn)緩慢下降，無法滿足生產要求。所以選擇增效劑加入溫度為60 ℃。

1.4 增效劑加入量的選擇

硼加入過量會導致黃腐酸鉀硼尿素成本增加，農民施肥成本同樣會增加。同時增效劑加入量過多可能產生產品總氮含量偏低、水分含量超標的現(xiàn)象，導致產品質量不合格。依據(jù)四川省地方標準《硼肥合理使用準則》(DB51/T 1021—2010)，確定噸尿素中添加黃腐酸鉀硼增效劑4 kg。

2 第一次工藝設計

2.1 工藝流程

第一次設計的工藝流程見圖1。

圖1 第一次設計的工藝流程

將黃腐酸鉀硼增效劑加入1#制備槽，在1#制備槽夾套中加入蒸汽冷凝液，將增效劑加熱至60 ℃，充分攪拌；利用位差將增效劑送入2#制備槽，同樣利用夾套中的蒸汽冷凝液保持增效劑溫度，1#制備槽繼續(xù)配液；2#制備槽中的增效劑經(jīng)管道過濾器進入計量泵，加壓后送至尿素裝置一段蒸發(fā)后。

2.2 存在的問題

(1)管道過濾器堵塞嚴重、清洗難度大，產品質量波動大。在實驗室取配制合格的增效劑4份，采用水浴加熱的方式分別在40、60、70、90 ℃放置6 h，結果發(fā)現(xiàn)：加熱至40 ℃的增效劑無明顯變化；加熱至60 ℃的增效劑出現(xiàn)少量沉淀；分別加熱至70、90 ℃的增效劑出現(xiàn)的沉淀明顯增多。經(jīng)分析測定，沉淀產物為硼。將黃腐酸鉀和絡合硼采用以上方法不混合分開試驗，未出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。考慮到加熱至70 ℃后黃腐酸鉀溶液黏度會增大，決定將黃腐酸鉀和絡合硼分別加熱至60 ℃，再于加入點混合后進入尿素裝置。

(2)計量泵未與尿液流量聯(lián)鎖，在生產負荷出現(xiàn)波動時，產品質量難以控制。

3 第二次工藝設計

針對第一次工藝設計中出現(xiàn)的問題，將黃腐酸鉀和絡合硼分別在1#、3#制備槽內加熱至60 ℃，攪拌均勻后利用位差分別流入2#、4#制備槽，然后分別通過管道過濾器進入1#、2#計量泵；1#、2#計量泵打量與尿液總管的流量聯(lián)鎖，可自行依據(jù)尿液流量設置系數(shù)，黃腐酸鉀和絡合硼混合后進入尿素裝置的蒸發(fā)系統(tǒng)。第二次設計的工藝流程見圖2。

圖2 第二次設計的工藝流程

第二次工藝設計的優(yōu)點：

(1)不存在結晶堵管風險，能保障連續(xù)生產；

(2)采用單獨制備，絡合硼質量分數(shù)最高可達2 000 mg/kg；

(3)適用于多種微量元素添加，可將硼換成其他微量元素，滿足生產多種增效尿素的要求；

(4)計量泵與尿素溶液流量聯(lián)鎖，采用自動調整，成分控制更精準；

(5)增效劑采用夾套加熱，其與尿液接觸后不會使尿液溫度瞬間降低產生結晶，避免發(fā)生堵塞；

(6)噸尿素加入40%黃腐酸鉀2.5 kg和45%絡合硼1.5 kg，生產的黃腐酸鉀硼尿素滿足企業(yè)標準Q/91510922744686973G.3—2018《黃腐酸鉀硼尿素》的要求，主要指標見表2。

表2 企業(yè)標準《黃腐酸鉀硼尿素》主要指標

4 黃腐酸鉀硼尿素的施用效果

為考察黃腐酸鉀硼尿素的施用效果，四川美青化工公司選取水稻F優(yōu)498為對象開展了田間試驗，試驗地點在四川省射洪縣復興鎮(zhèn)。

4.1 試驗設計

試驗共設8個處理，每個處理面積為4畝(1畝=667 m2)。常規(guī)施肥是按照農民的施肥習慣自行施肥；優(yōu)化施肥按基肥、蘗肥、穗肥3次施用氮肥；各處理過磷酸鈣及氯化鉀施用量相同。不同施肥處理氮素投入量見表3。

表3 不同施肥處理氮素投入量

4.2 試驗結果

不同施肥處理的群體穎花量及干谷產量見表4。

由表4可知：黃腐酸鉀硼尿素優(yōu)化施肥和常規(guī)施肥比普通尿素常規(guī)施肥分別增產24.8%和11.9%；與普通尿素常規(guī)施肥相比，黃腐酸鉀硼尿素減氮優(yōu)化施肥的產量仍提升15.8%。

表4 不同施肥處理的群體穎花量及干谷產量

5 結語

黃腐酸鉀硼尿素是一種新型增效緩釋尿素，除含有作物所需的大量元素氮素外，還含有促進氮素吸收的黃腐酸，同時能補充土壤中所缺少的元素硼。黃腐酸鉀硼尿素生產工藝路線短、投資少、操作簡單，可滿足大規(guī)模連續(xù)生產的要求，噸生產成本比普通尿素增加約100元，經(jīng)濟效益明顯。在水稻種植試驗上，黃腐酸鉀硼尿素增產作用明顯，達到了減肥增效的目的。生產黃腐酸鉀硼尿素為四川美青化工公司提供了一條新的發(fā)展路線，極大提高了公司的市場競爭力。