肥料加工與制造

肥料加工與制造6/16/20231第一章化肥工業(yè)的歷史回顧

6/16/20232第一節(jié)世界化肥生產(chǎn)的發(fā)展歷程

雖然人類施用肥料的歷史可以一直追溯到遠(yuǎn)古時代，然而化肥登上舞臺卻是19世紀(jì)以后的事。當(dāng)時，為推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，圍繞作物營養(yǎng)的本質(zhì)進(jìn)行了廣泛的試驗。在這些研究中，以李比希的工作最為重要：1840年他確定了幾種為作物生長發(fā)育所必不可少的礦物，還建議用硫酸處理獸骨。他第一次提出了必須對天然物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)加工，才能顯示出它們的肥效。6/16/202331842年Murray和Lawes幾乎同時獲得了生產(chǎn)普通過磷酸鈣的專利。Murray的專利強(qiáng)調(diào)了可以用磷礦代替獸骨作為原料。第一個生產(chǎn)普通過磷酸鈣的工廠則由EdwardPackard在1854年建于英國，不久即推廣到許多國家。不過，在豐富的磷礦資源被發(fā)現(xiàn)之前，生產(chǎn)的主要原料仍然是獸骨。大約在1867～1868年美國Baltimore廠才開始改用磷礦。普通過磷酸鈣壟斷磷肥工業(yè)的局面一直持續(xù)到了20世紀(jì)上半葉。6/16/20234濕法磷酸在1850～1852年開始投入生產(chǎn)，主要用于制磷酸，原料也是獸骨。1868年，CharlesD.Abel獲得高爐制磷專利；第一個工業(yè)電爐在1890年建于英國Wednesfield，緊接著法國（1891）、德國（1892）、加拿大（1893）和美國（1897）等國也陸續(xù)建廠投產(chǎn)，從此開始了磷肥生產(chǎn)中濕法和熱法兩大加工路線的對峙。6/16/20235鋼渣磷肥的使用從另一個側(cè)面支持了熱法路線的發(fā)展，成為熱法磷肥的先驅(qū)。1877年Thomas和Gilchrist為了從含磷鐵礦制取優(yōu)質(zhì)鋼，提出了從生鐵中除磷的方法。其副產(chǎn)爐渣含有較多枸溶磷。1882年Wagner發(fā)現(xiàn)可作為磷肥使用后，便得到了推廣應(yīng)用。這種爐渣后來稱之為鋼渣磷肥，并成為西歐的傳統(tǒng)磷肥品種，長期以來其重要性一直僅次于普通過磷酸鈣。6/16/20236氮肥工業(yè)的起步大約要比磷肥晚半個世紀(jì)，那時的氮肥市場上只有智利硝石和副產(chǎn)硫酸銨供應(yīng)，各種固定氮方法尚在探索之中。

智利硝石的肥效是1809年ToddesHaenke發(fā)的，這種硝石經(jīng)過簡單加工后可以獲到相當(dāng)純凈的硝酸鈉和硝酸鉀，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)成為世界各國的主要氮源。

從煤干餾所得氣體中回收氨的做法由來已久，1885年以后，隨著煤焦工業(yè)的迅速發(fā)展，回收方法的不斷完善，才使得副產(chǎn)硫銨不僅在數(shù)量上而且在經(jīng)濟(jì)上也達(dá)到足以和智利硝石相競爭的地步。6/16/20237探索的固定氮途徑主要有三條：電弧法、氰氨法和合成氨法。

電弧法的研究集中在20世紀(jì)初，這類通過放電使空氣中氮以氧化氮形態(tài)固定，最終以硝酸形態(tài)回收的方法，由于經(jīng)濟(jì)原因而未能存留下來。

另一方面，1895年AdolfFrank和NikodemCaro首倡的氰氨法問世。這種原來是使碳化鈣氮化制取氰化物過程中的中間產(chǎn)物氰氨化鈣，后經(jīng)Wagner等人證實其肥效，于1907年在意大利水電豐富的Pianod‘Orta建廠，產(chǎn)品稱之為石灰氮。石灰氮除作為肥料外，還兼有調(diào)理土壤和殺蟲等作用，頗受農(nóng)戶歡迎。6/16/20238關(guān)于氨的合成，早期已有許多實驗室研究，特別由于催化劑和化學(xué)平衡方面數(shù)據(jù)的積累，使得當(dāng)時哈伯已經(jīng)能夠在實驗室中建設(shè)一套80g/h氨合成示范裝置。哈伯1908年獲得的專利則進(jìn)一步使之在工業(yè)上成為可能，它所敘述的使未反應(yīng)氮氫氣返回重新合成的原理至今仍為合成氨生產(chǎn)所遵循。1913年BASF在德國Oppau建成并投入運轉(zhuǎn)了世界上第一套合成氨示范裝置。這套裝置規(guī)模是產(chǎn)氨30t/d，采用了一氧化碳變換，高壓水洗脫除二氧化碳和銅氨液洗滌精制，并用以鐵為主體的氨合成催化劑。這已完全具備了現(xiàn)代氨廠的主要特征，從而使氮肥工業(yè)進(jìn)入了新紀(jì)元。6/16/20239鉀肥工業(yè)以德國StaBfurt鉀石鹽礦的開采為起點。該礦1839年正式開采，1860年左右發(fā)現(xiàn)其肥料價值后即廣為使用。從該礦采得的光鹵石、鉀石鹽和鉀鹽鎂釩很容易加工制得氯化鉀和硫酸鉀，直到現(xiàn)在后兩者依然是鉀肥中最重要的兩個品種。6/16/202310如果說19世紀(jì)末和20世紀(jì)初是化肥工業(yè)的創(chuàng)建的期，那么20世紀(jì)上半葉可以看作是它的潛在發(fā)展時期。首先是在磷肥生產(chǎn)中各種間歇法逐步為連續(xù)操作所取代。其次是1917～1918年Ross和Carothers用Cottrell電除霧器回收磷酸酸霧成功，為熱法磷酸生產(chǎn)最終掃清了障礙。然而，由于來自濕法磷酸的競爭，熱法磷酸的發(fā)展很快受到了限制。6/16/202311與此同時，新的磷肥品種不斷涌現(xiàn)。首先是高濃度復(fù)合肥料開始問世。值得一提的是硝酸磷肥比磷銨更早得到重視。磷銨主要還是用磷酸吸收焦?fàn)t氣中氨得到的。

另一方面，熱法磷肥進(jìn)展迅速。這個時期以TVA為中心先后研究并投產(chǎn)的有脫氟磷肥、鈣鎂磷肥、偏磷酸鈣和偏磷酸鉀等。這些肥料一般采用熱法加工，使磷礦在電爐或高爐中加熱脫氟或和其他添加劑反應(yīng)而釋出有效磷。其共同特點是產(chǎn)物呈枸溶性，因而在習(xí)慣生產(chǎn)和使用過磷酸鈣的美國發(fā)展極其有限，然而在西歐和日本等地得到了廣泛采用。6/16/202312氮肥方面，Haber－Bosch法幾經(jīng)改進(jìn)，仍然是氨合成的主要方法。除此以外，各國又提出許多方法。它們的區(qū)別起初主要是采用的壓力不同，后來又在合成塔結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了許多改進(jìn)。合成氣原料還是以煤、焦為主。此外，以電解氫、焦?fàn)t氣、煉廠氣和天然氣作為生產(chǎn)原料使用，大大豐富了合成氨的原料來源。尤其是天然氣，1931年美國BatonRouge第一個天然氣制氨裝置的投產(chǎn)，使得通過蒸汽轉(zhuǎn)化天然氣制氨在天然氣儲量豐富的北美迅速取代了煤、焦，成為那里的主要制氨原料。6/16/202313合成氨的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)將氮肥工業(yè)正式置于“人工”合成的基礎(chǔ)上。首先是20世紀(jì)20年代初氨氧化法制硝酸實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，于是通過化學(xué)反應(yīng)制取硝酸銨等硝酸鹽成為可能。在生產(chǎn)純堿過程中副產(chǎn)氯化銨的方法也達(dá)到了實用階段。其中最有意義的是尿素的開發(fā)。1922年法本公司首先從二氧化碳和氨直接合成尿素，1932年和1935年美國和英國也開始生產(chǎn)尿素。由于生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，最初進(jìn)展甚慢，主要研究工作集中在相平衡方面。1950年世界尿素總產(chǎn)量只有20萬噸，只占當(dāng)時世界氮肥總產(chǎn)量的2%多。以合成氨為起始的氮肥的發(fā)展使得天然硝石及其他固定氮來源在氮肥工業(yè)中的地位日益下降。6/16/202314鉀肥生產(chǎn)對原料的依賴特別嚴(yán)重。由于其主要原料可溶性鉀鹽礦在世界各地貯藏很不均勻，自從1939年StuBfurt發(fā)現(xiàn)鉀石鹽礦后，1862年在波蘭喀爾巴阡山，1904年在法國Alsace，1911年在美國PermianBasin，1914年在西班牙Barcelona，1925年在蘇聯(lián)烏拉爾山，1926年在意大利Sicily，1938年在英國Yorkshire和1948年在加拿大Saskatchewan等地相繼發(fā)現(xiàn)的鉀鹽礦床，使得這些國家?guī)缀跫辛耸澜缟先库浄使I(yè)。6/16/202315死海和鹽湖以及草木灰、水泥窯灰等雖也可提供部分鉀源，畢竟數(shù)量有限。

誠然，世界上含鉀資源種類不少，但若要從明礬石、鉀長石、海綠石和白榴石等礦石中取鉀并非易事。試驗的方法很多，但要得到純凈的鉀鹽，其共同特點是工藝路線長、收率低、經(jīng)濟(jì)性差，因而僅有極個別的地區(qū)建廠。沒有鉀鹽礦資源的國家寧愿進(jìn)口成品鉀肥。6/16/2023161950年代以來是化肥工業(yè)的全盛時期，其生產(chǎn)發(fā)展迅猛，技術(shù)更新快速，新品種上市繁多。氮肥原料從固體燃料轉(zhuǎn)向氣態(tài)烴和液態(tài)烴，化肥品種從低濃度單一肥料過渡到高濃度復(fù)合肥料，隨之而來的單系統(tǒng)、大型化，更使整個化肥生產(chǎn)達(dá)到了現(xiàn)代最先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)水平。而且，化肥生產(chǎn)已不再為少數(shù)幾個國家所獨占，整個世界到處都在生產(chǎn)化肥。6/16/202317化肥工業(yè)已經(jīng)成為規(guī)模宏大的行業(yè)，它的產(chǎn)品每年數(shù)以億噸計。統(tǒng)計數(shù)字表明，從1930/31年度到1959/60年度化肥產(chǎn)量翻了兩番還多，以后，每隔10年又大致翻了一番。磷肥保持了一個多世紀(jì)的領(lǐng)先地位第一次被氮肥取代。氮肥由于需要量激增，原料來源廣泛易得，加上生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，在一般新興國家中總是得到優(yōu)先考慮，因而它的增長速度大大超過了磷肥和鉀肥。50余年間，氮肥產(chǎn)量增加近50倍，而磷肥和鉀肥只有十余倍。6/16/202318化肥品種結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化，普通過磷酸鈣被重過磷酸鈣取代，硫銨讓位于尿素，以磷銨和硝酸磷肥兩大系列為基礎(chǔ)的復(fù)肥生產(chǎn)逐漸形成主流?；势贩N由低濃度單一肥料向高濃度復(fù)合肥料過渡的結(jié)果，使各國生產(chǎn)化肥的平均濃度從早先的不到20%提高到了40%以上。各種新型肥料諸如緩釋肥料、硝化抑制劑、液體肥料、微量營養(yǎng)元素肥料以及更高濃度復(fù)合肥料的紛紛登場，大大豐富了化肥的品種。6/16/202319尿素發(fā)展迅速，增長最快的是前蘇聯(lián)、亞州和北美。生產(chǎn)技術(shù)則不斷更新。不循環(huán)法和半循環(huán)法早已為全循環(huán)法取代。氨基甲酸銨水溶液全循環(huán)法逐漸成為尿素生產(chǎn)流程的主流。水溶液循環(huán)法的一個重要發(fā)展是Stamicarbon和SnamProgetti分別在1965年和1963年提出的氣提法。氣提法由于工藝較簡單、設(shè)備問題較少等優(yōu)點、推廣很快。在1965年以來國外建造的210個新尿素廠中，有109個采用氣提法。6/16/202320在磷肥方面，1950年代初和1960年代末的兩次世界性缺硫是硝酸磷肥的發(fā)展良機(jī)，用硝酸分解磷礦時，硝酸既是分解劑又是營養(yǎng)元素來源，理應(yīng)比硫酸分解法合理。但是，為分離硝酸鈣和追求水溶性所作的努力，其結(jié)果不免使流程冗長，操作復(fù)雜，而所獲產(chǎn)品的水溶率仍然有限。這就限制了硝酸磷肥的發(fā)展，目前它的生產(chǎn)幾乎全部集中在歐洲。6/16/202321用磷酸中和氨制取磷銨發(fā)展迅速，因為它生產(chǎn)過程簡單，產(chǎn)品濃度高，造粒性好，而且所含磷幾乎全部呈水溶性。1960年代初，美國TVA和英國SAI分別開始用濕法磷酸生產(chǎn)磷酸二銨和磷酸一銨。磷酸二銨由于適宜作為散裝摻合肥料的磷源，因而在美國被廣泛采用；而磷酸一銨可以代替普通過磷酸鈣以混合造粒方式生產(chǎn)復(fù)合肥料，因而在其他國家得到了大力推廣。6/16/202322磷銨和高濃度復(fù)肥的大規(guī)模生產(chǎn)有力地推動了濕法磷酸生產(chǎn)。一方面是濕法磷酸生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，1966～1979年間平均每五年增長51%，1984年世界總能力達(dá)到了3358萬噸/年，進(jìn)入1980年代以來，平均每年凈增生產(chǎn)能力130萬噸P2O5以上。

經(jīng)過一個多世紀(jì)的開發(fā)和發(fā)展，化肥工業(yè)如今成了規(guī)?？涨熬薮蟮男袠I(yè)。6/16/202323第二節(jié)我國化肥生產(chǎn)的發(fā)展歷程

我國的化肥生產(chǎn)開始于1930年代。先后在1935年和1936年建成投產(chǎn)的大連化學(xué)廠和南京永利錏廠是解放前僅有的兩個化肥廠，而硫銨是其唯一的產(chǎn)品，歷史上最高年產(chǎn)量（按實物計）總共為22.7萬噸（1941年）。到全國解放的1949年，只有永利錏廠還在生產(chǎn)，產(chǎn)量為2.7萬噸（實物），這也是當(dāng)時全國的化肥產(chǎn)量。6/16/202324解放后經(jīng)過國民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期，1952年化肥產(chǎn)量增加到了19.0萬噸（標(biāo)準(zhǔn)肥）。在第一個五年計劃中，對老廠進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)建，加上從1955年起建造了一些磷肥廠，到1957年，化肥產(chǎn)量達(dá)到了73.5萬噸（標(biāo)準(zhǔn)肥）。6/16/202325我國氮肥工業(yè)的發(fā)展可以分成如下幾個階段：

1957～1960年期間陸續(xù)建成投產(chǎn)了四川化工廠、吉林化工公司化肥廠、蘭州化工公司化肥廠、北京化工實驗廠和太原化工公司化肥廠等五個中型廠。除北京化工實驗廠生產(chǎn)碳酸氫銨外，其余四個廠都生產(chǎn)硝銨。它們的建立為我國氮肥生產(chǎn)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

值得一提的是1958年出現(xiàn)的小型廠。它們利用氨水脫除原料氣中的二氧化碳。以反應(yīng)產(chǎn)物碳酸氫銨作為肥料品種。由于生產(chǎn)簡便、原料單一，單廠投資少，因而發(fā)展較快。這些廠的規(guī)模一般產(chǎn)氨為3000～5000t/a，后來部分廠擴(kuò)大到了10000t以上。

1960年代初，由我國自行設(shè)計、制造和安裝的25000t/a的制氨裝置相繼在上海吳涇，浙江衢州和廣州等地建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國氮肥生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時期。這些廠的產(chǎn)品都是硫銨。6/16/202326隨后所建的氮肥廠主要分為兩種類型：產(chǎn)氨能力相當(dāng)45000tNH3/a的碳銨生產(chǎn)裝置和能力相當(dāng)60000tNH3/a的尿素生產(chǎn)裝置。前者以江西氨廠（1966年）、寶雞氮肥廠

（1968年）和宣化化肥廠（1968年）等為代表，后者有石家莊化肥廠（1965～1966年）、銀川化肥廠（1970年）和魯南化肥廠（1971年）等。其中尿素廠的投產(chǎn)開始了我國高濃度氮肥的生產(chǎn)。這些廠大都以煤為原料。分別在1966年和1970年投產(chǎn)的滬州天然氣化工廠和興平化肥廠，則采用了天然氣和重油為原料制氨。

1976～1978年期間從國外引進(jìn)的13套大型制氨裝置集中建成投產(chǎn)，使我國氮肥面貌大為改觀：氣（液）態(tài)烴成為氮肥生產(chǎn)的主要原料之一，尿素在氮肥品種中的比重迅速上升，生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。而后來引進(jìn)的幾個大型裝置，使我國在用煤和重油生產(chǎn)氮肥的技術(shù)方面也得到很大提高。6/16/202327我國磷肥生產(chǎn)起自1955年，但普通過磷酸鈣真正成為一個磷肥品種大量供應(yīng)是在1958年南京磷肥廠、太原磷肥廠、衡陽化工廠和宜昌市磷肥廠等投產(chǎn)之后。1960年代初繼續(xù)建成投產(chǎn)的湛江化工廠（1963）、銅官山磷肥廠（1963）和株州磷肥廠（1965）等，使普通過磷酸鈣成為我國最主要的磷肥品種。

鈣鎂磷肥是在1950年代初開始研制的。不久，四川高橋磷肥廠、北京化工實驗廠、江西樟樹磷肥廠、浙江蘭溪磷肥廠等應(yīng)用研究成果建廠投產(chǎn)。到1960年代獲得了較大發(fā)展：1963～1966年間陸續(xù)建成東鄉(xiāng)磷肥廠等十余個廠、使鈣鎂磷肥成為我國另一主要磷肥品種。6/16/202328我國磷肥產(chǎn)量中仍以低濃度品種為主，其中普通過磷酸鈣占70%以上，其余幾乎全部是鈣鎂磷肥。

對于各種高濃度磷肥品種，國內(nèi)早在1950年代初就開始進(jìn)行系統(tǒng)研究，其中諸如磷酸、重過磷酸鈣、磷酸銨、硝酸磷肥、沉淀磷酸鈣和偏磷酸鈣等都取得了可供設(shè)計生產(chǎn)廠的數(shù)據(jù)。6/16/202329鉀肥生產(chǎn)是我國化肥工業(yè)中最為薄弱的一環(huán)，原因是尚未找到大型可溶性鉀鹽礦藏。雖然1958年青海察爾汗鉀肥廠就開始從鹽湖光鹵石提取鉀鹽，終究數(shù)量較少。對明礬石的綜合利用曾進(jìn)行了長期試驗研究，后來又在溫州建造了生產(chǎn)裝置，取得了建設(shè)大廠所需數(shù)據(jù)。目前，我國的鉀肥工業(yè)主要集中在青海、新疆等鉀鹽資源相對豐富的地區(qū)，但產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)需求。6/16/202330第三節(jié)世界化肥工業(yè)的主要特征

1、在化肥中氮肥產(chǎn)量占絕對優(yōu)勢，磷、鉀肥的總產(chǎn)量低于氮肥。由于氮肥的主要原料之一是氮氣，每個國家都可以生產(chǎn)；磷肥則相反，世界上現(xiàn)有155個國家和地區(qū)施用磷肥，其中只有71個生產(chǎn)磷肥和34個開采磷礦。依賴進(jìn)口磷礦的國家，其磷肥生產(chǎn)自然不可能有較大的發(fā)展，也往往不能滿足本國需要。鉀肥生產(chǎn)的局限性更大，象加拿大、德國、和法國這類鉀鹽礦資源豐富的國家，鉀肥生產(chǎn)量就大。盡管各個國家生產(chǎn)的氮、磷、鉀比例明顯不同，消費的氮磷鉀比例差異更大，但總是偏向氮肥居多，而這種傾向仍有增無減。然而，一般認(rèn)為N：P2O5：K2O施用比例以1：（0.6～1.5）：（1.0～2.0）為宜，目前化肥工業(yè)所能提供的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一比例。6/16/2023312、由于化肥資源、生產(chǎn)和消費在世界范圍內(nèi)分布得極不平衡，引起了大量化肥原料和產(chǎn)品從原料擁有國向原料缺乏國的長途轉(zhuǎn)運。當(dāng)今世界上消費的化肥有1/3以上靠進(jìn)口。

氮肥中尿素、硝銨和磷銨等的進(jìn)出口主要屬于品種之間的互相調(diào)劑，但液氨的直接出口則是一個重要趨向。磷肥的進(jìn)出口主要是為了補(bǔ)缺，1970年代初濕法磷酸長途海運的成功，使它在國際市場上的銷售量激增，主要出口國是美國、摩洛哥、突尼斯。磷銨的出口量約占世界總產(chǎn)量的一半，主要出口國是美國，它生產(chǎn)的磷銨有70%出口，出口量約占世界總出口量的75～80%。重鈣出口量約占世界總產(chǎn)量的1/3，主要出口國是美國和突尼斯。這種趨勢由于北非這些傳統(tǒng)磷礦出口國改變出口方針而得到了加強(qiáng)，例如摩洛哥制定的計劃規(guī)定最終中間產(chǎn)物應(yīng)取代30%磷礦出口量。6/16/2023323、化肥生產(chǎn)繼續(xù)保持大型化的趨勢。合成氨在原料改為氣態(tài)烴和液態(tài)烴的基礎(chǔ)上率先實現(xiàn)大型化。日本、英國和美國的合成氨廠大型廠比重分別達(dá)到72%、91%和67%，前蘇聯(lián)在大量引進(jìn)大型制氨裝置后也達(dá)到73%。1000t/d制氨裝置后隨1600t/d尿素裝置已經(jīng)成為目前新建氮肥廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

磷肥大型化主要體現(xiàn)在濕法磷酸生產(chǎn)中，磷銨廠和硝酸磷肥廠的最大規(guī)模分別為713000t/a和1100000～1200000t/a，制磷電爐的功率最大是80000kW。6/16/2023334、大型化和高濃度中間產(chǎn)物的出現(xiàn)，引起化肥生產(chǎn)和消費的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。大型廠生產(chǎn)各種高濃度中間產(chǎn)物直接輸往各地售給零售商，后者只設(shè)置簡單的摻和機(jī)器來混合各種中間產(chǎn)物，配制所需的肥料規(guī)格。散裝摻和肥料是粒狀中間產(chǎn)物的混合物，因而極宜采用機(jī)械施肥。1975年美國全國已有5391個廠，平均規(guī)模4000t/a，每年總共生產(chǎn)摻和肥料1000萬噸以上。中間產(chǎn)物以尿素、磷銨和氯化鉀為主，還常常混入微量元素、農(nóng)藥和作物種子等，從而大幅度降低了生產(chǎn)、運輸和施用成本。日本在全國建立了25個3萬噸級的摻合廠，在西歐、英國、法國、荷蘭等國1980年代初也已開始生產(chǎn)摻合肥料。6/16/2023345、化肥品種組成發(fā)生根本變化。首先是復(fù)合肥料和混合肥料成為最終向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供的主要肥料形式，因為長期農(nóng)業(yè)實踐表明，單一肥料施用效果不如多種肥料，而多種肥料分開施用不如混合施用。如今采用高濃度中間產(chǎn)物作為原料，得到的混肥濃度高得多。在三種主要化肥中，鉀肥幾乎全部以混肥施用，磷肥次之，氮肥仍然有相當(dāng)量單獨施用。因為混合肥料不受組成的限制，可以根據(jù)各地土壤、氣候以及作物需要而任意配制，因而品種很多。一個國家乃至一個公司常?？梢陨a(chǎn)上百種規(guī)格，不過主要規(guī)格數(shù)目有限。當(dāng)前趨向低氮高磷高鉀型，這同氮肥中直接使用的比重較高是一致的。6/16/202335其次是新型化肥的出現(xiàn)，化肥品種進(jìn)一步增多。為了防止氮肥施入土壤后的迅速流失，便有各種緩釋肥料、硝化抑制劑等應(yīng)市。液體肥料諸如氨水、液氨、氮溶液和各種液體混肥在各國均有程度不同的使用。近年來美國開始生產(chǎn)懸浮液肥料，由于添加粘土等物質(zhì)作為穩(wěn)定劑，可以獲得和固體肥料濃度一樣高的液體肥料。不過液體肥料尤其是液氨的大規(guī)模施用，需要有相應(yīng)的機(jī)械配合。中量和微量元素肥料的作用已為各國所公認(rèn)，雖然傳統(tǒng)化肥品種中有些已含有這些元素，但是現(xiàn)已開始生產(chǎn)單獨的中量和微量肥料品種，在美國和日本等國都有許多規(guī)格供應(yīng)。微量元素由于施用量太小，主要還是以各種方式配入混肥后使用。6/16/202336第二章化肥生產(chǎn)的特殊性第四節(jié)我國化肥工業(yè)的特點我國化肥工業(yè)，以氮肥的生產(chǎn)規(guī)模為最大，技術(shù)裝備和自動化水平也較高，使之在化肥工業(yè)中具有一定的代表性?，F(xiàn)以氮肥生產(chǎn)為主將化肥生產(chǎn)的特點概括如下：6/16/202337一、生產(chǎn)過程具有高度的連續(xù)性

氮肥生產(chǎn)，由合成氨和氨加工兩個部分組成。合成氨的整個生產(chǎn)過程大多是在氣體狀態(tài)下進(jìn)行的，其等量氣體的體積要比液體或固體大千百倍，因此，在生產(chǎn)過程中，工藝氣體不可能大量貯存，上一個工序生產(chǎn)出來的氣體產(chǎn)物，必須源源不斷地通過鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)提高壓力，沿管道送往下一個工序進(jìn)行加工處理。如果氣體在設(shè)備或管道中受阻，則會引起壓力升高，造成放空、停車或爆炸。合成氨裝置各工序之間、氨合成和氨加工各工序之間、生產(chǎn)裝置與輔助工序之間，都相互緊密聯(lián)系，具有高度的連續(xù)性，確?；拾踩a(chǎn)，就必須保證生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。如果其中一個工序或者一臺設(shè)備發(fā)生故障，哪怕一個閥門操作上的失誤，都會造成局部或全部停車，甚至?xí)l(fā)生意想不到的重大惡性事故。6/16/202338二、生產(chǎn)系統(tǒng)龐雜

化肥生產(chǎn)的全過程比較復(fù)雜。以氮肥生產(chǎn)而言，生產(chǎn)過程中包括原料的貯運和加工，原料氣的制造、凈化、壓縮、精煉、氨合成和氨加工等十幾道工序。為了滿足生產(chǎn)上的需要，還設(shè)有供汽（供熱）、供水、電力等系統(tǒng)。其中包括工業(yè)水、循環(huán)水、脫鹽水、脫氧水和化學(xué)軟水等；為全廠提供各種動力的電力系統(tǒng)；儀表以及自控調(diào)節(jié)、信號聯(lián)鎖系統(tǒng)；生產(chǎn)調(diào)度、供水調(diào)度以及供電調(diào)度的各種指揮系統(tǒng)等，從而構(gòu)成了一個龐大復(fù)雜的生產(chǎn)機(jī)構(gòu)。這些系統(tǒng)雖然各自獨立，但卻密切相關(guān)，互相制約。6/16/202339三、工藝流程長，工藝過程復(fù)雜

化肥生產(chǎn)工序繁多，連續(xù)性強(qiáng)，生產(chǎn)設(shè)備如各種反應(yīng)爐、塔、槽、罐、壓縮機(jī)、泵之間靠管道相連通，組成系列生產(chǎn)線。各種工藝管道、蒸汽管道、上下水管道、動力電纜、電訊電纜、信號聯(lián)鎖電纜等貫穿廠地下、地上、空中，互相交織，錯綜復(fù)雜，并形成網(wǎng)絡(luò)。由原料到產(chǎn)品，要經(jīng)過多個工序的化學(xué)反應(yīng)和處理，從而構(gòu)成了工藝流程長，工藝過程復(fù)雜的特點。6/16/202340四、工藝參數(shù)嚴(yán)格，操作控制技術(shù)要求高

（一）高溫、高壓、低溫、負(fù)壓

氮肥生產(chǎn)中，制造煤氣的氣化爐、轉(zhuǎn)化爐等操作溫度高達(dá)1000～1450℃，而空氣分離裝置的操作則在負(fù)195.8℃的低溫下進(jìn)行。原料氣體壓縮機(jī)的操作壓力達(dá)15～32兆帕，而硝銨和尿素的蒸發(fā)操作則需要在負(fù)壓下進(jìn)行，如此等等。這些條件的確定都是根據(jù)生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)的需要，就是說，是由生產(chǎn)性質(zhì)所決定的。因此，整個生產(chǎn)過程的工藝條件變得十分復(fù)雜、多變，而且對工藝條件的控制也要求得高，不允許有超出規(guī)定的變化。6/16/202341五、生產(chǎn)中存在著多種化學(xué)危險物質(zhì)

化肥生產(chǎn)所使用的原料，中間產(chǎn)品和成品，以及生產(chǎn)過程中使用的各種吸收劑，如氨水、硫化堿、醋酸銅氨液、脫硫和脫碳使用的各種溶液，分析化驗所用的各種藥品和輔助材料，乃至生產(chǎn)過程中排出的廢水、廢氣大多是易燃、易爆、有毒、有害、有腐蝕性的物質(zhì)。氮肥生產(chǎn)的原料煤氣中氧含量如超過了規(guī)定的工藝指標(biāo)或者發(fā)生泄漏與空氣混合，在很弱的外部能源作用下就能發(fā)生爆炸。煤氣中的一氧化碳、硫化氫、中間產(chǎn)品氨，以及氨加工過程中產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫等，都是有毒氣體；高濃度的氮氣、二氧化碳、氫氣等，會引起窒息。6/16/202342在化肥生產(chǎn)中，一些生產(chǎn)介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，如煤氣中的硫化氫、二氧化碳?xì)怏w，對設(shè)備、閥門、管道等具有較強(qiáng)的腐蝕作用，使其壁厚減薄，強(qiáng)度降低，造成跑、冒、滴、漏，縮短了設(shè)備的使用壽命。在高溫高壓下，氫氣易使鋼材發(fā)生氫脆；氮氣則能產(chǎn)生滲氮，導(dǎo)致設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度降低。尿素生產(chǎn)中的尿液對設(shè)備的強(qiáng)腐蝕性，同樣也給安全生產(chǎn)帶來了隱患。由于化肥生產(chǎn)本身具有的特點，決定了其生產(chǎn)過程中存在著一些固有的潛在危險。例如：容易著火、容易發(fā)生爆炸事故，以及容易發(fā)生中毒、窒息、灼傷、噪聲危害、高溫中暑等職業(yè)性危害。6/16/202343（二）高流速

氮肥生產(chǎn)的整個過程，大多是氣相或液相反應(yīng)，由于體積大，加之又需要在加壓或高壓下進(jìn)行，所以當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模確定以后，物料在管道內(nèi)的流速或在設(shè)備內(nèi)的空間流速，往往在設(shè)計中選擇最大值（不能超過安全流速）。其目的是提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，并最大限度地延長設(shè)備運轉(zhuǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。這樣也給生產(chǎn)控制和設(shè)備制造增加了難度。

（三）工藝條件嚴(yán)格

保證生產(chǎn)處于安全、連續(xù)和穩(wěn)定，生產(chǎn)過程中對溫度、壓力、流量、液面、氣體成分、投料量和投料順序等工藝指標(biāo)的確定，都非常嚴(yán)謹(jǐn)。按規(guī)定的工藝條件，操作人員要根據(jù)生產(chǎn)變化情況，及時頻繁地予以調(diào)節(jié)和進(jìn)行崗位之間的聯(lián)系，不允許工藝條件有大的波動，更不允許超溫、超壓、超負(fù)荷運行。6/16/202344第三章我國肥料工業(yè)發(fā)展的展望在科教興農(nóng)和實施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想的指導(dǎo)下，在農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，肥料，尤其是化肥必須“開源”和“節(jié)流”并重，在增加生產(chǎn)和進(jìn)口，提高化肥供應(yīng)量的同時，注意用好化肥，提高化肥的利用率和利用效率，減輕和防止可能給環(huán)境帶來的不利影響，應(yīng)當(dāng)著重解決以下問題：6/16/202345（1）在增加數(shù)量的同時，著重調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和氮磷鉀比例

根據(jù)全國化肥試驗網(wǎng)的多點肥料長期試驗結(jié)果，要達(dá)到每hm25.25～6.0t的糧食產(chǎn)量，并保持和提高地力，則在每hm2施30t有機(jī)肥的基礎(chǔ)上還要施氮肥（N）150～180kg,磷肥（P2O5）45～75kg,并根據(jù)土壤鉀素狀況，施用適量鉀肥（平均約75kg./hm2）。因此，每hm2的化肥用量約為270～330kg。按播種面積（包括多年生作物）22064萬hm2計算，則需化肥約6000～7300萬t?；げ块T和農(nóng)業(yè)部門的有關(guān)專家認(rèn)為，英、德每hm2耕地的施肥量為248～339t。如果要達(dá)到英、德的施肥水平，則我國需用化肥5500～7500萬t。如果我國有50%的播種面積達(dá)到上述用肥量，而另一半面積施用上述用量的2/3的化肥。則我國化肥的需求總量約為5000～6000萬t。按N：P2O5

：K2O=1：0.4：0.35計算，則需氮肥（N）2857～3429萬t，磷肥（P2O5）1143～1371萬t。鉀肥（K2O）1000～1200萬t。6/16/202346（2）在繼續(xù)推廣平衡施肥技術(shù)的同時，要著重研究施肥與其他農(nóng)業(yè)措施的配合，并發(fā)揮作物本身利用土壤養(yǎng)分的潛力，進(jìn)一步做好農(nóng)田養(yǎng)分的再循環(huán)利用。

平衡施肥的理論基礎(chǔ)是李比希的最小養(yǎng)分律和不同養(yǎng)分間的交互作用。它以土壤養(yǎng)分狀況和作物吸肥規(guī)律為依據(jù)，根據(jù)要達(dá)到的作物目標(biāo)產(chǎn)量，確定大、中、微量營養(yǎng)元素肥料的數(shù)量和比例，均衡供應(yīng)作物必須的各種養(yǎng)分，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。我國經(jīng)過1950年代末和1980年代初的兩次土壤普查，對土壤肥力基本情況和當(dāng)時的土壤養(yǎng)分狀況基本做到了心中有數(shù)；又通過幾次全國規(guī)模的化肥肥效、氮磷鉀用量和配比試驗，對不同土壤、不同作物肥料“配方”已經(jīng)廣泛采用，對合理的施肥時期和施肥方法也有不少試驗，今后還需不斷改進(jìn)和完善。在一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、施肥量和產(chǎn)量較高的地區(qū)，已經(jīng)基本上實現(xiàn)了平衡施肥。但是，隨著施肥量的進(jìn)一步提高，肥料利用率和利用效率（肥效）下降，出現(xiàn)了明顯的“報酬遞減現(xiàn)象”。繼續(xù)在肥料本身做文章，已經(jīng)很難有大的進(jìn)展。因此，必須從以下幾方面著手，研究經(jīng)濟(jì)高效施用肥料，進(jìn)一步發(fā)揮肥料的作用。6/16/202347

①研究施肥與其他農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的關(guān)系，形成最佳組合，發(fā)揮施肥與其他措施之間的交互作用。施用化學(xué)肥料較早、作物產(chǎn)量較高的英國，早就有人指出：“在高度發(fā)展的農(nóng)業(yè)中，產(chǎn)量大幅度增加的潛力將主要來自交互作用的效應(yīng)（CookGW，1975）。在一個生產(chǎn)體系中可能與施肥產(chǎn)生交互作用的措施是大量的。最為常見的有作物品種、種植密度、灌溉等。例如，過去比較強(qiáng)調(diào)“以水調(diào)肥”，近年在旱地農(nóng)業(yè)的研究中，發(fā)現(xiàn)肥料可以明顯提高水分的利用效率，即“以肥調(diào)水”。在國外將這類研究稱為高產(chǎn)研究（MYR