一、植物營養


    植物的營養主要來自約19種元素(不包括空氣中的碳和氧以及土壤中的水)。這些元素大致分為兩類:(植物大量需要的)大量營養元素和(植物微量需要的)微量營養元素。三種主要的大量營養元素是氮、磷和鉀。農作物的產量主要取決于土壤中的這三種元素,但是,需要把它們轉換為植物可吸收的形式。這就是化肥的作用。


1. 化肥的種類


    幾個世紀以來農民種地采用的是有機肥,開采的無機肥料非常有限。隨著英國農業革命和后來20世紀的綠色革命,人類越來越多地依賴人造無機肥料。目前,全球有三分之一的人口食用的糧食是采用人造氮生產的。


2. 化肥供應鏈


    無機化肥的生產是化學供應鏈中的一種化工過程。我們可簡單地看一下這三種大量元素在工藝中所起的作用。



二、化肥



1. 磷

   

   作為ATP的組分之一,磷在植物的光合作用中起著至關重要的作用。磷是用來生產磷肥的,是從含磷酸鹽礦物中開采出來的。在氮肥生產中也使用磷酸。摩洛哥、中國、南非、約旦和美國這五個國家控制著全球磷酸鹽儲量的90%?,F在人們擔心幾十年后磷的供應會耗盡。



2. 鉀


  鉀對植物的水分調節和耐干旱非常重要?;手兴玫拟浭翘妓徕?。碳酸鉀是從含碳酸鉀礦物中可提取的各種礦物鹽的總稱。碳酸鉀最大的生產國家是加拿大、俄羅斯和白俄羅斯。鉀是地殼中的第七大元素,但是,不斷增長的需求導致其價格飛漲。



3. 氮

    

  氮對所有的蛋白質都是非常重要的。氮最常見于空氣中,但是這種形式的氮,植物是無法吸收的。為了便于植物吸收,必須對氮進行“固定”或被土壤吸收。由于這種自然生成的氮供應不足,就出現了提供各種無機氮肥——如硫酸氨,磷酸氨和各種以尿素為原料的產品——的產業,尿素可自然生成(如哺乳類動物的尿液中)或從氨中提取,就是在化學反應中通過哈柏博施法進行生產。尿素和其前身氨除用于化肥外,還用于其他化工產品中。


4. 氨

    

  要生產無機化肥,就需要采用化工工藝。氨是尿素和其他無機氮肥的前身,它是采用哈柏博施法生產的,通過催化劑與蒸汽進行反應(蒸汽重整)生成二氧化碳、蒸汽和氫的混合物。最后采用鐵系催化劑,通過哈柏博施工藝來合成氨。



5. 尿素

   

 在所有氮肥的組成中,尿素的氮含量最高。尿素是氨和二氧化碳在壓力150~220巴,溫度范圍170~200℃的反應器中進行反應生成的。反應過程生成的化學物氨基甲酸銨的腐蝕性很大。


6. 化肥產業

  

  最常見的無機化肥是磷肥、鉀肥和氮肥。氮肥中的一類磷酸氨就是通過用硫酸將磷酸化氨與磷酸的作用而生產出來的。尿素生產的龍頭企業公司是斯塔米卡邦(Stamicarbon)(現為MaireTecnimont公司的子公司),該公司一直與Uhde公司和Sandvik公司合作開發新的生產工藝。

   

 化肥生產主要集中在阿根廷、巴西、中國、印度和其他亞太地區國家,中東和俄羅斯。這并不奇怪,這些國家正在經歷著經濟快速增長,有些國家還經歷著食品價格飛漲。投資規??烧f明這一點,印度農民化肥合作公司(IFFCO)計劃未來三年在印度投資12億~13億美元進行擴建。



三、不銹鋼


    這里總結一下化肥生產所用不銹鋼的發展情況。Allegheny Ludlum不銹鋼公司生產的奧氏體不銹鋼AL 904LTM具有良好的耐腐蝕性能,適用于一般的化肥生產,特別是適用于硫酸和其他還原酸的生產。AL 904LTM用于化肥生產和其他工藝用途。


1. 硫酸

   

  硫酸生產一般采用300系列奧氏體不銹鋼,特別是304不銹鋼、316L不銹鋼310S不銹鋼 。用于強硫酸生產的其他鋼種包括超級雙相不銹鋼ZERON 100和2507,奧氏體鋼種SandvikSXTM和ZeCor,這些鋼種均耐熱強酸的腐蝕。



2. 磷酸

   

   在處理低濃度的磷酸時,使用304,在處理高濃度的磷酸時,使用耐腐蝕性更好的316不銹鋼和317L不銹鋼。Sulzer公司提供磷酸生產中所需的,由654 SMO 超級不銹鋼制造的耐腐蝕耐磨損泵。超級雙相UNS 32520/UR52N+已成功用于攪拌器,由于具有優越的力學性能,完全可與N08904(904L不銹鋼) 媲美。


3. 氨

    

  在氨生產工藝中,絕大部分工藝的腐蝕性為中等腐蝕,所以一般采用300和400系列不銹鋼。這些鋼種用于制造重整器,二氧化碳去除裝置,氨的合成,葉輪機械,冷卻裝置和冷凝器。在氨的合成過程中,生成具有腐蝕性的氨基甲酸銨,所以需要使用耐腐蝕性能更好的鋼種,如ASTM 430,UNSS44625和UNS S44626。為了耐氯化物腐蝕,熱交換器采用雙相不銹鋼。管道和儲罐可采用Outokumpu公司生產的經濟型雙相不銹鋼LDX 2101,這種雙相鋼的力學性能好,可降低使用材料的壁厚,節約材料和制造費用,而且該鋼種的耐腐蝕性能(耐點蝕和應力腐蝕斷裂)優于標準的300系列不銹鋼。


4. 尿素

    

 近年來,制造尿素生產設備采用的標準鋼種是改進型316L,即316L MOD或316L Urea,腐蝕性較嚴重的區域采用的是更高合金含量的不銹鋼,Urea25/22/2(25Cr,22Ni,2Mo),是低碳、低硅和高氮含量的改進型310L奧氏體不銹鋼。

   

  在尿素生產中,腐蝕不僅受到氨基甲酸酯水平的影響,而且還受到氨與二氧化碳比的影響和氧含量的影響。缺少氧氣會使不銹鋼發生腐蝕,所以最好使用耐最低氧含量的鋼種,如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是Urea25/22/2的改進型,可用于尿素生產工藝中條件最苛刻的區域。印度農民化肥合作公司(IFFCO)位于Kalol的尿素廠的氣提塔中的管道就是采用這種材料制造的,氣提塔內的壓力和溫度是最高的。管道已使用了25年以上。還有一種雙相鋼種可用于制造尿素生產設備,這就是住友金屬工業和東洋工程公司生產的DP28WTM。這種雙相鋼的鉻含量高,鎳含量較低,所以具有良好的再鈍化性能,而且非常耐應力腐蝕斷裂和氨甲酸溶液和氯化物溶液的腐蝕。

    

  Sandvik公司和斯塔米卡邦(Stamicarbon)公司合作開發了一種用于現代尿素廠無氧環境的先進雙相鋼SafurexTM。通過采用雙相鋼SafurexTM,斯塔米卡邦(Stamicarbon)公司對尿素生產工藝進行簡化,去掉了風機、氫氣轉換器、高壓洗滌器和高壓氨噴射器。

    

  在尿素生產過程中,氨(NH3)氣提塔通常是采用鈦制造的。但是,為防止鈦被沖蝕,需要為鈦加一層覆層。為了解決這一問題,Snamprogetti公司(Saipem公司的下屬公司)與ATI Wahchang公司合作開發出了OmegabondTM先進管道,在這種管道中,利用固態接合技術將鋯粘結到了鈦上。海灣石化公司(GPIC)首先在巴林的大型設備上采用了這種管道(該設備于2009年投產運行),后來又有兩家公司采用了這種管道。


四、結論


    糧食是人類的基本需求,同時對人造化肥的依賴繼續增加,這是不銹鋼的現成市場。然而,僅提供產品,等待用戶上門訂貨還遠遠不夠。只有鋼鐵生產廠家與用戶密切合作才會達到雙贏。這些合作為我們的未來提供了樣板,不僅是在化肥生產領域,而且在整個加工制造領域。