中盐红四方增值尿素生产新工艺

汤德昌，吴孜菘，宫勋

（中盐安徽红四方股份有限公司，安徽合肥 231602）

氮肥是目前国内外农业生产使用量最大的肥料，其中尿素的使用量占氮肥总量的60%以上。在当前各国积极实施低碳经济模式与发展可持续高效农业的大背景下，提高氮肥肥效和利用率以及减少过量施肥带来的环境污染问题已成为亟待解决的重大课题。红四方公司未雨绸缪，早已意识到提高化肥利用率的重要性，将主要研发精力放在了肥料增效研究、推动传统化肥全面增值改性上。依托中盐盐化工技术中心和合肥市新型肥料工程技术研究中心，利用国内领先的30万吨/年意大利斯拉姆氨汽提尿素装置，通过装置调整，开发添加生物活性物质类增值尿素系列产品，实现单质尿素的产品升级，提高了尿素产品的附加值。

1 技术原理、技术路线及主要技术特征

1.1 技术原理

腐殖酸尿素的增效机理见图1。

图1 腐殖酸尿素的增效机理

（1）对作物根系活力和叶绿素含量的影响

图2 对成熟期小麦根系活力的影响

图3 腐殖酸尿素不同培养时间土壤脲酶活性变化比较

（2）对土壤脲酶活性和氨挥发累积量的影响

图4 对小麦穗位叶叶绿素含量的影响

图5 35天氨挥发抑制率

（3）腐殖酸尿素的转化和运移特征

（4）腐殖酸尿素的化学键变化

图6 腐殖酸尿素25℃培养硝态氮铵态氮含量

图7 腐殖酸增值土柱培养不同深度土壤硝态氮

图8 普通尿素的红外吸收谱（IR spectra of urea）

图9 锌腐酸尿素的红外吸收谱（IR spectra of urea HA3）

增值尿素的增效机理可概括为以下3个方面：①促进作物根系生长，提高根系活力，增强作物养分吸收；②调节土壤微生物和酶活性，改变尿素在土壤中的释放、转化和移动过程，减少氨挥发损失和硝态氮淋失；③改变尿素的结构，延缓尿素的释放和转化速度。

1.2 技术路线

（1）本文研究了植物源经微生物发酵、螯合等技术制备的生物活性物质对尿素产品进行改性,使其肥料增效的作用机理。优选增效剂并研究其理化性质,研制出两个以上品种的增值尿素，最终确定使用锌腐酸增效剂、发酵海藻液增效剂、禾谷素增效剂。

（2）增效剂的储运：增效剂在高温和强光下容易变质，我们确定在20℃以上采取避光储运。

（3）增效肥料增值尿素的制备技术方案：

①通过现有装置调整，建立工业化生产装置，建成一套30万吨/年增值尿素生产装置；②采用质量流量计、变频装置、柱塞计量泵构成增效剂精确添加控制系统；③将增效剂按比例添加至尿素装置一段蒸发和二段蒸发之间，使紊流状态下的熔融态尿素与增效剂充分混合，无需添加外部动力，不改变尿素造粒工况；④生成的增值尿素符合技术指标要求，产品稳定性高，生产过程无“三废”排放。

（4）采取的工艺路线（图10）

将增效剂加入储罐，搅拌均匀后，增效液按一定比例（添加量：海藻酸为每吨尿素12 kg～15 kg；禾谷素为每吨尿素12 kg～15 kg；锌腐尿素增效剂，添加量为每吨尿素15 kg～18 kg）添加。通过计量泵打入尿素一段、二段蒸发段间，在二段真空系统与熔融尿素充分混合。通过熔融尿素泵打到尿素造粒塔顶，通过喷头均匀喷射后，自然冷却成型下降至皮带，成品通过皮带输送至包装、库房。

图10 工艺路线

（5）制订企业质量标准:目前增值尿素尚无国家标准和行业标准。我们自行制定企业标准并获得通过。增效氮肥标准：Q/HSF 022-2014。

（6）开展田间肥效试验，完成一季农作物的田间试验。

1.3 主要技术特征

（1）含氮量不低于46%，符合尿素含氮量国家标准GB 2440-2001。

（2）增效明显，添加的增效剂具有常规的可检测性。

（3）增效剂为植物源天然物质及其提取物，对环境、作物和人体无害。

（4）增效剂微量高效，添加量在0.3‰～3‰之间。

（5）工艺简单，成本低。

发酵海藻液增效剂：以海藻为主要原料，利用微生物发酵方法制备的小分子生物活性物质，添加到尿素中生产出海藻酸尿素，具有提高尿素利用率、促进作物根系生长、增强作物吸收养分能力等优点，可抑制土壤脲酶活性，降低尿素的氨挥发损失，延缓尿素在土壤中的释放和转化过程。

禾谷素增效剂：是以天然谷氨酸为主要原料，首先经过聚合反应，再利用螯合技术生产的尿素增效剂。添加到尿素中生产出的禾谷素增值尿素产品可促进作物生长，改善氮素在作物体内的储存形态，降低氨对作物的危害，提高养分利用率，并可补充土壤的微量元素。

锌腐酸增效剂：是以风化煤、褐煤为主要原料，通过利用微生物发酵技术，提取高分子活性腐殖酸，并利用螯合技术制备的尿素增效剂。添加到尿素中生产出的锌腐酸增值尿素可促进作物生长，增强光合作用，对土壤脲酶活性有很好的抑制效果，减缓尿素在土壤中的分解和释放速度。此外，锌腐酸尿素还能起到改良土壤、培肥地力、补充和活化土壤微量元素等作用。

2 主要技术经济指标

2.1 直接效益

相比普通尿素，主要增加消耗费用为：

（1）增效剂添加量15 kg（1.5%）；增效剂价格6 000元/吨；增效剂成本消耗90元/吨尿素。

（2）每吨尿素增加0.012吨的水的蒸发和电力等消耗，2元/吨尿素。

（3）维修费用：由于该系统工艺简单，设备均采用不锈钢材质，工艺介质的腐蚀性较小，设备运转基本无故障，故该项费用不计取。

（4）人工费用：因该系统不增加专职操作人员，故该项费用不计取。

（5）按吨增值尿素效益：

增效剂添加量 15 kg（1.5%）

增效剂价格 6 000元/吨

增效剂浓度 20%

尿素出厂价 1 400元

增效尿素出厂价格 2 200元

销售增值尿素的收入增加额 800元增效剂引起的产量增加额 33元

成本增加额：

每吨尿素增加0.012吨的水的蒸发和电力等的消耗2元

增效剂成本消耗 90元

吨增值尿素增加效益 700+33-92=741元

销售腐殖酸尿素的收入增加额 产量1.5万吨，直接效益1 111.5万元

2.2 间接效益

改善土壤理化性质，增强作物抗逆性能，对无机养分起一定的增效作用，对植物生长有刺激作用，改善作物品质等，可使作物平均增产9.6%，氮肥利用率平均提高7.9个百分点。

按以往农业试验数据显示，与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产品氮的利用率一般提高10个百分点以上。以此计算，假如在尿素行业推广生产腐殖酸尿素，按实物量全国尿素累计产量约5 782万吨计算效益如下：

2.2.1 社会效益

（1）每年就可节省570万吨尿素，相当于10个52万吨/年的大型合成氨、尿素厂的产量，节约建设投资300亿元，节约建设用地10 000亩；按照尿素价格1 500元/吨计算，每年为农民节约农业生产成本支出150亿元。

（2）使用腐殖酸尿素缓释肥料一般能使作物增产10%，按照我国小麦产量超过1.1亿吨计算，单小麦一项即可每年增产1 100万吨，按每人年消耗360 kg小麦计算，可多解决3 055万人的吃饭问题；小麦按1.8元/kg收购，农民能够增收198亿元。

2.2.2 环境效益

（1）节能方面：每年可节电10亿度，节标煤900万吨（其中燃煤450万吨），综合节能2 600亿MJ。

（2）减排方面：每年少排放1 100万吨二氧化碳，节水6 000万吨。

3 技术贡献

3.1 技术创新点

（1）本项目利用现有30万吨/年尿素装置，通过在现有装置中增加配套设备、材料等，调整操作技术，规模化生产增值尿素，建设成本低。

（2）本装置中的柱塞计量泵具有0～100的可调节冲程，同时泵电机也采用0～100%变频调节，这样能够使得增效液罐液位无论高或低时，通过这两种调节组合都可以控制住稳定的流量。

（3）泵出口采用大回路循环设计，使得该装置在切入、切出蒸发系统时非常方便。本装置采用流量—变频调速双控制调节模式，使主控操作简单、灵便，确保蒸发系统温度、真空度、液位等工艺指标稳定。

（4）本装置设计为双泵双罐形式，泵、罐都可以相互切换，以充分保证生产的连续运行，同时保证增效剂灌装配比时浓度、温度均匀，从而确保产品质量。

3.2 对社会经济发展和科技进步的意义

以提高氮素利用率为目的的新型尿素产业的发展完全符合国家农业经济和生态建设及化肥发展方向与目标。增值尿素的技术突破，是尿素行业积极执行国家“三农”政策，落实科学发展观，促进企业—社会—环境和谐发展的一大成果。增效尿素中的活性组分，将发挥化肥的增产增收、改良土壤、减少污染、改善作物品质、提高养分利用率、增加土壤有机质等有机绿色效应，并有效控制尿素分解流失，减少氮氧化物排放，综合改善农业生态环境和食品安全，为保护生物和人类生存环境和健康做出贡献。研究表明，增效剂与尿素反应的产物不是简单的混合物，而是稳定的复合物，对农作物有显著的肥效作用。由于增效尿素具有“缓释、长效、安全和廉价”的特色，为大规模推广应用和市场开拓提供了可靠保障，不仅为国家带来巨大的社会效益、经济效益及环境效益，而且也将促进地方和企业经济发展，造福亿万百姓，开创我国普及增效氮肥的新局面。

4 存在的主要问题、改进意见及进一步深入研究的设想

经过一年的推广应用及效果验证，添加生物活性物质类肥料增效剂的增值尿素可有效提高肥效10%～20%。证明了以减肥增效、提升传统肥料产品附加值、提高肥料利用率、节能减排和保护环境为宗旨的化肥增值技术，无疑是对传统尿素进行增值、改性的不二选择。我们努力做好产品的应用推广，争取增值尿素销售达到30万吨/年的规模。

下一步我们将通过技术引进和吸收创新，开发新的增值肥料产品，确保推广一代，储备一代，研发一代。□