腐植酸增效尿素生產(chǎn)技術(shù)探討

葉少春

我國是世界上尿素生產(chǎn)和施用量最大的國家，2017年我國尿素總產(chǎn)量5835萬t（實物量），其中農(nóng)業(yè)消費量約5600萬t，約為全球總消費量的三分之一。但我國氮肥的當(dāng)季利用率僅為25%～35%，較發(fā)達(dá)國家低10～15個百分點［1］。由于我國尿素利用率低，每年通過揮發(fā)、淋溶和徑流等途徑損失的尿素達(dá)2100多萬t，這不僅造成資源的巨大浪費，而且造成水體的富養(yǎng)化，極大威脅了生態(tài)環(huán)境。對普通尿素進(jìn)行增效改性，開發(fā)增效尿素新產(chǎn)品，是提高氮肥利用率、減少損失和降低環(huán)境風(fēng)險的重要途徑。中鹽安徽紅四方股份有限公司（以下簡稱中鹽紅四方公司）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)研究中心的技術(shù)力量，利用現(xiàn)有的年產(chǎn)30萬t尿素裝置，開發(fā)出添加生物活性物質(zhì)類的腐植酸增效尿素系列產(chǎn)品，實現(xiàn)了普通尿素的產(chǎn)品升級，提升了產(chǎn)品附加值，提高了中鹽紅四方尿素產(chǎn)品的市場競爭力。

1．腐植酸增效尿素的增效機理

腐植酸（HA）是一種天然高分子有機物，屬于天然有機弱酸，廣泛存在于風(fēng)化煤、褐煤和泥炭等低燃燒值的劣質(zhì)煤炭中，通過利用微生物發(fā)酵技術(shù)，可以提取高分子活性腐植酸，并利用螯合技術(shù)制備尿素增效劑。腐植酸化學(xué)組成十分復(fù)雜，含有羧基、 酚羥基、羰基等活性基團，根據(jù)相對分子質(zhì)量由大到小，可分為黑腐酸、棕腐酸和黃腐酸。自20世紀(jì)60年代開始，腐植酸類肥料逐漸引起農(nóng)業(yè)學(xué)者的重視。

尿素在土壤中脲酶的作用下，水解為碳酸銨和碳酸氫銨，被植物吸收和利用。因此，抑制土壤中脲酶的活性，可以降低尿素在土壤中的水解速度。腐植酸增效尿素（UHA）是將經(jīng)過活化的腐植酸、微量元素和少量介質(zhì)混合物，與尿素反應(yīng)生成的腐脲絡(luò)合物，從而增強尿素產(chǎn)品的施用效果。

腐植酸增效尿素的增效機理可概括為以下3個方面：①改變尿素的結(jié)構(gòu)，降低尿素的分解轉(zhuǎn)化率，延緩尿素的釋放和轉(zhuǎn)化速度，提高尿素的緩釋性和氮利用率；②調(diào)節(jié)土壤脲酶活性和硝化酶活性，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)氮的淋失，改善土壤生態(tài)環(huán)境；③提取植物源原料的高活性物質(zhì)，提高根系活力和磷素活性，促進(jìn)葉綠素的合成，增強作物養(yǎng)分吸收，提高了農(nóng)作物的品質(zhì)和抗逆性能等［2］。

2．腐植酸增效尿素的增產(chǎn)效果

腐植酸有較強的離子交換能力和吸附能力，可以抑制尿酶的活動，減緩尿素分解，緩慢釋放氮素，減少揮發(fā)，延長肥效，可以使尿素的利用率提高到85%～95%。在土壤中添加尿素和腐植酸增效尿素的培養(yǎng)試驗的結(jié)果表明，腐植酸對土壤中的脲酶活性的抑制率達(dá)8.8%～29.5%[3]。腐植酸增效尿素在有效提高尿素氮素利用率的同時，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，對環(huán)境也起到了積極的保護作用。

農(nóng)田試驗表明，腐植酸增效尿素有顯著的氮增效作用及作物的增產(chǎn)效果。與施用等氮量尿素相比，腐植酸增效尿素可使冬小麥增產(chǎn)8.1%～13.2%、夏玉米增產(chǎn)9.1%～15.7%、棉花增產(chǎn)6.2%～17.5%、蔬菜增產(chǎn)15.7%～29.7%、果樹增產(chǎn)10.7%～14.2%，氮肥利用率可提高15%～19%[4]。

3．腐植酸增效尿素的生產(chǎn)工藝

國內(nèi)外腐植酸增效尿素的生產(chǎn)工藝大致有如下3種：①包裹法，將腐植酸、助劑、黏結(jié)劑等直接包裹在尿素表面，包裹法是最常用的方法；②溶劑法，使用有機溶液如液氨、甲醇、乙醇或丙酮等作為溶劑，在不高于80℃的溫度下，使腐植酸與尿素反應(yīng)制成產(chǎn)品；③熱熔法，在尿素熔融狀態(tài)下加入腐植酸，充分混合均勻后經(jīng)造粒塔噴淋造粒形成產(chǎn)品[5]。

中鹽紅四方公司腐植酸增效尿素的生產(chǎn)是采用熱熔法技術(shù)，利用現(xiàn)有年產(chǎn)30萬t普通尿素生產(chǎn)裝置，增加質(zhì)量流量計、變頻裝置、柱塞計量泵等用于精確添加腐植酸及添加劑的控制系統(tǒng)和設(shè)備，將腐植酸及微量元素等混合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，使熔融態(tài)尿素與腐植酸增效劑充分混合，然后通過尿素造粒系統(tǒng)生產(chǎn)出符合技術(shù)指標(biāo)要求的腐植酸增效尿素產(chǎn)品。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 腐植酸增效尿素生產(chǎn)工藝流程圖

在實際生產(chǎn)過程中，熔融尿液進(jìn)入閃蒸槽內(nèi)減壓后進(jìn)行氣液分離，濃度約76%的尿液由閃蒸槽流入一段蒸發(fā)加熱器底部，經(jīng)過一段蒸發(fā)，尿液濃度提高至95%，此時采用柱塞計量泵按t尿素添加12kg～18kg的比例將腐植酸增效液注入一段蒸發(fā)加熱器底部，使之與熔融尿素混合均勻，然后經(jīng)一段氣液分離后的混合液進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器中繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，再經(jīng)二段濃縮分離器進(jìn)行氣液分離，可以得到濃度為99.7%的腐脲絡(luò)合物溶液，經(jīng)尿液熔融泵加壓后送至造粒塔頂噴頭，通過噴頭均勻噴射后，在造粒塔內(nèi)與塔底進(jìn)入的空氣逆流接觸換熱冷卻，在塔底得到腐植酸增效尿素成品顆粒，通過傳送帶送往包裝工段進(jìn)行包裝后轉(zhuǎn)入產(chǎn)品庫房。

4．腐植酸增效尿素的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

中鹽紅四方公司腐植酸增效尿素產(chǎn)品現(xiàn)已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并可根據(jù)需要添加腐植酸、海藻酸、谷氨酸等，形成系列的增效尿素，并制定了相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《增效氮肥》( Q/HSF022-2014)。其各項指標(biāo)如表1 所示。

5．結(jié)語

腐植酸增效尿素是在傳統(tǒng)尿素生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，增加少量設(shè)備，形成新的產(chǎn)品生產(chǎn)能力，具有投資少、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小的特點。腐植酸增效尿素的研發(fā)成功，不僅提高了尿素的緩釋性和氮利用率，開辟了新型尿素的生產(chǎn)新途徑，而且對促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收、改良土壤、減少污染、增加土壤有機質(zhì)等方面發(fā)揮了良好的作用，同時對改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、綠色、高效發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。

表1 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《增效氮肥》各項指標(biāo)