一(yi)、植(zhi)物(wu)營養


    植(zhi)物(wu)(wu)的(de)營養主要(yao)來自約19種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)（不包(bao)括空氣中的(de)碳和(he)氧以(yi)及土壤(rang)中的(de)水）。這(zhe)(zhe)(zhe)些元(yuan)素(su)大致分為兩類：（植(zhi)物(wu)(wu)大量(liang)需要(yao)的(de)）大量(liang)營養元(yuan)素(su)和(he)（植(zhi)物(wu)(wu)微(wei)量(liang)需要(yao)的(de)）微(wei)量(liang)營養元(yuan)素(su)。三(san)種(zhong)(zhong)主要(yao)的(de)大量(liang)營養元(yuan)素(su)是氮、磷和(he)鉀。農(nong)作物(wu)(wu)的(de)產量(liang)主要(yao)取決于土壤(rang)中的(de)這(zhe)(zhe)(zhe)三(san)種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)，但是，需要(yao)把它(ta)們轉換為植(zhi)物(wu)(wu)可吸(xi)收(shou)的(de)形(xing)式。這(zhe)(zhe)(zhe)就是化肥的(de)作用(yong)。


1. 化肥的種類


    幾個(ge)世紀以來農民種地(di)采用的是有(you)機肥，開采的無(wu)機肥料(liao)非常有(you)限。隨著英國農業革命和后來20世紀的綠色革命，人類越(yue)來越(yue)多地(di)依賴人造無(wu)機肥料(liao)。目前，全球(qiu)有(you)三分之一的人口食用的糧食是采用人造氮生產的。


2. 化肥(fei)供(gong)應鏈


    無(wu)機(ji)化肥的生產是化學供應鏈(lian)中(zhong)的一(yi)種化工過程。我們可簡單地(di)看一(yi)下這三種大量(liang)元素(su)在工藝中(zhong)所起的作用。



二、化肥



1. 磷

   

   作為ATP的(de)(de)組分之一，磷(lin)在植(zhi)物(wu)的(de)(de)光合作用(yong)中(zhong)起著至(zhi)關(guan)重要(yao)的(de)(de)作用(yong)。磷(lin)是(shi)用(yong)來(lai)生產(chan)磷(lin)肥的(de)(de)，是(shi)從含(han)磷(lin)酸(suan)鹽礦物(wu)中(zhong)開采出(chu)來(lai)的(de)(de)。在氮肥生產(chan)中(zhong)也使(shi)用(yong)磷(lin)酸(suan)。摩洛(luo)哥、中(zhong)國(guo)、南非(fei)、約(yue)旦和美國(guo)這五個國(guo)家控制著全球磷(lin)酸(suan)鹽儲量的(de)(de)90%。現在人們擔心幾(ji)十年(nian)后磷(lin)的(de)(de)供應(ying)會耗盡。



2. 鉀


  鉀(jia)(jia)對植物(wu)的(de)(de)水分調節和(he)耐干旱非(fei)常重要(yao)。化肥中所用的(de)(de)鉀(jia)(jia)是(shi)碳(tan)酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)。碳(tan)酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)是(shi)從含碳(tan)酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)礦物(wu)中可(ke)提取的(de)(de)各種礦物(wu)鹽的(de)(de)總稱。碳(tan)酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)最大(da)的(de)(de)生(sheng)產國(guo)家是(shi)加拿(na)大(da)、俄(e)羅斯和(he)白(bai)俄(e)羅斯。鉀(jia)(jia)是(shi)地殼中的(de)(de)第七大(da)元素，但是(shi)，不斷增(zeng)長的(de)(de)需求導致其(qi)價格飛漲。



3. 氮(dan)

    

  氮(dan)(dan)對(dui)所有的(de)(de)(de)蛋白質都是(shi)非常重(zhong)要的(de)(de)(de)。氮(dan)(dan)最(zui)常見于(yu)空氣中(zhong)，但是(shi)這(zhe)種(zhong)(zhong)形式的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)，植物是(shi)無法(fa)吸收的(de)(de)(de)。為了便于(yu)植物吸收，必須對(dui)氮(dan)(dan)進行“固定(ding)”或(huo)(huo)被土壤吸收。由于(yu)這(zhe)種(zhong)(zhong)自然(ran)生(sheng)成的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)供應不足，就(jiu)出現了提(ti)供各種(zhong)(zhong)無機(ji)氮(dan)(dan)肥(fei)——如硫酸氨(an)，磷酸氨(an)和(he)(he)各種(zhong)(zhong)以尿(niao)(niao)素(su)為原料的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品——的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)業，尿(niao)(niao)素(su)可自然(ran)生(sheng)成（如哺(bu)乳(ru)類(lei)動物的(de)(de)(de)尿(niao)(niao)液中(zhong)）或(huo)(huo)從氨(an)中(zhong)提(ti)取，就(jiu)是(shi)在(zai)化(hua)學反(fan)應中(zhong)通過哈柏博施法(fa)進行生(sheng)產(chan)(chan)(chan)。尿(niao)(niao)素(su)和(he)(he)其(qi)前身氨(an)除用于(yu)化(hua)肥(fei)外，還用于(yu)其(qi)他化(hua)工產(chan)(chan)(chan)品中(zhong)。


4. 氨

    

  要生產無機(ji)化(hua)(hua)(hua)肥，就需要采用化(hua)(hua)(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)。氨是尿素和其他無機(ji)氮肥的(de)(de)前身，它是采用哈柏博施(shi)法生產的(de)(de)，通過(guo)催化(hua)(hua)(hua)劑與蒸汽(qi)進行反應（蒸汽(qi)重整）生成二氧化(hua)(hua)(hua)碳、蒸汽(qi)和氫的(de)(de)混(hun)合(he)物。最(zui)后(hou)采用鐵系催化(hua)(hua)(hua)劑，通過(guo)哈柏博施(shi)工(gong)藝(yi)來(lai)合(he)成氨。



5. 尿素

   

 在所有(you)氮肥的組(zu)成中，尿素(su)的氮含量最高(gao)。尿素(su)是氨(an)和二氧化碳在壓力(li)150～220巴，溫度(du)范圍170～200℃的反應(ying)器(qi)中進行反應(ying)生成的。反應(ying)過程(cheng)生成的化學物氨(an)基甲酸銨的腐蝕性很(hen)大。


6. 化肥(fei)產業

  

  最常見的(de)(de)無機化肥(fei)(fei)是磷(lin)肥(fei)(fei)、鉀肥(fei)(fei)和(he)氮肥(fei)(fei)。氮肥(fei)(fei)中的(de)(de)一類磷(lin)酸氨就是通(tong)過用(yong)硫酸將磷(lin)酸化氨與(yu)磷(lin)酸的(de)(de)作(zuo)用(yong)而生產(chan)出來的(de)(de)。尿素生產(chan)的(de)(de)龍(long)頭企業(ye)公(gong)司是斯塔米(mi)卡邦（Stamicarbon）（現為MaireTecnimont公(gong)司的(de)(de)子公(gong)司），該公(gong)司一直與(yu)Uhde公(gong)司和(he)Sandvik公(gong)司合作(zuo)開發(fa)新的(de)(de)生產(chan)工藝。

   

 化肥生產主要(yao)集中(zhong)在阿(a)根廷、巴西、中(zhong)國(guo)、印度和(he)其他(ta)亞太地區國(guo)家，中(zhong)東(dong)和(he)俄羅斯(si)。這(zhe)并(bing)不奇(qi)怪，這(zhe)些國(guo)家正在經歷著經濟(ji)快速增長，有(you)些國(guo)家還經歷著食品價格飛漲。投資規模可說明這(zhe)一點，印度農民化肥合作公司（IFFCO）計(ji)劃(hua)未來三年在印度投資12億～13億美元進行擴建。



三、不銹鋼(gang)


    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(ti)不(bu)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(bu)銹鋼、316L不銹鋼 和310S不(bu)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(lin)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(gang)。Sulzer公司提供磷酸生產中所需的，由654 SMO 超(chao)級不銹(xiu)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(sheng)產工藝(yi)中(zhong)，絕大(da)部分工藝(yi)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)為(wei)中(zhong)等(deng)腐(fu)(fu)蝕(shi)，所以一般采用300和400系(xi)列不銹鋼(gang)(gang)(gang)。這(zhe)些鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)用于(yu)制造重整器(qi)，二氧化碳去除裝置，氨的(de)合成，葉輪機(ji)械，冷卻裝置和冷凝(ning)器(qi)。在氨的(de)合成過程中(zhong)，生(sheng)成具(ju)有腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)氨基甲酸銨，所以需(xu)要(yao)使(shi)(shi)用耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能更好(hao)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)，如ASTM 430，UNSS44625和UNS S44626。為(wei)了耐(nai)(nai)氯化物腐(fu)(fu)蝕(shi)，熱交換(huan)器(qi)采用雙(shuang)相不銹鋼(gang)(gang)(gang)。管道和儲罐可采用Outokumpu公司(si)生(sheng)產的(de)經濟型雙(shuang)相不銹鋼(gang)(gang)(gang)LDX 2101，這(zhe)種(zhong)(zhong)雙(shuang)相鋼(gang)(gang)(gang)的(de)力學性(xing)(xing)能好(hao)，可降低(di)使(shi)(shi)用材料的(de)壁厚，節約(yue)材料和制造費用，而且該鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)(zhong)的(de)耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能（耐(nai)(nai)點蝕(shi)和應力腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)裂）優于(yu)標準的(de)300系(xi)列不銹鋼(gang)(gang)(gang)。


4. 尿(niao)素

    

 近年(nian)來，制(zhi)造(zao)尿素生(sheng)產設備采(cai)用(yong)的(de)標準鋼(gang)種是(shi)改進(jin)型(xing)316L，即316L MOD或316L Urea，腐蝕(shi)性較嚴重的(de)區域采(cai)用(yong)的(de)是(shi)更高合(he)金含量(liang)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是(shi)低碳、低硅和高氮含量(liang)的(de)改進(jin)型(xing)310L奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。

   

  在(zai)尿(niao)素(su)(su)生產(chan)中(zhong)(zhong)(zhong)，腐蝕(shi)不僅受(shou)到(dao)氨(an)基甲酸(suan)酯(zhi)水平的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，而(er)且(qie)還受(shou)到(dao)氨(an)與二氧(yang)化碳比的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)和(he)(he)氧(yang)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)。缺(que)少氧(yang)氣(qi)(qi)會使不銹鋼發(fa)生腐蝕(shi)，所(suo)以最(zui)好(hao)使用(yong)耐最(zui)低氧(yang)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)鋼種(zhong)(zhong)，如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是(shi)Urea25/22/2的(de)(de)改進型，可(ke)用(yong)于尿(niao)素(su)(su)生產(chan)工藝中(zhong)(zhong)(zhong)條件(jian)最(zui)苛刻的(de)(de)區域。印度農民化肥(fei)合(he)作公(gong)司（IFFCO）位于Kalol的(de)(de)尿(niao)素(su)(su)廠(chang)的(de)(de)氣(qi)(qi)提(ti)塔中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)管(guan)道就(jiu)是(shi)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)(zhong)材料制造(zao)的(de)(de)，氣(qi)(qi)提(ti)塔內的(de)(de)壓(ya)力和(he)(he)溫度是(shi)最(zui)高的(de)(de)。管(guan)道已(yi)使用(yong)了25年以上。還有(you)一種(zhong)(zhong)雙相鋼種(zhong)(zhong)可(ke)用(yong)于制造(zao)尿(niao)素(su)(su)生產(chan)設備，這(zhe)就(jiu)是(shi)住友金(jin)屬(shu)工業和(he)(he)東洋工程(cheng)公(gong)司生產(chan)的(de)(de)DP28WTM。這(zhe)種(zhong)(zhong)雙相鋼的(de)(de)鉻含(han)(han)量(liang)(liang)高，鎳含(han)(han)量(liang)(liang)較低，所(suo)以具有(you)良好(hao)的(de)(de)再(zai)鈍(dun)化性能，而(er)且(qie)非常耐應力腐蝕(shi)斷(duan)裂和(he)(he)氨(an)甲酸(suan)溶液和(he)(he)氯化物溶液的(de)(de)腐蝕(shi)。

    

  Sandvik公司(si)和(he)(he)斯塔米卡邦（Stamicarbon）公司(si)合作開發了一種用(yong)于現代尿(niao)素(su)廠無氧環境的(de)先進雙(shuang)相(xiang)鋼(gang)SafurexTM。通(tong)過采用(yong)雙(shuang)相(xiang)鋼(gang)SafurexTM，斯塔米卡邦（Stamicarbon）公司(si)對尿(niao)素(su)生產工(gong)藝進行簡化，去掉了風機、氫(qing)氣轉換(huan)器、高壓(ya)(ya)洗滌器和(he)(he)高壓(ya)(ya)氨噴射器。

    

  在(zai)尿(niao)素生產過程中，氨(an)（NH3）氣提(ti)塔通常是采(cai)(cai)用鈦(tai)(tai)制造的。但是，為(wei)防止鈦(tai)(tai)被沖蝕，需要為(wei)鈦(tai)(tai)加一層覆層。為(wei)了解決(jue)這一問題，Snamprogetti公(gong)司(si)（Saipem公(gong)司(si)的下(xia)屬公(gong)司(si)）與ATI Wahchang公(gong)司(si)合作開發出了OmegabondTM先進管(guan)道，在(zai)這種(zhong)管(guan)道中，利用固態接合技術將鋯粘結到了鈦(tai)(tai)上。海灣(wan)石(shi)化公(gong)司(si)（GPIC）首先在(zai)巴(ba)林的大型設(she)備上采(cai)(cai)用了這種(zhong)管(guan)道（該設(she)備于2009年投(tou)產運行），后來又(you)有兩家(jia)公(gong)司(si)采(cai)(cai)用了這種(zhong)管(guan)道。


四、結論


    糧食是人(ren)類的(de)基本需求，同時對人(ren)造(zao)(zao)化肥(fei)(fei)的(de)依賴繼續(xu)增加，這是不銹鋼的(de)現(xian)成(cheng)市場。然而，僅(jin)提(ti)供產(chan)品，等待用戶(hu)上門訂貨還遠遠不夠。只有鋼鐵(tie)生產(chan)廠家與用戶(hu)密切合作才會達(da)到(dao)雙贏。這些合作為(wei)我們的(de)未(wei)來(lai)提(ti)供了樣板(ban)，不僅(jin)是在化肥(fei)(fei)生產(chan)領(ling)域(yu)，而且在整個加工(gong)制造(zao)(zao)領(ling)域(yu)。