一、植物營養


    植物(wu)(wu)的(de)營(ying)養主(zhu)要來(lai)自約19種(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)（不包(bao)括空氣中的(de)碳(tan)和氧以及土壤中的(de)水）。這(zhe)些元(yuan)(yuan)素(su)大(da)(da)致分為(wei)兩類：（植物(wu)(wu)大(da)(da)量需要的(de)）大(da)(da)量營(ying)養元(yuan)(yuan)素(su)和（植物(wu)(wu)微量需要的(de)）微量營(ying)養元(yuan)(yuan)素(su)。三種(zhong)主(zhu)要的(de)大(da)(da)量營(ying)養元(yuan)(yuan)素(su)是氮、磷和鉀。農作物(wu)(wu)的(de)產量主(zhu)要取決于土壤中的(de)這(zhe)三種(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)，但(dan)是，需要把它們(men)轉換為(wei)植物(wu)(wu)可吸收(shou)的(de)形式。這(zhe)就是化肥的(de)作用。


1. 化肥(fei)的種(zhong)類


    幾個世紀以來農民種(zhong)地采用的(de)是(shi)有機肥(fei)(fei)，開采的(de)無機肥(fei)(fei)料(liao)非常有限。隨著英(ying)國(guo)農業革命和后來20世紀的(de)綠色(se)革命，人(ren)(ren)類越來越多地依賴人(ren)(ren)造(zao)無機肥(fei)(fei)料(liao)。目前(qian)，全球有三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)人(ren)(ren)口食(shi)用的(de)糧食(shi)是(shi)采用人(ren)(ren)造(zao)氮生產的(de)。


2. 化肥供應(ying)鏈


    無機(ji)化肥的生產是化學供應鏈中的一(yi)種化工過程。我們可簡單(dan)地看一(yi)下這三種大量元素在(zai)工藝中所起的作用。



二(er)、化肥



1. 磷

   

   作為ATP的組分之一，磷(lin)(lin)在植(zhi)物的光合作用中起著至(zhi)關重要的作用。磷(lin)(lin)是(shi)用來生(sheng)產磷(lin)(lin)肥的，是(shi)從含磷(lin)(lin)酸(suan)鹽礦物中開采出來的。在氮肥生(sheng)產中也使(shi)用磷(lin)(lin)酸(suan)。摩洛哥、中國(guo)、南非、約旦和(he)美國(guo)這五個國(guo)家控(kong)制著全球磷(lin)(lin)酸(suan)鹽儲量的90%。現在人(ren)們(men)擔心幾(ji)十年后磷(lin)(lin)的供應會(hui)耗盡。



2. 鉀


  鉀(jia)(jia)(jia)對植物(wu)的水(shui)分(fen)調(diao)節和(he)耐(nai)干旱(han)非常重要(yao)。化肥中所用的鉀(jia)(jia)(jia)是(shi)碳(tan)酸鉀(jia)(jia)(jia)。碳(tan)酸鉀(jia)(jia)(jia)是(shi)從含碳(tan)酸鉀(jia)(jia)(jia)礦物(wu)中可(ke)提取的各種(zhong)礦物(wu)鹽的總稱。碳(tan)酸鉀(jia)(jia)(jia)最大(da)(da)的生產國家是(shi)加拿(na)大(da)(da)、俄羅斯(si)(si)和(he)白俄羅斯(si)(si)。鉀(jia)(jia)(jia)是(shi)地殼(ke)中的第七大(da)(da)元素，但是(shi)，不斷增(zeng)長的需(xu)求導致其(qi)價格飛漲。



3. 氮

    

  氮(dan)(dan)對所有的(de)蛋白(bai)質都是(shi)(shi)非常重要的(de)。氮(dan)(dan)最常見于(yu)空氣中(zhong)(zhong)，但是(shi)(shi)這(zhe)種形式的(de)氮(dan)(dan)，植物是(shi)(shi)無法吸(xi)收(shou)的(de)。為了(le)便(bian)于(yu)植物吸(xi)收(shou)，必須對氮(dan)(dan)進行“固定”或(huo)被土壤吸(xi)收(shou)。由于(yu)這(zhe)種自然(ran)生成的(de)氮(dan)(dan)供應不足(zu)，就(jiu)出現了(le)提供各種無機氮(dan)(dan)肥(fei)——如硫酸氨(an)，磷(lin)酸氨(an)和各種以尿素為原(yuan)料的(de)產(chan)品——的(de)產(chan)業(ye)，尿素可自然(ran)生成（如哺(bu)乳(ru)類(lei)動(dong)物的(de)尿液中(zhong)(zhong)）或(huo)從氨(an)中(zhong)(zhong)提取(qu)，就(jiu)是(shi)(shi)在化(hua)學反應中(zhong)(zhong)通(tong)過哈柏博施法進行生產(chan)。尿素和其前身氨(an)除用(yong)于(yu)化(hua)肥(fei)外，還用(yong)于(yu)其他化(hua)工產(chan)品中(zhong)(zhong)。


4. 氨

    

  要生(sheng)產無機(ji)化肥(fei)，就需(xu)要采(cai)用化工工藝。氨是(shi)尿素(su)和(he)(he)其他無機(ji)氮肥(fei)的(de)前身，它是(shi)采(cai)用哈柏(bo)博(bo)施法生(sheng)產的(de)，通過催化劑(ji)與蒸汽進行反(fan)應（蒸汽重整）生(sheng)成二氧化碳、蒸汽和(he)(he)氫的(de)混(hun)合物。最后采(cai)用鐵系催化劑(ji)，通過哈柏(bo)博(bo)施工藝來合成氨。



5. 尿素

   

 在所有氮(dan)肥的(de)(de)組成(cheng)中(zhong)，尿素的(de)(de)氮(dan)含量(liang)最(zui)高。尿素是氨(an)和二氧化碳(tan)在壓力(li)150～220巴，溫(wen)度范圍170～200℃的(de)(de)反應(ying)(ying)器中(zhong)進(jin)行反應(ying)(ying)生成(cheng)的(de)(de)。反應(ying)(ying)過程生成(cheng)的(de)(de)化學物氨(an)基甲酸銨的(de)(de)腐蝕性很大。


6. 化肥產業

  

  最常見的無機化肥(fei)是磷肥(fei)、鉀肥(fei)和(he)氮肥(fei)。氮肥(fei)中的一類磷酸(suan)氨就是通過用(yong)硫酸(suan)將磷酸(suan)化氨與(yu)磷酸(suan)的作用(yong)而生(sheng)產(chan)出來的。尿素生(sheng)產(chan)的龍頭企業公(gong)(gong)司(si)(si)是斯塔米卡邦（Stamicarbon）（現為MaireTecnimont公(gong)(gong)司(si)(si)的子(zi)公(gong)(gong)司(si)(si)），該(gai)公(gong)(gong)司(si)(si)一直與(yu)Uhde公(gong)(gong)司(si)(si)和(he)Sandvik公(gong)(gong)司(si)(si)合作開發(fa)新的生(sheng)產(chan)工(gong)藝。

   

 化肥(fei)生(sheng)產主要集中(zhong)在阿根廷、巴(ba)西(xi)、中(zhong)國(guo)、印度(du)(du)和(he)其他亞太地區(qu)國(guo)家，中(zhong)東和(he)俄羅斯(si)。這并不奇(qi)怪，這些國(guo)家正在經(jing)歷著經(jing)濟快速增長(chang)，有些國(guo)家還經(jing)歷著食品價格飛漲。投資(zi)規模(mo)可說明這一(yi)點，印度(du)(du)農民化肥(fei)合(he)作公司（IFFCO）計劃未來三年在印度(du)(du)投資(zi)12億～13億美(mei)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(xiu)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 和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(suan)

   

   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(xiu)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(zai)氨生(sheng)產工(gong)藝中(zhong)，絕大部分工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕性為中(zhong)等腐(fu)蝕，所(suo)以(yi)一般采用(yong)300和(he)(he)400系列不銹鋼(gang)(gang)。這些鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)用(yong)于制造(zao)重整(zheng)器，二(er)氧(yang)化碳(tan)去除裝置(zhi)，氨的(de)(de)(de)(de)(de)合成(cheng)，葉輪機械，冷卻(que)裝置(zhi)和(he)(he)冷凝器。在(zai)氨的(de)(de)(de)(de)(de)合成(cheng)過程(cheng)中(zhong)，生(sheng)成(cheng)具有腐(fu)蝕性的(de)(de)(de)(de)(de)氨基甲酸(suan)銨，所(suo)以(yi)需要(yao)使(shi)用(yong)耐(nai)腐(fu)蝕性能(neng)更好的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)，如ASTM 430，UNSS44625和(he)(he)UNS S44626。為了耐(nai)氯(lv)化物腐(fu)蝕，熱(re)交(jiao)換(huan)器采用(yong)雙相不銹鋼(gang)(gang)。管道和(he)(he)儲罐(guan)可采用(yong)Outokumpu公司生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)經濟型雙相不銹鋼(gang)(gang)LDX 2101，這種(zhong)(zhong)雙相鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力學性能(neng)好，可降低使(shi)用(yong)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)，節約(yue)材(cai)料和(he)(he)制造(zao)費(fei)用(yong)，而且該鋼(gang)(gang)種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性能(neng)（耐(nai)點蝕和(he)(he)應力腐(fu)蝕斷裂）優于標準的(de)(de)(de)(de)(de)300系列不銹鋼(gang)(gang)。


4. 尿素

    

 近年(nian)來，制(zhi)造尿素生產設備采用的(de)(de)標準(zhun)鋼種是改進型316L，即(ji)316L MOD或(huo)316L Urea，腐蝕(shi)性較嚴重的(de)(de)區(qu)域(yu)采用的(de)(de)是更高合金(jin)含量(liang)的(de)(de)不銹鋼，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是低(di)碳、低(di)硅和高氮(dan)含量(liang)的(de)(de)改進型310L奧氏體不銹鋼。

   

  在尿素(su)生產(chan)中，腐蝕不(bu)僅受(shou)到氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)酯水平的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響，而(er)且(qie)還受(shou)到氨(an)(an)與二氧化碳比的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響和(he)氧含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。缺少氧氣會(hui)使不(bu)銹鋼發生腐蝕，所以最(zui)(zui)(zui)好使用耐最(zui)(zui)(zui)低氧含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼種(zhong)(zhong)，如(ru)Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是Urea25/22/2的(de)(de)(de)(de)(de)改進型，可用于(yu)尿素(su)生產(chan)工藝中條件最(zui)(zui)(zui)苛刻的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)域(yu)。印度(du)農民化肥合作公司（IFFCO）位于(yu)Kalol的(de)(de)(de)(de)(de)尿素(su)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)氣提塔中的(de)(de)(de)(de)(de)管道就(jiu)是采用這種(zhong)(zhong)材料制(zhi)造(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)，氣提塔內的(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)和(he)溫(wen)度(du)是最(zui)(zui)(zui)高的(de)(de)(de)(de)(de)。管道已使用了25年以上(shang)。還有(you)一種(zhong)(zhong)雙(shuang)相鋼種(zhong)(zhong)可用于(yu)制(zhi)造(zao)尿素(su)生產(chan)設備(bei)，這就(jiu)是住友金(jin)屬(shu)工業和(he)東洋工程公司生產(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)DP28WTM。這種(zhong)(zhong)雙(shuang)相鋼的(de)(de)(de)(de)(de)鉻含(han)(han)量(liang)高，鎳含(han)(han)量(liang)較低，所以具有(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)再鈍化性能，而(er)且(qie)非常耐應力(li)腐蝕斷(duan)裂和(he)氨(an)(an)甲(jia)酸(suan)溶液和(he)氯化物溶液的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕。

    

  Sandvik公司和斯塔(ta)米(mi)卡邦(bang)（Stamicarbon）公司合作開(kai)發了一(yi)種(zhong)用于現代(dai)尿素(su)廠無氧(yang)環境的先(xian)進雙相鋼(gang)SafurexTM。通過采用雙相鋼(gang)SafurexTM，斯塔(ta)米(mi)卡邦(bang)（Stamicarbon）公司對尿素(su)生產工藝進行簡(jian)化，去掉了風機、氫氣轉換(huan)器(qi)、高壓洗滌器(qi)和高壓氨(an)噴射器(qi)。

    

  在(zai)尿素生(sheng)產(chan)過程中，氨(an)（NH3）氣提塔通常(chang)是采(cai)用鈦(tai)制造(zao)的。但是，為防止鈦(tai)被沖蝕(shi)，需要為鈦(tai)加(jia)一層覆層。為了(le)解決(jue)這(zhe)一問題，Snamprogetti公(gong)(gong)司(si)（Saipem公(gong)(gong)司(si)的下(xia)屬公(gong)(gong)司(si)）與ATI Wahchang公(gong)(gong)司(si)合作開發出(chu)了(le)OmegabondTM先(xian)進(jin)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)，在(zai)這(zhe)種管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)中，利用固(gu)態接合技術將鋯粘(zhan)結到了(le)鈦(tai)上。海灣石化(hua)公(gong)(gong)司(si)（GPIC）首先(xian)在(zai)巴林的大型設(she)備(bei)上采(cai)用了(le)這(zhe)種管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)（該設(she)備(bei)于2009年投產(chan)運(yun)行），后來又有兩家公(gong)(gong)司(si)采(cai)用了(le)這(zhe)種管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)。


四、結論(lun)


    糧食是(shi)人(ren)類的基本(ben)需求，同時對人(ren)造化(hua)肥的依賴繼續增(zeng)加，這是(shi)不(bu)銹鋼的現成市場。然而，僅(jin)(jin)提供產品，等待用戶(hu)上門訂貨還遠遠不(bu)夠。只有鋼鐵(tie)生產廠家與用戶(hu)密切合作才會達到雙贏。這些(xie)合作為我(wo)們的未(wei)來提供了樣板，不(bu)僅(jin)(jin)是(shi)在(zai)化(hua)肥生產領域，而且(qie)在(zai)整個(ge)加工制造領域。