一、植物營養(yang)


    植(zhi)物(wu)的(de)(de)營養主(zhu)要來自約19種元(yuan)素(su)(su)（不(bu)包括空氣中的(de)(de)碳和(he)氧(yang)以及(ji)土壤(rang)中的(de)(de)水）。這(zhe)些(xie)元(yuan)素(su)(su)大致分為(wei)(wei)兩類：（植(zhi)物(wu)大量(liang)需(xu)要的(de)(de)）大量(liang)營養元(yuan)素(su)(su)和(he)（植(zhi)物(wu)微(wei)量(liang)需(xu)要的(de)(de)）微(wei)量(liang)營養元(yuan)素(su)(su)。三種主(zhu)要的(de)(de)大量(liang)營養元(yuan)素(su)(su)是(shi)氮、磷和(he)鉀。農(nong)作物(wu)的(de)(de)產量(liang)主(zhu)要取(qu)決(jue)于土壤(rang)中的(de)(de)這(zhe)三種元(yuan)素(su)(su)，但(dan)是(shi)，需(xu)要把它們轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)植(zhi)物(wu)可吸收的(de)(de)形(xing)式。這(zhe)就是(shi)化肥(fei)的(de)(de)作用。


1. 化肥的種類


    幾個世紀以(yi)來(lai)(lai)農民種地采用(yong)的(de)(de)是有(you)機(ji)肥，開(kai)采的(de)(de)無機(ji)肥料(liao)非常有(you)限。隨著英國農業革命和后來(lai)(lai)20世紀的(de)(de)綠色(se)革命，人(ren)(ren)類越來(lai)(lai)越多地依(yi)賴人(ren)(ren)造無機(ji)肥料(liao)。目前，全球有(you)三(san)分之(zhi)一的(de)(de)人(ren)(ren)口食(shi)用(yong)的(de)(de)糧食(shi)是采用(yong)人(ren)(ren)造氮生產的(de)(de)。


2. 化肥(fei)供應鏈(lian)


    無機(ji)化(hua)(hua)肥的生產是化(hua)(hua)學供應鏈中的一(yi)種化(hua)(hua)工過程(cheng)。我們可簡(jian)單地(di)看一(yi)下這三種大量元素在工藝中所起(qi)的作用。



二(er)、化肥



1. 磷

   

   作為ATP的(de)(de)(de)組分(fen)之一，磷(lin)在植物的(de)(de)(de)光合作用中(zhong)起著至關重要的(de)(de)(de)作用。磷(lin)是用來(lai)(lai)生(sheng)產磷(lin)肥(fei)的(de)(de)(de)，是從含磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)礦物中(zhong)開(kai)采出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)。在氮肥(fei)生(sheng)產中(zhong)也使(shi)用磷(lin)酸(suan)(suan)。摩洛哥(ge)、中(zhong)國(guo)、南非(fei)、約旦和(he)美國(guo)這五個國(guo)家控制(zhi)著全(quan)球磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)儲量(liang)的(de)(de)(de)90%。現在人們擔心幾(ji)十年后磷(lin)的(de)(de)(de)供(gong)應會耗盡。



2. 鉀


  鉀(jia)對植(zhi)物的水分調節和耐(nai)干旱非常重要。化肥中所用的鉀(jia)是碳酸鉀(jia)。碳酸鉀(jia)是從含碳酸鉀(jia)礦物中可提取的各種(zhong)礦物鹽的總(zong)稱(cheng)。碳酸鉀(jia)最大的生產國家是加拿大、俄羅斯(si)和白俄羅斯(si)。鉀(jia)是地殼中的第(di)七大元素(su)，但是，不斷增長(chang)的需求(qiu)導致其價(jia)格(ge)飛漲。



3. 氮

    

  氮對所(suo)有的(de)蛋白(bai)質都是(shi)非常重要的(de)。氮最常見于(yu)空氣中(zhong)，但是(shi)這(zhe)(zhe)種形式(shi)的(de)氮，植物是(shi)無法吸收的(de)。為(wei)了便于(yu)植物吸收，必須對氮進行“固定”或(huo)被土壤吸收。由(you)于(yu)這(zhe)(zhe)種自(zi)然生成的(de)氮供(gong)應不足，就出現了提供(gong)各種無機氮肥——如硫酸氨，磷酸氨和各種以尿(niao)素為(wei)原料的(de)產品——的(de)產業(ye)，尿(niao)素可自(zi)然生成（如哺乳類動物的(de)尿(niao)液中(zhong)）或(huo)從氨中(zhong)提取，就是(shi)在化(hua)學(xue)反應中(zhong)通過哈柏博(bo)施法進行生產。尿(niao)素和其(qi)前身氨除用(yong)于(yu)化(hua)肥外，還用(yong)于(yu)其(qi)他化(hua)工產品中(zhong)。


4. 氨

    

  要生產無(wu)機(ji)化肥，就(jiu)需要采(cai)(cai)用化工工藝(yi)。氨是(shi)尿素和其他(ta)無(wu)機(ji)氮肥的(de)前身，它(ta)是(shi)采(cai)(cai)用哈柏(bo)博施(shi)法(fa)生產的(de)，通過催(cui)化劑與蒸汽(qi)進(jin)行反應（蒸汽(qi)重整）生成(cheng)二氧化碳、蒸汽(qi)和氫的(de)混(hun)合物。最(zui)后采(cai)(cai)用鐵系催(cui)化劑，通過哈柏(bo)博施(shi)工藝(yi)來合成(cheng)氨。



5. 尿素

   

 在(zai)(zai)所有氮肥的(de)組成(cheng)中(zhong)，尿(niao)素(su)的(de)氮含量最高。尿(niao)素(su)是氨(an)(an)和(he)二(er)氧化碳(tan)在(zai)(zai)壓力150～220巴，溫度范(fan)圍(wei)170～200℃的(de)反(fan)(fan)(fan)應器中(zhong)進行反(fan)(fan)(fan)應生成(cheng)的(de)。反(fan)(fan)(fan)應過程(cheng)生成(cheng)的(de)化學物氨(an)(an)基甲酸銨的(de)腐蝕(shi)性很(hen)大。


6. 化肥產業

  

  最(zui)常見的(de)無(wu)機化肥(fei)是磷(lin)肥(fei)、鉀肥(fei)和(he)氮(dan)肥(fei)。氮(dan)肥(fei)中(zhong)的(de)一(yi)類(lei)磷(lin)酸(suan)氨就是通(tong)過(guo)用硫酸(suan)將磷(lin)酸(suan)化氨與磷(lin)酸(suan)的(de)作(zuo)用而生(sheng)產出來(lai)的(de)。尿(niao)素生(sheng)產的(de)龍(long)頭(tou)企業公司是斯塔米(mi)卡邦（Stamicarbon）（現為MaireTecnimont公司的(de)子公司），該公司一(yi)直與Uhde公司和(he)Sandvik公司合(he)作(zuo)開(kai)發新(xin)的(de)生(sheng)產工藝。

   

 化(hua)肥生產主要集中(zhong)在(zai)阿根廷、巴(ba)西、中(zhong)國、印(yin)度(du)和(he)其他亞太地區國家(jia)，中(zhong)東和(he)俄(e)羅斯。這(zhe)并不(bu)奇怪，這(zhe)些國家(jia)正(zheng)在(zai)經(jing)(jing)歷著經(jing)(jing)濟快(kuai)速增長，有些國家(jia)還(huan)經(jing)(jing)歷著食(shi)品價格飛漲(zhang)。投資規模可說(shuo)明這(zhe)一點，印(yin)度(du)農(nong)民化(hua)肥合作公司（IFFCO）計劃未(wei)來三年在(zai)印(yin)度(du)投資12億(yi)～13億(yi)美元(yuan)進行(xing)擴建(jian)。



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 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

   

   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(an)(an)生(sheng)產工藝(yi)中(zhong)，絕大部分工藝(yi)的(de)(de)腐蝕(shi)性為中(zhong)等腐蝕(shi)，所以一般(ban)采用(yong)300和(he)400系(xi)列不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。這些鋼(gang)(gang)種(zhong)用(yong)于制造重(zhong)整(zheng)器，二氧化(hua)碳去除裝置(zhi)，氨(an)(an)的(de)(de)合(he)成，葉(xie)輪機械，冷卻(que)裝置(zhi)和(he)冷凝器。在氨(an)(an)的(de)(de)合(he)成過程中(zhong)，生(sheng)成具有腐蝕(shi)性的(de)(de)氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)銨，所以需要使用(yong)耐(nai)腐蝕(shi)性能更好(hao)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)，如ASTM 430，UNSS44625和(he)UNS S44626。為了耐(nai)氯化(hua)物腐蝕(shi)，熱交換器采用(yong)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。管道和(he)儲(chu)罐可采用(yong)Outokumpu公司生(sheng)產的(de)(de)經濟型雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)LDX 2101，這種(zhong)雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)力學性能好(hao)，可降低(di)使用(yong)材(cai)料(liao)的(de)(de)壁(bi)厚，節約(yue)材(cai)料(liao)和(he)制造費用(yong)，而且該鋼(gang)(gang)種(zhong)的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性能（耐(nai)點蝕(shi)和(he)應力腐蝕(shi)斷裂）優(you)于標準的(de)(de)300系(xi)列不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。


4. 尿素

    

 近(jin)年(nian)來(lai)，制造尿(niao)素生產設備采(cai)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(cai)用的是更(geng)高(gao)合金(jin)含(han)量的不銹(xiu)鋼，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是低碳(tan)、低硅(gui)和高(gao)氮(dan)含(han)量的改進型310L奧氏體不銹(xiu)鋼。

   

  在尿(niao)素生(sheng)產中(zhong)(zhong)，腐(fu)蝕(shi)不僅受(shou)到氨基甲酸酯(zhi)水(shui)平(ping)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，而且還受(shou)到氨與二氧化(hua)碳比的(de)(de)(de)(de)影(ying)響和(he)(he)(he)氧含(han)量的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。缺(que)少氧氣會(hui)使不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)發(fa)生(sheng)腐(fu)蝕(shi)，所以最(zui)(zui)(zui)好使用耐(nai)最(zui)(zui)(zui)低氧含(han)量的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)，如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是(shi)Urea25/22/2的(de)(de)(de)(de)改進型，可(ke)用于尿(niao)素生(sheng)產工藝(yi)中(zhong)(zhong)條件最(zui)(zui)(zui)苛刻的(de)(de)(de)(de)區域。印度農民(min)化(hua)肥合作(zuo)公(gong)司（IFFCO）位(wei)于Kalol的(de)(de)(de)(de)尿(niao)素廠的(de)(de)(de)(de)氣提(ti)塔(ta)(ta)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)管道就是(shi)采用這(zhe)種(zhong)材料制造(zao)的(de)(de)(de)(de)，氣提(ti)塔(ta)(ta)內的(de)(de)(de)(de)壓力和(he)(he)(he)溫度是(shi)最(zui)(zui)(zui)高的(de)(de)(de)(de)。管道已使用了25年以上。還有一種(zhong)雙相鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)可(ke)用于制造(zao)尿(niao)素生(sheng)產設(she)備(bei)，這(zhe)就是(shi)住友金(jin)屬工業(ye)和(he)(he)(he)東洋工程公(gong)司生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)DP28WTM。這(zhe)種(zhong)雙相鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量高，鎳含(han)量較低，所以具有良好的(de)(de)(de)(de)再鈍化(hua)性能，而且非常耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)斷(duan)裂和(he)(he)(he)氨甲酸溶液和(he)(he)(he)氯化(hua)物溶液的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)。

    

  Sandvik公司和斯塔米卡(ka)邦（Stamicarbon）公司合作開發了(le)一(yi)種用(yong)于(yu)現代尿素(su)廠無氧環境的(de)先進雙(shuang)相鋼(gang)SafurexTM。通過(guo)采(cai)用(yong)雙(shuang)相鋼(gang)SafurexTM，斯塔米卡(ka)邦（Stamicarbon）公司對尿素(su)生(sheng)產工(gong)藝進行簡化，去掉了(le)風機、氫氣轉換器(qi)(qi)、高(gao)壓洗滌器(qi)(qi)和高(gao)壓氨噴射器(qi)(qi)。

    

  在(zai)(zai)(zai)尿(niao)素(su)生產過程中(zhong)，氨（NH3）氣提塔通常是(shi)采用(yong)鈦(tai)制造(zao)的。但是(shi)，為(wei)防止鈦(tai)被沖蝕，需(xu)要為(wei)鈦(tai)加一層覆層。為(wei)了解決這一問(wen)題(ti)，Snamprogetti公(gong)司(si)(si)（Saipem公(gong)司(si)(si)的下屬公(gong)司(si)(si)）與ATI Wahchang公(gong)司(si)(si)合作開(kai)發出了OmegabondTM先(xian)(xian)進管(guan)(guan)道(dao)，在(zai)(zai)(zai)這種管(guan)(guan)道(dao)中(zhong)，利用(yong)固(gu)態接合技術(shu)將鋯粘結到了鈦(tai)上(shang)。海灣石化公(gong)司(si)(si)（GPIC）首先(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)巴林的大型設(she)備上(shang)采用(yong)了這種管(guan)(guan)道(dao)（該設(she)備于2009年投產運(yun)行），后來又有兩家公(gong)司(si)(si)采用(yong)了這種管(guan)(guan)道(dao)。


四(si)、結(jie)論


    糧食是(shi)人類的基本需求，同(tong)時對人造化肥(fei)的依賴(lai)繼續增加，這是(shi)不(bu)銹鋼的現(xian)成市場。然而，僅提供(gong)產(chan)(chan)品，等待用(yong)戶上(shang)門訂貨還遠遠不(bu)夠。只有鋼鐵生產(chan)(chan)廠家與(yu)用(yong)戶密切合(he)作才會(hui)達到雙贏(ying)。這些合(he)作為(wei)我(wo)們的未來提供(gong)了樣板，不(bu)僅是(shi)在(zai)化肥(fei)生產(chan)(chan)領(ling)域，而且在(zai)整個加工制造領(ling)域。