一、植物營養


    植物(wu)的營(ying)養(yang)(yang)(yang)主要(yao)(yao)來自約19種元(yuan)(yuan)素(su)（不包括空氣中的碳和(he)氧以及土壤中的水）。這些元(yuan)(yuan)素(su)大(da)(da)致分(fen)為(wei)(wei)兩類：（植物(wu)大(da)(da)量(liang)需要(yao)(yao)的）大(da)(da)量(liang)營(ying)養(yang)(yang)(yang)元(yuan)(yuan)素(su)和(he)（植物(wu)微量(liang)需要(yao)(yao)的）微量(liang)營(ying)養(yang)(yang)(yang)元(yuan)(yuan)素(su)。三種主要(yao)(yao)的大(da)(da)量(liang)營(ying)養(yang)(yang)(yang)元(yuan)(yuan)素(su)是(shi)氮(dan)、磷和(he)鉀。農作物(wu)的產量(liang)主要(yao)(yao)取(qu)決于(yu)土壤中的這三種元(yuan)(yuan)素(su)，但是(shi)，需要(yao)(yao)把它們轉(zhuan)換為(wei)(wei)植物(wu)可吸收的形式。這就是(shi)化(hua)肥的作用。


1. 化肥(fei)的種類


    幾個世紀以來農民種地(di)(di)采用(yong)的(de)(de)(de)是有機肥，開采的(de)(de)(de)無(wu)機肥料(liao)非常(chang)有限。隨著英國農業革(ge)命和后來20世紀的(de)(de)(de)綠色革(ge)命，人類越來越多地(di)(di)依賴人造無(wu)機肥料(liao)。目前，全球有三(san)分之一(yi)的(de)(de)(de)人口食用(yong)的(de)(de)(de)糧食是采用(yong)人造氮生產的(de)(de)(de)。


2. 化肥供應鏈


    無機化肥的生產是化學供應鏈中的一種(zhong)化工過程。我(wo)們(men)可簡單(dan)地看(kan)一下這三種(zhong)大量(liang)元素在工藝中所起的作用。



二、化肥



1. 磷

   

   作(zuo)為ATP的(de)(de)組分之一，磷(lin)(lin)(lin)在植物的(de)(de)光合作(zuo)用(yong)中起著至關重(zhong)要的(de)(de)作(zuo)用(yong)。磷(lin)(lin)(lin)是(shi)用(yong)來生產(chan)磷(lin)(lin)(lin)肥的(de)(de)，是(shi)從含磷(lin)(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)礦物中開采(cai)出來的(de)(de)。在氮(dan)肥生產(chan)中也使用(yong)磷(lin)(lin)(lin)酸(suan)。摩洛哥、中國(guo)(guo)、南非(fei)、約旦和(he)美國(guo)(guo)這五個國(guo)(guo)家控(kong)制著全球磷(lin)(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)儲量的(de)(de)90%。現(xian)在人們擔心幾十年后磷(lin)(lin)(lin)的(de)(de)供(gong)應會耗盡。



2. 鉀(jia)


  鉀(jia)對(dui)植物(wu)的(de)水分調(diao)節和(he)耐干(gan)旱(han)非常重(zhong)要。化肥中所用(yong)的(de)鉀(jia)是(shi)碳(tan)酸(suan)鉀(jia)。碳(tan)酸(suan)鉀(jia)是(shi)從含碳(tan)酸(suan)鉀(jia)礦(kuang)物(wu)中可提取的(de)各種(zhong)礦(kuang)物(wu)鹽的(de)總稱(cheng)。碳(tan)酸(suan)鉀(jia)最(zui)大的(de)生產國家是(shi)加拿大、俄羅斯和(he)白俄羅斯。鉀(jia)是(shi)地殼(ke)中的(de)第七大元(yuan)素，但是(shi)，不(bu)斷(duan)增長的(de)需求(qiu)導致其價(jia)格(ge)飛漲。



3. 氮

    

  氮(dan)對所有的蛋白質都是(shi)非(fei)常重要(yao)的。氮(dan)最常見于(yu)空氣中(zhong)(zhong)，但是(shi)這種形(xing)式的氮(dan)，植物是(shi)無法(fa)吸(xi)收(shou)的。為了(le)便(bian)于(yu)植物吸(xi)收(shou)，必須對氮(dan)進行“固定(ding)”或被土(tu)壤吸(xi)收(shou)。由于(yu)這種自然生(sheng)成的氮(dan)供應不足(zu)，就(jiu)出現(xian)了(le)提(ti)供各(ge)種無機氮(dan)肥——如硫(liu)酸(suan)(suan)氨(an)，磷酸(suan)(suan)氨(an)和各(ge)種以(yi)尿素為原料的產(chan)品——的產(chan)業，尿素可自然生(sheng)成（如哺乳(ru)類(lei)動物的尿液中(zhong)(zhong)）或從氨(an)中(zhong)(zhong)提(ti)取，就(jiu)是(shi)在化學反應中(zhong)(zhong)通過(guo)哈柏博施(shi)法(fa)進行生(sheng)產(chan)。尿素和其(qi)前身(shen)氨(an)除用(yong)于(yu)化肥外，還用(yong)于(yu)其(qi)他化工產(chan)品中(zhong)(zhong)。


4. 氨

    

  要生(sheng)(sheng)產無機化(hua)肥，就需要采用化(hua)工工藝。氨是(shi)尿素(su)和其他無機氮肥的(de)前身(shen)，它(ta)是(shi)采用哈柏博施法生(sheng)(sheng)產的(de)，通過(guo)催化(hua)劑(ji)與蒸汽(qi)進行反應(ying)（蒸汽(qi)重(zhong)整）生(sheng)(sheng)成二氧化(hua)碳、蒸汽(qi)和氫的(de)混合物(wu)。最后采用鐵系催化(hua)劑(ji)，通過(guo)哈柏博施工藝來合成氨。



5. 尿素(su)

   

 在所有氮肥的(de)組成(cheng)(cheng)中，尿(niao)素的(de)氮含量最高。尿(niao)素是氨(an)和(he)二氧化(hua)碳(tan)在壓力150～220巴，溫度范圍170～200℃的(de)反應(ying)(ying)器中進行反應(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)。反應(ying)(ying)過程生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)化(hua)學物氨(an)基甲酸銨的(de)腐蝕性很大(da)。


6. 化(hua)肥(fei)產業

  

  最常見(jian)的(de)無機(ji)化肥是磷(lin)(lin)肥、鉀肥和氮肥。氮肥中的(de)一類磷(lin)(lin)酸(suan)氨(an)就是通(tong)過(guo)用(yong)硫酸(suan)將磷(lin)(lin)酸(suan)化氨(an)與磷(lin)(lin)酸(suan)的(de)作用(yong)而生(sheng)產出(chu)來的(de)。尿(niao)素生(sheng)產的(de)龍頭企業公(gong)(gong)(gong)司是斯塔(ta)米卡邦（Stamicarbon）（現為(wei)MaireTecnimont公(gong)(gong)(gong)司的(de)子(zi)公(gong)(gong)(gong)司），該公(gong)(gong)(gong)司一直與Uhde公(gong)(gong)(gong)司和Sandvik公(gong)(gong)(gong)司合作開發新的(de)生(sheng)產工藝(yi)。

   

 化(hua)肥生產主要集中(zhong)在阿根廷、巴西、中(zhong)國、印度和其他亞太(tai)地(di)區國家，中(zhong)東和俄(e)羅斯。這并不奇怪，這些國家正在經歷(li)著經濟快速增長，有些國家還經歷(li)著食(shi)品價格飛漲。投資(zi)規(gui)模可說(shuo)明這一點，印度農民(min)化(hua)肥合(he)作(zuo)公司（IFFCO）計(ji)劃未來三年在印度投資(zi)12億(yi)～13億(yi)美(mei)元進行擴建。



三、不(bu)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(ao)氏體不銹鋼(gang)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(gang)、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不銹鋼。Sulzer公司提供磷酸生產中所需的，由654 SMO 超級不(bu)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)生產工藝中(zhong)(zhong)(zhong)，絕大部分工藝的腐蝕性(xing)(xing)為中(zhong)(zhong)(zhong)等腐蝕，所以一般采(cai)用(yong)(yong)(yong)300和400系列(lie)(lie)不(bu)銹鋼(gang)。這些鋼(gang)種用(yong)(yong)(yong)于(yu)制造重整器(qi)，二(er)氧化碳去除裝(zhuang)置，氨(an)的合(he)成，葉輪機械，冷(leng)卻裝(zhuang)置和冷(leng)凝器(qi)。在氨(an)的合(he)成過程中(zhong)(zhong)(zhong)，生成具有腐蝕性(xing)(xing)的氨(an)基(ji)甲(jia)酸銨，所以需要使用(yong)(yong)(yong)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)更好的鋼(gang)種，如ASTM 430，UNSS44625和UNS S44626。為了(le)耐(nai)氯化物(wu)腐蝕，熱交換器(qi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)雙相不(bu)銹鋼(gang)。管道和儲罐可(ke)采(cai)用(yong)(yong)(yong)Outokumpu公司生產的經濟型雙相不(bu)銹鋼(gang)LDX 2101，這種雙相鋼(gang)的力(li)學性(xing)(xing)能(neng)好，可(ke)降低使用(yong)(yong)(yong)材料(liao)的壁厚，節約材料(liao)和制造費用(yong)(yong)(yong)，而(er)且該(gai)鋼(gang)種的耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)（耐(nai)點蝕和應力(li)腐蝕斷裂）優于(yu)標(biao)準的300系列(lie)(lie)不(bu)銹鋼(gang)。


4. 尿素

    

 近年來(lai)，制造尿素生產設備(bei)采用(yong)的標準鋼種是改進(jin)型316L，即316L MOD或(huo)316L Urea，腐(fu)蝕性較嚴重的區域采用(yong)的是更高(gao)合金(jin)含量(liang)的不(bu)(bu)銹鋼，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是低碳、低硅和高(gao)氮含量(liang)的改進(jin)型310L奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼。

   

  在(zai)尿素(su)生產中，腐(fu)(fu)蝕(shi)不僅受到氨基甲(jia)酸酯水平的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，而(er)且(qie)還受到氨與二氧化碳比(bi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響和氧含(han)量的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。缺少(shao)氧氣(qi)會使不銹鋼發生腐(fu)(fu)蝕(shi)，所以最(zui)(zui)好使用(yong)耐最(zui)(zui)低氧含(han)量的(de)(de)(de)(de)鋼種，如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是Urea25/22/2的(de)(de)(de)(de)改(gai)進(jin)型(xing)，可用(yong)于尿素(su)生產工藝中條(tiao)件(jian)最(zui)(zui)苛刻(ke)的(de)(de)(de)(de)區域。印度農民(min)化肥合作公司（IFFCO）位于Kalol的(de)(de)(de)(de)尿素(su)廠的(de)(de)(de)(de)氣(qi)提塔中的(de)(de)(de)(de)管(guan)道(dao)就(jiu)是采(cai)用(yong)這(zhe)種材料制造的(de)(de)(de)(de)，氣(qi)提塔內(nei)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)和溫(wen)度是最(zui)(zui)高的(de)(de)(de)(de)。管(guan)道(dao)已使用(yong)了(le)25年(nian)以上(shang)。還有一種雙相鋼種可用(yong)于制造尿素(su)生產設備，這(zhe)就(jiu)是住友金屬工業和東洋工程(cheng)公司生產的(de)(de)(de)(de)DP28WTM。這(zhe)種雙相鋼的(de)(de)(de)(de)鉻含(han)量高，鎳(nie)含(han)量較低，所以具(ju)有良好的(de)(de)(de)(de)再鈍化性能，而(er)且(qie)非常耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂和氨甲(jia)酸溶(rong)(rong)液和氯化物(wu)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)。

    

  Sandvik公司(si)和斯塔米卡(ka)邦(bang)（Stamicarbon）公司(si)合作(zuo)開發了一種用于現代尿素廠無(wu)氧環境(jing)的先(xian)進(jin)雙相鋼(gang)SafurexTM。通過采用雙相鋼(gang)SafurexTM，斯塔米卡(ka)邦(bang)（Stamicarbon）公司(si)對尿素生產工藝(yi)進(jin)行簡化，去掉(diao)了風機、氫氣轉換(huan)器、高(gao)壓(ya)洗(xi)滌器和高(gao)壓(ya)氨噴射器。

    

  在尿素(su)生產過程中(zhong)(zhong)，氨（NH3）氣提(ti)塔通(tong)常是采用鈦制造的(de)。但(dan)是，為防止(zhi)鈦被(bei)沖(chong)蝕，需要為鈦加一(yi)層(ceng)覆層(ceng)。為了解決這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)問題，Snamprogetti公(gong)(gong)司(si)（Saipem公(gong)(gong)司(si)的(de)下屬公(gong)(gong)司(si)）與ATI Wahchang公(gong)(gong)司(si)合作開發(fa)出(chu)了OmegabondTM先進管道(dao)(dao)，在這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)管道(dao)(dao)中(zhong)(zhong)，利用固態接(jie)合技術將鋯粘結(jie)到了鈦上(shang)。海灣(wan)石化公(gong)(gong)司(si)（GPIC）首先在巴林的(de)大(da)型設(she)備上(shang)采用了這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)管道(dao)(dao)（該設(she)備于2009年投產運行），后(hou)來又有兩家公(gong)(gong)司(si)采用了這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)管道(dao)(dao)。


四、結論


    糧食是(shi)人(ren)類的(de)基本需求，同(tong)時對人(ren)造(zao)化肥的(de)依賴(lai)繼(ji)續增加，這是(shi)不(bu)(bu)(bu)銹鋼的(de)現(xian)成市場。然而，僅提供產(chan)(chan)品，等待用戶(hu)上門訂貨還遠遠不(bu)(bu)(bu)夠。只有鋼鐵生產(chan)(chan)廠家與用戶(hu)密(mi)切(qie)合(he)作(zuo)才會達到雙贏(ying)。這些合(he)作(zuo)為(wei)我們的(de)未來提供了樣板，不(bu)(bu)(bu)僅是(shi)在(zai)化肥生產(chan)(chan)領(ling)(ling)域，而且(qie)在(zai)整個加工制造(zao)領(ling)(ling)域。