腐植酸增效尿素生產(chǎn)技術探討

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。但我國氮肥的當季利用率僅為25%～35%，較發(fā)達國家低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中心和合肥市新型肥料工程技術研究中心的技術力量，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，可以提取高分子活性腐植酸，并利用螯合技術制備尿素增效劑。腐植酸化學組成十分復雜，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60年代開始，腐植酸類肥料逐漸引起農(nóng)業(yè)學者的重視。

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，與尿素反應生成的腐脲絡合物，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改變尿素的結構，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)試驗的結果表明，腐植酸對土壤中的脲酶活性的抑制率達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，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)出符合技術指標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，熔融尿液進入閃蒸槽內(nèi)減壓后進行氣液分離，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)二段濃縮分離器進行氣液分離，可以得到濃度為99.7%的腐脲絡合物溶液，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

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，并制定了相應的企業(yè)標準《增效氮肥》( Q/HSF022-2014)。其各項指標如表1 所示。

5．結語

腐植酸增效尿素是在傳統(tǒng)尿素生產(chǎn)工藝的基礎上，增加少量設備，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。

表1 企業(yè)標準《增效氮肥》各項指標