黃腐酸鉀硼增效劑及黃腐酸鉀硼尿素的生產(chǎn)

何 琳

(四川美青化工有限公司 四川射洪 629200)

尿素是氮含量最高的氮肥，年使用量巨大。但尿素的過(guò)量施用，往往導(dǎo)致土壤出現(xiàn)板結(jié)、硬化等現(xiàn)象。因此，在保證作物產(chǎn)量及品質(zhì)的前提下，減少尿素用量、提高尿素利用率是尿素生產(chǎn)企業(yè)謀求發(fā)展的方向之一。

研究發(fā)現(xiàn)[1]:黃腐酸鉀能科學(xué)組合新的營(yíng)養(yǎng)鏈，全面平衡植物需求；含有未知的高生物活性的促生因子，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有全面的調(diào)節(jié)作用；絡(luò)合能力強(qiáng)，能促進(jìn)植物對(duì)微量元素的吸收與運(yùn)轉(zhuǎn)；抗絮凝、具緩沖、溶解性能好，與金屬離子相互作用能力強(qiáng)；具有抗寒、抗旱的顯著功能。

元素硼是植物所必需的微量元素，其能加快植株生長(zhǎng)，促進(jìn)花粉萌發(fā)，刺激花粉管伸長(zhǎng)，有利于種子形成，減少落花落果。植物缺硼則會(huì)導(dǎo)致發(fā)育不良、產(chǎn)量下降，甚至顆粒無(wú)收[2]。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)，微量元素中硼缺乏最嚴(yán)重，四川省土壤缺硼面積達(dá)90%以上。四川川中丘陵和西南山區(qū)大部分土壤的有效硼、鉬含量在中等水平以下，有效硼缺乏的比例高于70%[3]。

四川美青化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)四川美青化工公司)通過(guò)多方調(diào)研，并結(jié)合現(xiàn)有300 kt/a二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)裝置年實(shí)際產(chǎn)能為330 kt的實(shí)際情況，研發(fā)了一種易于被作物吸收的緩控釋黃腐酸鉀硼尿素，拓寬了企業(yè)發(fā)展路線，可助力國(guó)家實(shí)現(xiàn)減肥增效的目標(biāo)。

1 生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1.1 黃腐酸鉀硼增效劑濃度的選擇

黃腐酸鉀硼增效劑濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致黏度增大、流動(dòng)性變差，造成計(jì)量泵無(wú)法工作；濃度過(guò)低，則會(huì)帶入大量水分，導(dǎo)致蒸汽消耗量增加。通過(guò)配制不同濃度的增效劑，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試計(jì)量泵打量變化及流量穩(wěn)定性(見(jiàn)表1)，最終選擇采用40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)黃腐酸鉀溶液與45%絡(luò)合硼溶液按照體積比5∶3混合，制備黃腐酸鉀硼增效劑。

表1 計(jì)量泵試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.2 增效劑加入點(diǎn)的選擇

四川美青化工公司尿素裝置由二氧化碳?jí)嚎s工段、液氨壓縮工段、高壓合成工段、低壓分解回收工段、蒸發(fā)造粒工段、解析水解工段組成。尿素生產(chǎn)裝置是一個(gè)流程化、系統(tǒng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)，增效劑加入點(diǎn)的選擇必須嚴(yán)謹(jǐn)。若在蒸發(fā)前加入增效劑，黃腐酸鉀顏色為棕黃色，將會(huì)污染前系統(tǒng)，即生產(chǎn)黃腐酸鉀硼尿素后再改產(chǎn)普通尿素，會(huì)造成成品尿素顆粒顏色發(fā)黃，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；若在蒸發(fā)后加入增效劑，增效劑帶入的水將導(dǎo)致成品尿素水含量過(guò)高，品質(zhì)受到影響(四川美青化工公司成品尿素水分控制在0.32%～0.45%，每噸尿素中加入4 kg增效劑，帶入水分2.325 kg，成品尿素將無(wú)法達(dá)到優(yōu)等品的指標(biāo)要求)。綜合考慮，四川美青化工公司決定在一段蒸發(fā)后、二段蒸發(fā)前加入增效劑，利用二段蒸發(fā)將成品尿素水分控制在0.5%以?xún)?nèi)。

1.3 增效劑加入溫度的選擇

一段蒸發(fā)后的尿液溫度為130 ℃，在初次設(shè)計(jì)時(shí)未考慮增效劑加入溫度，直接在常溫下將其加入一段蒸發(fā)后，結(jié)果計(jì)量泵流量突然降為零。其原因是增效劑溫度較低，與尿液接觸瞬間在連接處產(chǎn)生尿素結(jié)晶，致使管道堵塞。后逐步提高增效劑溫度至60 ℃時(shí)，未出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象；繼續(xù)提高增效劑溫度至70 ℃以上時(shí)，計(jì)量泵打量出現(xiàn)緩慢下降，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。所以選擇增效劑加入溫度為60 ℃。

1.4 增效劑加入量的選擇

硼加入過(guò)量會(huì)導(dǎo)致黃腐酸鉀硼尿素成本增加，農(nóng)民施肥成本同樣會(huì)增加。同時(shí)增效劑加入量過(guò)多可能產(chǎn)生產(chǎn)品總氮含量偏低、水分含量超標(biāo)的現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。依據(jù)四川省地方標(biāo)準(zhǔn)《硼肥合理使用準(zhǔn)則》(DB51/T 1021—2010)，確定噸尿素中添加黃腐酸鉀硼增效劑4 kg。

2 第一次工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

第一次設(shè)計(jì)的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 第一次設(shè)計(jì)的工藝流程

將黃腐酸鉀硼增效劑加入1#制備槽，在1#制備槽夾套中加入蒸汽冷凝液，將增效劑加熱至60 ℃，充分?jǐn)嚢?；利用位差將增效劑送?#制備槽，同樣利用夾套中的蒸汽冷凝液保持增效劑溫度，1#制備槽繼續(xù)配液；2#制備槽中的增效劑經(jīng)管道過(guò)濾器進(jìn)入計(jì)量泵，加壓后送至尿素裝置一段蒸發(fā)后。

2.2 存在的問(wèn)題

(1)管道過(guò)濾器堵塞嚴(yán)重、清洗難度大，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大。在實(shí)驗(yàn)室取配制合格的增效劑4份，采用水浴加熱的方式分別在40、60、70、90 ℃放置6 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加熱至40 ℃的增效劑無(wú)明顯變化；加熱至60 ℃的增效劑出現(xiàn)少量沉淀；分別加熱至70、90 ℃的增效劑出現(xiàn)的沉淀明顯增多。經(jīng)分析測(cè)定，沉淀產(chǎn)物為硼。將黃腐酸鉀和絡(luò)合硼采用以上方法不混合分開(kāi)試驗(yàn)，未出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。考慮到加熱至70 ℃后黃腐酸鉀溶液黏度會(huì)增大，決定將黃腐酸鉀和絡(luò)合硼分別加熱至60 ℃，再于加入點(diǎn)混合后進(jìn)入尿素裝置。

(2)計(jì)量泵未與尿液流量聯(lián)鎖，在生產(chǎn)負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。

3 第二次工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)第一次工藝設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，將黃腐酸鉀和絡(luò)合硼分別在1#、3#制備槽內(nèi)加熱至60 ℃，攪拌均勻后利用位差分別流入2#、4#制備槽，然后分別通過(guò)管道過(guò)濾器進(jìn)入1#、2#計(jì)量泵；1#、2#計(jì)量泵打量與尿液總管的流量聯(lián)鎖，可自行依據(jù)尿液流量設(shè)置系數(shù)，黃腐酸鉀和絡(luò)合硼混合后進(jìn)入尿素裝置的蒸發(fā)系統(tǒng)。第二次設(shè)計(jì)的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 第二次設(shè)計(jì)的工藝流程

第二次工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)不存在結(jié)晶堵管風(fēng)險(xiǎn)，能保障連續(xù)生產(chǎn)；

(2)采用單獨(dú)制備，絡(luò)合硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)2 000 mg/kg；

(3)適用于多種微量元素添加，可將硼換成其他微量元素，滿(mǎn)足生產(chǎn)多種增效尿素的要求；

(4)計(jì)量泵與尿素溶液流量聯(lián)鎖，采用自動(dòng)調(diào)整，成分控制更精準(zhǔn)；

(5)增效劑采用夾套加熱，其與尿液接觸后不會(huì)使尿液溫度瞬間降低產(chǎn)生結(jié)晶，避免發(fā)生堵塞；

(6)噸尿素加入40%黃腐酸鉀2.5 kg和45%絡(luò)合硼1.5 kg，生產(chǎn)的黃腐酸鉀硼尿素滿(mǎn)足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/91510922744686973G.3—2018《黃腐酸鉀硼尿素》的要求，主要指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《黃腐酸鉀硼尿素》主要指標(biāo)

4 黃腐酸鉀硼尿素的施用效果

為考察黃腐酸鉀硼尿素的施用效果，四川美青化工公司選取水稻F優(yōu)498為對(duì)象開(kāi)展了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)在四川省射洪縣復(fù)興鎮(zhèn)。

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理，每個(gè)處理面積為4畝(1畝=667 m2)。常規(guī)施肥是按照農(nóng)民的施肥習(xí)慣自行施肥；優(yōu)化施肥按基肥、蘗肥、穗肥3次施用氮肥；各處理過(guò)磷酸鈣及氯化鉀施用量相同。不同施肥處理氮素投入量見(jiàn)表3。

表3 不同施肥處理氮素投入量

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

不同施肥處理的群體穎花量及干谷產(chǎn)量見(jiàn)表4。

由表4可知：黃腐酸鉀硼尿素優(yōu)化施肥和常規(guī)施肥比普通尿素常規(guī)施肥分別增產(chǎn)24.8%和11.9%；與普通尿素常規(guī)施肥相比，黃腐酸鉀硼尿素減氮優(yōu)化施肥的產(chǎn)量仍提升15.8%。

表4 不同施肥處理的群體穎花量及干谷產(chǎn)量

5 結(jié)語(yǔ)

黃腐酸鉀硼尿素是一種新型增效緩釋尿素，除含有作物所需的大量元素氮素外，還含有促進(jìn)氮素吸收的黃腐酸，同時(shí)能補(bǔ)充土壤中所缺少的元素硼。黃腐酸鉀硼尿素生產(chǎn)工藝路線短、投資少、操作簡(jiǎn)單，可滿(mǎn)足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求，噸生產(chǎn)成本比普通尿素增加約100元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。在水稻種植試驗(yàn)上，黃腐酸鉀硼尿素增產(chǎn)作用明顯，達(dá)到了減肥增效的目的。生產(chǎn)黃腐酸鉀硼尿素為四川美青化工公司提供了一條新的發(fā)展路線，極大提高了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。