论新型氮肥——长效碳酸氢铵.pdf

第4 5卷第 3期 2 0 0 7年 6月 化肥设计 Ch e mi c a l Fe r t i l i z e r De s i g n J u n e 2 0 0 7 5 9 论新 型 氮肥 长效碳 酸 氢铵 冯元琦 原国家石油化学工业局经济技术委员会 北京1 0 0 0 1 1 摘要 介 绍 了碳 酸氢铵 产品的诞 生 沿革及现状 论 述 了长效碳铵 的改性机 理 供肥能 力 生产工艺 农用效果 揭 示了长效碳铵对 C O 2的减排和 固定效应 阐明 了开发生产新型氮肥 长效碳酸 氢铵对改善生 态环境和服 务农业 的重要意义 关键词 氮肥 长效碳酸 氢铵 改性机理 生产工艺 农用效果 C O 2减排 生态环境 中图分类号 T Q4 4 9 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 8 9 0 1 2 0 0 7 0 3 0 0 5 9 0 4 Di s c us s i o n o n Ne w Ty pe Ni t r o g e n Fe nn i z e r LO n g Effe c t i v e Amm o n i u m Bi c ar b o na t e F ENG Yu a n q i F o r m e r Na t io n a l P e t r o l e u m C h e mis t r y I n d u s t ry B u r e a u E c o n o m i c T e c h n ic a l C o mm i t t e e B e r i n g 1 0 0 0 1 1 C h i na Ab s t r a c t Au t h o r i n t r o d u c e d t h e b i r t h e v o l u t i o n p r e s e n t s it u a t i o n o f a mmo n i u m b i c a r b o n a t e d e s c r i b e d t h e i mp o rt a n c e f o r d e v e lo p i n g mo d i fi ed a mmo n i u m b i e a r b o n a t e r l o n g e ff e c t i v e am mo n i u m b i c a r b o n a t e d i scu s s ed t h e mo d i fi c a t i o n me c h a n i s m f e rti l i z e r s u p p l y c a p a c i t y p r o d u c t i o n p r o c e s s an d a g r i c u l t u r a l e f r e c t of t h e l o n g e f f e c t i v e a mmo n i u m b i c arbo n a t e b rou g h t t o l i g h t t h e e ff e c t of l o n g e ff e c t i v e am mo n i u m b i c a r b o n a t e o n d i sch a r g e r ed u c i n g fi x a t i o n of C 02 a n d c l e arl y d e s c ri b e d t h a t d e v e l o p i n g p r o d u c i n g n e w t y p e o f n i t rog e n f e rti l i z e r r l o n g e ff e c t i v e a mmo n i u m b i c a r b o n a t e h a s t h e i mpo r t a n t me a n i n g o n i mp rov i n g e c o l o g i c al e n v i ron me n t a n d s e r v i n g a g r i c u l t u r e Ke y wo r d s n i t r o g e n f e rti l i z e r l o n g e ff e c t i v e a mmo n i u m b i c arbo n a t e mo d i fi c a t i o n me c h a n i s m p r o d u c t i o n p r o c e s s a g r i c u l t u r al e ff e c t CO 2 d i s c h arg e r e d u c i n g e c o l o gi c al e n v i ron me n t 1 碳酸氢铵的产生和近况 碳酸氢铵 简称碳铵 是我国国民经济发展 的 历史产物 也是我国独立 自主创新的氮肥 品种 新 中国成立后 农业生产是国民经 济的重要基础 需 要多种支农化学产 品 特别 是化学肥料 其 中氮肥 首当其冲 但 当时由于遭受 国外封锁 必须 自力更 生创建 自己的氮肥工业 1 9 2 0年前后 国外 曾利用 焦炉气中的氨与二氧化碳反应生成碳铵 并对碳 铵 做 了肥效试验 肯定 了碳铵肥效 但 由于碳铵 的性 质不稳定 容易分解且含氮量 较低 等原 因 故一直 没有作为肥料进行工业化生产 2 O世纪 5 O年代末 我 国化学家侯德榜 博士基 于纯碱生产工艺 的基础 开发 了合成氨 碳铵 的联 产流程 简称联碳工艺 与合成氨联产纯碱 联产尿 素 联产 甲醇一起 成为我 国著名 的 四联工艺 这种流程把合成氨原料气 的二氧化碳净 化过程与 氨加工联合在一起 由于流程短 投资省 建设快 特别是当时我国地方县市对农业生产 的积极性 使 小型氮肥厂得到迅速发展 曾经在一段相当长的时 间里成为我 国氮肥 的 当家肥 2 O世纪 7 O年代 后 期 碳铵产量占我国氮肥的 6 0 生产厂家达 1 5 2 0 多家 有力地冲破 了国际的封锁 支援了我国农业的 发展 随着 国力 的增 强 技术 的发展 化学 产品逐年 与国际接轨 化肥向多品种 高浓度方向发展 当 今尿素已占氮肥产量 的6 0 以上 碳铵在国内市场 的总体需求呈下降趋势 如 2 0 0 6年一般下降幅度在 1 0 左右 部分地区超过 1 0 一 2 0 特别在价格 方面 由于生产成本上 升 市场批发 价达到 4 5 0 5 6 0 f r t 零售价达到 4 8 0 6 0 0 t 未来市场需求 也呈微弱下跌之势 展望 2 0 0 7年 碳铵必须走改性和提升技术措施 之路 碳铵存在 的优势为 见效快 速效 释放 价 格低 每个 N养分价 碳铵 2 7 3 6元 尿素 3 4 4 3 元 经济效益高 投入产出比 碳铵 尿素 等 另 外碳铵含有 1 7 N 还有 5 6 C O 都是植物所需 的 作者简介 冯元 琦 1 9 2 4年 一 男 江苏宜兴人 1 9 4 6年毕业于上海 交通大学 教授级高级工程师 原 化工部化肥 司总工程师 长期从 事 化工技术的研究 设计和技术 管理工作 维普资讯 6 O 化肥设计 2 0 0 7年第 4 5卷 养分 尤其在大棚农业 中凸显其 功效 碳铵 也存 在着不可忽视的弱点 如氮素含量低 易挥发 易结 块 储存难 使用不便 等 导致其 失去 固有的市场份 额 由于长 期以来农 民的使用习惯和丰富 的施用 经验 如冬季施用碳铵优于施用尿素 目前碳铵市 场销售量仍维持在 3 0 0 0万 t a左右 为 了适应农 民的需要 为了碳铵企业 的发展 和生存 必须致力 于碳铵改性技术 以提高碳铵产 品的质量和使用效 果 这是我 国化肥科技人员责无旁贷的任务 2 新型氮肥长效碳铵 在碳铵改性工作 中 有很 多科技单位 和企业取 得了卓有成效的成果 其 中中科 院沈阳应用生态研 究所研发 了长效碳酸氢铵 简称长效碳铵 新氮肥 品种 长效碳铵不仅保持 了碳铵原有 的优点 而且 使产品质量和使用效果得到显著提高 2 1 长效碳铵测试结果 长效碳铵经测试得到如下结果 氮素利用率 从 2 5 提高到 3 5 肥效期从 3 O 4 5天延长到 9 0 1 1 0天 等氮量施肥可使作物增产 1 3 左右 同等作物产量可节肥 2 0 3 0 年贮存损失 量由 1 5 2 0 下降到 2 5 改善了产品物 理性能 可以做 到不结硬块 轻击松 散 便于使用 改善 了生产操作环境 如碳铵离心机 岗位 长效 碳铵与普通碳铵 尿素的性能对 比见表 1 表 1 长效碳铵与普通碳铵 尿素 的性 能对 比 序号 项 目 长效碳铵 普通碳铵尿素 说明 1 年贮存损失量 2 3 l 5 2 0 0 l 2 氮素利用率 3 5 2 5 3 5 3 肥效期 d 9 0 l l 0 3 5 4 0 4 5 6 O 4 结块情况 不结硬块 结硬块 不结硬块 5 使用方法 一次基施 多次追肥 l 2次 追肥 6 增加作物根系 2 0 1 0 7 增加果谷含糖量 1 0 8 提高果品着 色率 2 5 3 7 5 1 0 9 同等怍物 量可节肥 2 0 3 0 l 0 等氮量作物增产 1 3 与尿素相比 与普通碳铵 尿素相比 与尿素相比 2 2 长效碳铵的改性机理和供肥能力 长效碳铵是选用双氰胺 D C D 作为氨稳剂 促 使普通碳铵改善 性能 既稳定了氨的作用 又具有 抑制氮的硝化作用 使产 品获得长效性能和利用率 的提高 以水 稻为 例 水 稻生育 期有 2次需肥 高 峰 分蘖期和抽穗期 其生育期不同施肥处理土 壤速效氮供肥曲线见图 1 传统施肥采用人工追 肥 供肥能力 曲线 2 接近理论规律 曲线 3 长 效碳铵肥效 期长 供肥能力符合水稻需肥规律 初 期释氮较缓 可有效控制无效分蘖 随后 长效碳铵 增强氮素释放 促进有效分蘖 到抽穗期 正是长效 碳铵释氮高峰 促使穗多粒大 在随后灌浆期 成熟期 长效碳铵供氮趋于平稳 促使水稻的千粒重指标提高 分蘖期穗 分化 期 抽 穗期 灌浆期成熟期 图 1 水稻生育期不同施肥处理土壤速效 氮供肥 曲线 1 一 土壤本身供肥能力 2 一碳酸氢铵常规 5次施肥供肥 能力 3 一高 产栽培理论供肥能力 4 一长效碳酸氢铵 1 次基施供肥能力 3 长效碳 铵生产 工艺 3 1 工艺流 程 长效碳铵 的生产建立在普 通碳铵生产 的基础 上 增加双氰胺 溶液制备和 向碳化系统注入双氰 胺溶液的长效碳酸氢铵生产工艺流程见图 2 图 2 长效碳酸氢铵生产工艺流程 l 一氨 回收清洗塔 2 一碳化 副塔 3 一碳化 主塔 4 一稠厚器 5 离心 机 6 一氨水循环槽 7 一氨水泵 8 高位吸氨器 9 一冷却器 l 0 一浓 氨水槽 1 1 浓 氨水泵 l 2 一稀 氨水槽 l 3 一 固定副塔 l 4 一D c D溶 液制备槽 l 5 一贮槽计量器 l 6 一输液泵 D C D溶液在带有搅拌器 的槽 内制造 根 据碳 化温度制备适宜 的 D C D浓度溶液 按适宜的数量送 入碳化系统 溶液经过氨水循环槽 再 由氨水泵送 入高位吸氨器 冷却器 浓氨水槽 由浓氨水泵 送入 碳化副塔和碳 化主塔 取 出液进入稠厚器 在离心 机处取得长效碳铵成 品 母液进入 氨水循 环槽进 行循环 D C D溶液在碳化 系统 与碳化母 液形成共 结晶体的长效碳铵 由此可见 生产长效碳铵 的工 艺十分简单 开启 阀门将 D C D溶液注入碳化系统即 可生产长效碳铵 关闭阀门即可生产普通碳铵 0 0 O O 0 0 O 9 8 7 6 5 0 l l E 一 一 z z 一 蓑 I 维普资讯 第 3期 冯元琦论新型氮肥 长效碳酸氢铵 6 1 3 2 技术特点 长效碳铵生产工艺具有 以下技术特点和作用 1 D C D对氨的稳定作用 由于 D C D对氨的 稳定作用 在常温条件下 可减少氨挥发量 5 2 增 加土壤铵离子贮存量 6 4 2 充分发挥 D C D氢键缔合团簇作用D C D 结构上有伯氨基和仲氨基 结合氨分子 有利于作 物吸收 3 实现 D C D结 晶纳米级分布D C D溶液在 碳化母液中形成纳米级结晶 均匀分布于共结晶体 不仅增强长效碳铵的稳定功能 而且降低 D C D用量 4 实现可靠和有效 的 D C D输送系统控制 碳化温度 制备适 宜浓度 的 D C D溶液 完成共结 晶 体的形成过程 有效提高长效碳铵产 品质量 突破 我国因不 同季节气温差异 而影 响碳 化工艺的技术 瓶颈 实现在我国不 同地 区 不同气 温条件下的长 效碳铵工业化生产 5 优选 D C D最佳添加量根据不 同地区的 土壤类别和作物 品种 从农业试验和实践 有序优 选 D C D的最佳添加量 以获得作物最高生 产量 提 升农业的投入产出比 6 实现长效碳铵一 次性施肥 由于长效碳 铵肥效期长 施用长效碳铵改变传统多次施氮为一 次基施 减少施肥工序和减少施氮总量以及农业支 出 并降低因氮损耗而带来 的环境污染 4 农业使用效果 4 1 增产 1 辽宁省进行 了施用长效碳铵和普通碳铵在 几种作物上的增 产对 比试验 其增产率 大 田作物 为 1 4 蔬菜作物 为 1 0 黄瓜 西红柿 为 1 3 3 和 1 1 7 果树为 1 4 2 各种农作物施用长效碳 铵和普通碳铵情况对 比见表 2 表2 各种农作物施用长效碳铵和普通碳铵情况对比 注 施肥量均为纯氮 2 辽宁省进行 了玉米施用长效碳铵和尿素的 对比试验 在 长效碳铵 施用量分别 比尿素施用量 减少 7 6 和 2 6 的情况下 长效碳铵 比尿素的增 产率分别达到 1 1 2 3 和 2 7 3 辽宁地区玉米施 用长效碳铵的对 比试验情况见表 3 表 3辽宁地 区玉米 施用长效 碳铵的对比试 验 试验 I 试 验 项 目 尿素 长效碳铵 尿素 长效碳铵 施肥量 k s h a 千粒重 g 产量 k g h a 增产量 k g h a 增产率 9 2 X1 5 8 5 X1 5 l 1 5 X1 5 8 5 X1 5 3 2 5 7 3 3 2 2 2 6 5 5 3 2 1 8 5 2 2 5 1 5 5 8 0 7 X1 5 3 91 08 1 5 4 9 7 8 5 X1 5 5 2 8 X1 5 1 0 6 7 7 X1 5 1 1 2 3 2 7 3 注 施肥量均为纯氮 3 辽宁省对玉米产量进行了 3种施肥量的对 比试验 普通碳铵 长效碳铵等量施肥的玉米产量 对比见表 4 由表 4可见 3种肥料施肥量分别为每 公顷 6 7 5 k g 9 0 0 k g 和 1 1 2 5 k g 实物 长效碳铵较 普通 碳 铵 的 增 产 率 分别 为 1 5 8 1 1 4 3 2 和 8 4 结果表明 随着施肥量的增加 其增产率而 随之降低 表 4 普通碳铵 长效碳铵等量施肥的玉米产量对比试验f 小区 施肥量 k g h a 小区产量单产 增产量增产 序号 肥料 一 k s k s h a k s h a k s h a 一 率 实物 折纯氮 翠 1 4 5 X1 5 7 6 5 X 1 5普通碳铵 3 0 3 X1 5 4 4 9 1 5 长效碳铵 3 5 1 X 1 5 5 2 0 1 5 7 1 X1 5 1 5 8 1 2 6 0 X1 5 1 0 2 0 X1 5普通碳铵 3 1 6 X 1 5 4 6 8 1 5 长效碳铵 3 6 1 x1 5 5 3 5 1 5 6 7 x1 5 1 4 3 2 3 7 5 X 1 5 1 2 7 5 X1 5普通碳铵 3 5 6 X1 5 5 2 8 1 5 长效碳铵 3 8 7 X1 5 5 7 3 1 5 4 6 X1 5 8 6 4 4 2 提高投入产出比 辽宁地区玉米施用长效碳铵一次性 施肥的投 入产出比见表 5 表 5说明长效碳铵的投入产出比为 1 4 6 2 7 4 4 而尿素的投入产出比为 1 2 4 0 4 5 0 维普资讯 6 2 化肥设计 2 0 0 7年第4 5卷 表 5辽宁地 区玉米施 用长效碳铵 一次性 施肥 投入产 出比 试验 I 氮肥 1 O O 二铵 实物 除草 种子 铲趟追肥 其他费用 总计费用 节省费用 投 入产 出比 增益 试验 氮肥 1 O O 二铵 产物 除草 种子 铲趟追肥 其他费用 总计费用 节省费用 投入产出比 增 益 9 5 1 5 2 4 l 5 5 1 5 7 5 l 5 4 l 5 9 6 1 5 4 0 1 5 2 0 l 5 l 01 1 0 1 5 l 4 5 0 l 1 5 1 5 5 0 l 5 1 2 1 5 3 2 5 1 5 4 1 5 3 2 1 5 5 0 3 0 1 5 1 9 4 4 0 l 5 l 2 4l 注 使用长效碳铵的耕作方法为免中耕一次基施 使用尿素的耕作 方法为常规施肥 追 肥 5 长效碳铵对二氧化碳的减排和 固定效应 全球变暖 已为世人所关注 据报道 造成全 球变暖的主要影 响因素是温室气体 二氧化碳 C O 氧化亚氮 N 0 氟里昂 C J F C J F 和 甲 烷 C H 等 其 中二氧化碳 的影响率 占 6 0 人 为 燃烧矿质燃料所产生的 C O 占7 0 左右 因此 除 发展替代燃料外 C O 的减排和固定成为减少温室 气体的主要措施 吸收 固定技术 即强化植 物光合 作用是增加植物体碳源 固定技术为主要措施之一 以下测试表明 使用长效碳铵具有对二氧化碳的减 排和固定效应 5 1 长效碳铵 普通碳铵 的 C o 固定技术 在有水存在的条件下 长效碳铵 的 H C O 3 离子 与土壤 中 C a Mg离 子结 合 成 固 定 态 C a C O 和 Mg C O 使 C O 固定 于土壤 中 通过 C测试 C O 的吸收和固定达到 8 6 其 中植物吸收 1 0 以上 土壤固定 7 6 作物有机碳的形成量测试 表明 在玉米 水稻 上测定 由于碳素的施入 明显增加 了作物的有机 碳含量 长效碳铵 普通碳铵 对玉米 水稻 的有机 碳固定量 比较见 表 6 长效碳铵 普通碳铵与对照 相 比较 玉米 的有机碳 的增加率分别 为 4 8 8 2 和 4 0 8 6 水稻的有 机碳 增加率 分别 为 2 O 2 1 和 1 2 5 3 长效碳铵比普通碳铵对玉米和水稻 的有 机碳增加率分别增加 7 9 6 和 7 6 8 表 6 长效碳铵 普通碳铵对玉米 水稻 的有机碳 固定量 作物处理 k g h a 一 t t h a 蚴 t h 噜 a t 率 产出 比 5 2 土壤中 C o 排放量 土壤中施入长效碳铵 和尿素 经 4 2 d