尿素增值技术与应用(徐州)

尿素增值技术及应用2012 10 19 内容提要 1 背景2 主要增值技术3 推广与应用4 思考和建议 一 背景 国产氮肥目前总产能达到6500万吨 市场需求仅在5200 5500万吨 2012年氮肥总产能将达到7200万吨 扣除需求增长因素外 产能过剩仍将达到千万吨以上 预计国际市场2011年至2014年 尿素产能年增长率为6 需求方面 市场在2010年已经开始快速回暖 估计2011 2014年全球尿素需求量平均年增长速率为3 8 2011 2014年期间尿素整体供应过量 2011年过剩700万吨 2013年过剩900万吨 2014年过剩量将达到1900万吨 一 背景 我国是尿素生产和施用量最大的国家 上世纪90年代以来 尿素用量大幅度增加 作物产量却没有相应的增加 尿素利用率持续下降 农业面源污染日益突出 目前农村劳动力向城市转移 许多施肥技术 如多次追肥 化肥深施等都难以在大田作物上实现 轻简施肥技术发展很快 我国氮肥的利用率只有25 35 平均仅为33 3 比发达国家低10 15 一 尿素增值的意义 目前 我国农业消费的尿素氮肥2000万吨 年 纯氮 通过气态挥发 淋洗和径流等途径损失掉的尿素氮肥达到1000万吨 折合尿素2100多万吨 直接经济损失450亿元人民币 不仅造成能源与资源的巨大浪费 而且对环境造成极大威胁 因此 尿素的增效改性将成为我国新型肥料研究的重要方向 一 背景 6 一 背景 增值肥料的定义 本身是常规肥料 改良了性能 利用率提高 改善环境 节约资源 能源 能增加农民收益 有利于恢复生态平衡 科技含量高 是新型肥料 一 开发增效尿素的意义 二 尿素的主要增值技术 缓 控释肥料最大的特点是养分释放与作物吸收同步 简化施肥技术 实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要 肥料损失少 利用率高 环境友好 二 尿素的主要增值技术 2009年我国缓释肥料产量 70万吨 缓释肥料从20世纪70年代开始 到今天经历了探索起步 20世纪80年代 初步发展 20世纪90年代 和快速发展 2000年以来 三个阶段 二 尿素的主要增值技术 无机包裹肥料 稳定性肥料 硫包衣尿素 聚合物包膜肥料 有机无机包膜肥料 研究历史 膜材随整个科技进步在演变 硫磺树脂肥包肥聚乙烯乳液聚氨酯 包膜尿素生产工艺研究进展 高分子包膜控释肥料发展现状 无溶剂表面反应包膜技术和工艺特点聚氨酯2 4 包膜数量 原位反应成膜示意图 尿素反应成膜技术 木质素是一种含许多负电基团的多环高分子有机物 对土壤中的高价金属离子有较强的亲合力 木质素比表面积大 质轻 作为载体与N P K和微量元素混合 养分利用率可达80 以上 肥效可以持续20周之久 无毒 能降解 能微生物降解生成腐殖酸 可改善土壤理化性质 提高土壤通透性 防止板结 改善肥料的水溶性 降低土壤中脲酶活性以及减少有效成分被土壤组分的固持 提高磷的活性等方面具有明显的效果 木质素包膜尿素 木质素包膜尿素 TVA法 连续式滚筒粒化机改良TVA法CIL法凝结包裹工艺喷动床工艺PCSCU法 技术关键 将硫磺熔融后 在高压下喷涂在预热处理的尿素表面 然后再在其表面喷涂蜡质或聚合物 密封硫磺包裹产生的孔隙或裂隙 硫包衣尿素生产工艺 无机包裹技术和工艺 肥料包裹技术 主要是利用有机的或无机的粘结剂等将具有巨大表面积 内表面积无机矿物 如钙镁磷肥 膨润土 蛭石 腐植酸 凹凸棒等 或碳粉 如竹炭粉 包裹在肥料表面 形成一层包裹层以阻碍肥料的溶解 并吸附溶出 研究机构 郑州工业大学 华南农业大学 乐喜施 锌腐酸增效剂是以风化煤 褐煤为主要原料 通过微生物发酵技术提取的小分子活性腐植酸 通过螯合技术制备的尿素增效剂 添加到尿素中生产锌腐酸尿素 增效剂添加量为每吨尿素10kg 50kg 锌腐酸增效剂中含有大量羧基 酚羟基 羰基等活性基团和微量元素 可促进作物生长 对土壤脲酶活性有很好的抑制效果 减少氨挥发损失 锌腐酸增效剂与尿素发生反应产生锌腐脲 减缓尿素在土壤中的分解和释放速度 提高尿素利用率 另外 锌腐酸尿素还具有改良土壤 培肥地力 补充和活化土壤中微量元素的作用 稳定法和生物法兼备 腐植酸增值尿素 利用腐植酸等增效剂改性大氮肥 尿素溶融造粒工艺试验设备 缓释增效尿素系列试验产品 腐植酸增值尿素原理 纳米增值尿素原理 纳米碳进入土壤后能溶于水 增加土壤的EC值 超导率 30 可直接形成HCO 3 以质流的形式进入植物根系 进而随着水分的快速吸收 携带大量的N P K等养分进入植物体合成叶绿体和线粒体 并快速转化为生物能淀粉粒 因此纳米碳可起到生物泵的作用 增加植物根系吸收养分和水分的潜能 每吨纳米增效尿素成本增加200 300元 在高产的条件下可节肥30 左右 每亩综合成本可下降20 25 海藻酸增值尿素 海藻酸增效剂是以海藻为主要原料 利用微生物发酵方法制备的小分子生物活性物质 添加到尿素中生产出海藻酸尿素 具有提高尿素利用率的效果 海藻酸增效剂的添加量为每吨尿素10kg 30kg 海藻酸增效剂中含有海藻酸 吲哚乙酸 赤霉素 萘乙酸等有机物和生理活性物质 可促进根系生长 提高根系活力 增强作物吸收养分的能力 海藻酸增效剂还可抑制土壤脲酶活性 降低尿素的氨挥发损失 海藻酸增效剂中的生物活性物质与尿素发生反应 延缓尿素在土壤中的释放和转化过程 另外 海藻酸尿素还具有抗旱 抗盐碱渗透 耐寒 杀菌和提高农产品品质的作用 生物活性物质 谷氨酸增值改性技术 禾谷素增效剂是以天然谷氨酸为主要原料经聚合反应而成 通过螯合技术生产的尿素增效剂 添加到尿素中生产禾谷素尿素 添加量为每吨尿素10kg 30kg 禾谷素增效剂中的谷氨酸是植物体内含量最高的氨基酸 也是植物体内多种氨基酸合成的前体 在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用 谷氨酸可在植物体内形成谷氨酰胺储存氮素 并能消除因氨浓度过高而产生的毒害作用 因此 禾谷素尿素具有促进作物生长 降低氨浓度过高对作物的危害 补充土壤微量元素 从而提高尿素氮肥的利用率 氨基酸类尿素 天门冬氨酸类 多肽 谷氨酸类 聚谷氨酸 氨基酸增值尿素 山东禹城瑞利源科技有限公司企业标准QRLY001 2005瑞利源含多肽尿素 氨基酸增值尿素 在尿液中加入金属蛋白酶 经蒸发器浓缩造粒而成 酶是生物发育成长不可缺少的催化剂 因为生物体进行新陈代谢的所有化学反应 几乎都是在生物催化剂酶的作用下完成的 多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质 肽键是氨基酸在蛋白质分子中的主要连接方式 肽键金属离子化合而成的金属蛋白酶具有很强的生物活性 酶鲜明地体现了生物的识别 催化 调节等功能 可激化化肥 促进化肥分子活跃 金属蛋白酶可以被植物直接吸收 因此可节省植物在转化微量元素中所需要的 体能 大大促进植物生长发育 经试验 施用多肽尿素 植物一般可提前5 15d成熟 玉米提前5d左右 棉花提前7 10d 西红柿提前10一15d 且可以提高化肥利用率和农作物品质等 多肽增值尿素 海藻尿素AU 锌腐酸尿素HAU 禾谷素尿素AMU 稳定性肥料养分释放机理 稳定性肥料指添加脲酶抑制剂 硝化抑制剂或同时添加者两种抑制剂的尿素脲酶抑制剂 延缓尿素的水解硝化抑制剂 抑制铵态氮 尿素水解产物 转化成硝态氮在雨水比较少 淋失损失少和无大水漫灌的条件下能更好的发挥效果 微肥增效尿素是在熔融的尿素中添加2 的硼砂和l 硫酸铜的大颗粒增效尿豢 试验表明 含有硼铜微量元素的尿素可以减少尿素中的氮损失 既能使尿素增效 又可以使农作物得到硼 铜微量元素而提高产量 硼砂和硫酸铜能使尿素增效的机理是 主要是它们有抑制脲酶的作用及抑制硝化和反硝化细菌的作用 从而提高尿素中氮的利用率 化学法增值尿素 化学法增值尿素 化学型缓释尿素化学型缓释尿素是由尿素与其他物质经化学反应制成 如脲甲醛 UF 亚异丁基二脲 IBDU 脲乙醛 CDu 脲醛弥散氮肥 尿素缩醛等 它们的肥效都能持续数月之久 其中脲甲醛和亚异丁基二脲生产 应用较多 但通常其生产过程较复杂 成本较高 氮含量较低 多用于园林 草坪等特殊场合 脲甲醛是最早商品化的缓释氮肥 其生产方法有浓溶液法和稀溶液法 稀溶液法是甲醛和尿素在适当的条件下 在酸催化剂中反应 形成一种悬浮产物 然后进行过滤 造粒 干燥 未反应的甲醛和尿素溶液再循环使用 由于脲甲醛不溶于水 所以在土壤中不易淋失 而被贮备在土壤中 当条土壤微生物活性增强和有利于植物生长时 脲甲醛即可进入微生物分解和氮素释放过程 脲甲醛技术及其原理 三 推广与应用 增值尿素的应用 方法 数量 时期 区域 作物直接使用 不做任何改变改变方式 根部施肥 掺混肥减量使用 过量施肥区域时期要求 基肥 追肥区域 土壤 气候适合作物 经济作物 大田作物 果树方式 撒施 沟施 穴施 三 增值尿素的推广应用 四 思考与建议 尿素增值市场现状 基础研究应用 2 肥料的发展趋势 标准与效果 2010 3 10 德国全国肥料养分施用量变化 美国全国肥料养分施用量 2010 3 10 日本全国肥料养分施用量变化 用领域美国日本西欧农作物市场4 338 461 95非农业市场45 190 812 14景观草坪14 33 3 26高尔夫草坪10 75 4 27花卉 苗圃等20 10 4 61总计49 519 2614 09农用比重8 7 91 4 13 8 非农用比重91 3 8 7 86 2 单位 万吨 实物 2005年部分国家和地区缓 控释肥料的消费领域 PRODUCTOVERVIEW N FixxisaValueAddedFormulationcontainingtheactiveNBPT N FixxisanitrogenfertilizeradditiveforUreaandUANsolutionsthatstopsvolatilitybyinhibitingtheactivityoftheureaseenzyme N Fixxisusedtodelaythehydrolysiswhichiscausedbytheureaseenzyme Thisactionresultsinareductionofammonialossbyvolatilizationwhenusedinsurfaceappliedapplications N Fixxcontainsaenhancementcomponentthatcancontributetoenhancedplanthealth 未来肥料研究的重点应当是如何提高效率与利用率 而不是继续大幅度提高施肥水平 所以 更新观念 打破传统 力争在未来20年 我国肥料产业实施质量替代数量发展战略 化肥供应量力争控制在5000万吨以内 在不增加或少量增加化肥用量的前提下 通过提高效率 保证我国的粮食安全 质量替代数量是中国肥料产业未来发展的道路 我国肥料发展趋势 我国肥料产业的未来发展 发展有利于提高氮肥利用率的肥料 标准与效果 现有的标准 1 缓释肥料 GB T23348 20092 稳定性肥料 HG T4135 20103 硫包衣尿素 HG T3997 2008问题 名称多样 标准缺失 检测性差 登记困难如含硫尿素 腐植酸尿素 多效尿素 双酶尿素 多肽尿素 智能尿素 缓释尿素 增效尿素 有机尿素 多元素尿素 长效尿素 发展增值尿素应遵循的原则 如果标称尿素 含氮量不低于46 符合尿素产品含氮量国家标准 可建立添加增效剂的增值尿素质量标准 具有常规的可检测性 增效剂微量高效 添加量在0 5 5 之间 工艺简单 对设备无损害 成本低 增效剂为天然物质及其提取物或合成物 对环境 作物和人体无害 基础研究应用 目前国内的