1、12/16/20221肥料加工与制造12/16/20222第一章 化肥工业的历史回顾 12/16/20223 第一节 世界化肥生产的发展历程 虽然人类施用肥料的历史可以一直追溯到远古时代，然而化肥登上舞台却是19世纪以后的事。当时，为推动农业生产的发展，围绕作物营养的本质进行了广泛的试验。在这些研究中，以李比希的工作最为重要：1840 年他确定了几种为作物生长发育所必不可少的矿物，还建议用硫酸处理兽骨。他第一次提出了必须对天然物质进行化学加工，才能显示出它们的肥效。12/16/20224 1842 年Murray 和Lawes 几乎同时获得了生产普通过磷酸钙的专利。Murray 的专利强调了可
2、以用磷矿代替兽骨作为原料。第一个生产普通过磷酸钙的工厂则由Edward Packard 在1854 年建于英国，不久即推广到许多国家。不过，在丰富的磷矿资源被发现之前，生产的主要原料仍然是兽骨。大约在18671868 年美国Baltimore 厂才开始改用磷矿。普通过磷酸钙垄断磷肥工业的局面一直持续到了20 世纪上半叶。12/16/20225 湿法磷酸在18501852 年开始投入生产，主要用于制磷酸，原料也是兽骨。1868 年，Charles D.Abel获得高炉制磷专利；第一个工业电炉在1890 年建于英国Wednesfield，紧接着法国（1891）、德国（1892）、加拿大（1893）
3、和美国（1897）等国也陆续建厂投产，从此开始了磷肥生产中湿法和热法两大加工路线的对峙。12/16/20226 钢渣磷肥的使用从另一个侧面支持了热法路线的发展，成为热法磷肥的先驱。1877年Thomas和Gilchrist 为了从含磷铁矿制取优质钢，提出了从生铁中除磷的方法。其副产炉渣含有较多枸溶磷。1882 年Wagner 发现可作为磷肥使用后，便得到了推广应用。这种炉渣后来称之为钢渣磷肥，并成为西欧的传统磷肥品种，长期以来其重要性一直仅次于普通过磷酸钙。12/16/20227 氮肥工业的起步大约要比磷肥晚半个世纪，那时的氮肥市场上只有智利硝石和副产硫酸铵供应，各种固定氮方法尚在探索之中。智
4、利硝石的肥效是1809 年Toddes Haenke 发的，这种硝石经过简单加工后可以获到相当纯净的硝酸钠和硝酸钾，在相当长的一段时期内成为世界各国的主要氮源。从煤干馏所得气体中回收氨的做法由来已久，1885 年以后，随着煤焦工业的迅速发展，回收方法的不断完善，才使得副产硫铵不仅在数量上而且在经济上也达到足以和智利硝石相竞争的地步。12/16/20228 探索的固定氮途径主要有三条：电弧法、氰氨法和合成氨法。电弧法的研究集中在20世纪初，这类通过放电使空气中氮以氧化氮形态固定，最终以硝酸形态回收的方法，由于经济原因而未能存留下来。另一方面，1895 年Adolf Frank和Nikodem C
5、aro 首倡的氰氨法问世。这种原来是使碳化钙氮化制取氰化物过程中的中间产物氰氨化钙，后经Wagner等人证实其肥效，于 1907 年在意大利水电丰富的Piano d Orta 建厂，产品称之为石灰氮。石灰氮除作为肥料外，还兼有调理土壤和杀虫等作用，颇受农户欢迎。12/16/20229 关于氨的合成，早期已有许多实验室研究，特别由于催化剂和化学平衡方面数据的积累，使得当时哈伯已经能够在实验室中建设一套80g/h 氨合成示范装置。哈伯1908 年获得的专利则进一步使之在工业上成为可能，它所叙述的使未反应氮氢气返回重新合成的原理至今仍为合成氨生产所遵循。1913 年BASF 在德国Oppau建成并投
6、入运转了世界上第一套合成氨示范装置。这套装置规模是产氨30t/d，采用了一氧化碳变换，高压水洗脱除二氧化碳和铜氨液洗涤精制，并用以铁为主体的氨合成催化剂。这已完全具备了现代氨厂的主要特征，从而使氮肥工业进入了新纪元。12/16/202210 钾肥工业以德国StaBfurt 钾石盐矿的开采为起点。该矿1839 年正式开采，1860 年左右发现其肥料价值后即广为使用。从该矿采得的光卤石、钾石盐和钾盐镁钒很容易加工制得氯化钾和硫酸钾，直到现在后两者依然是钾肥中最重要的两个品种。12/16/202211 如果说19世纪末和20世纪初是化肥工业的创建的期，那么20世纪上半叶可以看作是它的潜在发展时期。首
7、先是在磷肥生产中各种间歇法逐步为连续操作所取代。其次是19171918 年Ross 和Carothers 用Cottrell电除雾器回收磷酸酸雾成功，为热法磷酸生产最终扫清了障碍。然而，由于来自湿法磷酸的竞争，热法磷酸的发展很快受到了限制。12/16/202212 与此同时，新的磷肥品种不断涌现。首先是高浓度复合肥料开始问世。值得一提的是硝酸磷肥比磷铵更早得到重视。磷铵主要还是用磷酸吸收焦炉气中氨得到的。另一方面，热法磷肥进展迅速。这个时期以TVA 为中心先后研究并投产的有脱氟磷肥、钙镁磷肥、偏磷酸钙和偏磷酸钾等。这些肥料一般采用热法加工，使磷矿在电炉或高炉中加热脱氟或和其他添加剂反应而释出有
8、效磷。其共同特点是产物呈枸溶性，因而在习惯生产和使用过磷酸钙的美国发展极其有限，然而在西欧和日本等地得到了广泛采用。12/16/202213 氮肥方面，HaberBosch 法几经改进，仍然是氨合成的主要方法。除此以外，各国又提出许多方法。它们的区别起初主要是采用的压力不同，后来又在合成塔结构上出现了许多改进。合成气原料还是以煤、焦为主。此外，以电解氢、焦炉气、炼厂气和天然气作为生产原料使用，大大丰富了合成氨的原料来源。尤其是天然气，1931年美国Baton Rouge 第一个天然气制氨装置的投产，使得通过蒸汽转化天然气制氨在天然气储量丰富的北美迅速取代了煤、焦，成为那里的主要制氨原料。12/
9、16/202214 合成氨的大规模工业化生产将氮肥工业正式置于“人工”合成的基础上。首先是20世纪20年代初氨氧化法制硝酸实现了工业化生产，于是通过化学反应制取硝酸铵等硝酸盐成为可能。在生产纯碱过程中副产氯化铵的方法也达到了实用阶段。其中最有意义的是尿素的开发。1922年法本公司首先从二氧化碳和氨直接合成尿素，1932年和1935年美国和英国也开始生产尿素。由于生产过程较为复杂，最初进展甚慢，主要研究工作集中在相平衡方面。1950 年世界尿素总产量只有20万吨，只占当时世界氮肥总产量的2%多。以合成氨为起始的氮肥的发展使得天然硝石及其他固定氮来源在氮肥工业中的地位日益下降。12/16/2022
10、15 钾肥生产对原料的依赖特别严重。由于其主要原料可溶性钾盐矿在世界各地贮藏很不均匀，自从1939年StuBfurt 发现钾石盐矿后，1862 年在波兰喀尔巴阡山，1904 年在法国Alsace，1911年在美国Permian Basin，1914 年在西班牙Barcelona，1925 年在苏联乌拉尔山，1926 年在意大利Sicily，1938 年在英国Yorkshire 和1948 年在加拿大Saskatchewan 等地相继发现的钾盐矿床，使得这些国家几乎集中了世界上全部钾肥工业。12/16/202216 死海和盐湖以及草木灰、水泥窑灰等虽也可提供部分钾源，毕竟数量有限。诚然，世界上含
11、钾资源种类不少，但若要从明矾石、钾长石、海绿石和白榴石等矿石中取钾并非易事。试验的方法很多，但要得到纯净的钾盐，其共同特点是工艺路线长、收率低、经济性差，因而仅有极个别的地区建厂。没有钾盐矿资源的国家宁愿进口成品钾肥。12/16/202217 1950年代以来是化肥工业的全盛时期，其生产发展迅猛，技术更新快速，新品种上市繁多。氮肥原料从固体燃料转向气态烃和液态烃，化肥品种从低浓度单一肥料过渡到高浓度复合肥料，随之而来的单系统、大型化，更使整个化肥生产达到了现代最先进的工业技术水平。而且，化肥生产已不再为少数几个国家所独占，整个世界到处都在生产化肥。12/16/202218 化肥工业已经成为规模
12、宏大的行业，它的产品每年数以亿吨计。统计数字表明，从1930/31 年度到1959/60 年度化肥产量翻了两番还多，以后，每隔10年又大致翻了一番。磷肥保持了一个多世纪的领先地位第一次被氮肥取代。氮肥由于需要量激增，原料来源广泛易得，加上生产技术日趋完善，在一般新兴国家中总是得到优先考虑，因而它的增长速度大大超过了磷肥和钾肥。50 余年间，氮肥产量增加近50倍，而磷肥和钾肥只有十余倍。12/16/202219 化肥品种结构发生了深刻的变化，普通过磷酸钙被重过磷酸钙取代，硫铵让位于尿素，以磷铵和硝酸磷肥两大系列为基础的复肥生产逐渐形成主流。化肥品种由低浓度单一肥料向高浓度复合肥料过渡的结果，使各
13、国生产化肥的平均浓度从早先的不到20%提高到了40%以上。各种新型肥料诸如缓释肥料、硝化抑制剂、液体肥料、微量营养元素肥料以及更高浓度复合肥料的纷纷登场，大大丰富了化肥的品种。12/16/202220 尿素发展迅速，增长最快的是前苏联、亚州和北美。生产技术则不断更新。不循环法和半循环法早已为全循环法取代。氨基甲酸铵水溶液全循环法逐渐成为尿素生产流程的主流。水溶液循环法的一个重要发展是Stamicarbon 和Snam Progetti 分别在1965年和1963年提出的气提法。气提法由于工艺较简单、设备问题较少等优点、推广很快。在1965年以来国外建造的210个新尿素厂中，有109个采用气提法
14、。12/16/202221 在磷肥方面，1950年代初和1960年代末的两次世界性缺硫是硝酸磷肥的发展良机，用硝酸分解磷矿时，硝酸既是分解剂又是营养元素来源，理应比硫酸分解法合理。但是，为分离硝酸钙和追求水溶性所作的努力，其结果不免使流程冗长，操作复杂，而所获产品的水溶率仍然有限。这就限制了硝酸磷肥的发展，目前它的生产几乎全部集中在欧洲。12/16/202222 用磷酸中和氨制取磷铵发展迅速，因为它生产过程简单，产品浓度高，造粒性好，而且所含磷几乎全部呈水溶性。1960年代初，美国TVA和英国SAI 分别开始用湿法磷酸生产磷酸二铵和磷酸一铵。磷酸二铵由于适宜作为散装掺合肥料的磷源，因而在美国被
15、广泛采用；而磷酸一铵可以代替普通过磷酸钙以混合造粒方式生产复合肥料，因而在其他国家得到了大力推广。12/16/202223 磷铵和高浓度复肥的大规模生产有力地推动了湿法磷酸生产。一方面是湿法磷酸生产能力不断扩大，19661979 年间平均每五年增长51%，1984 年世界总能力达到了3358万吨/年，进入1980年代以来，平均每年净增生产能力130万吨P2O5 以上。经过一个多世纪的开发和发展，化肥工业如今成了规模空前巨大的行业。12/16/202224 第二节 我国化肥生产的发展历程 我国的化肥生产开始于1930年代。先后在1935年和1936年建成投产的大连化学厂和南京永利錏厂是解放前仅有
16、的两个化肥厂，而硫铵是其唯一的产品，历史上最高年产量（按实物计）总共为22.7 万吨（1941年）。到全国解放的1949年，只有永利錏厂还在生产，产量为2.7 万吨（实物），这也是当时全国的化肥产量。12/16/202225 解放后经过国民经济恢复时期，1952年化肥产量增加到了19.0 万吨（标准肥）。在第一个五年计划中，对老厂进行了大规模扩建，加上从1955年起建造了一些磷肥厂，到1957年，化肥产量达到了73.5 万吨（标准肥）。12/16/202226 我国氮肥工业的发展可以分成如下几个阶段：19571960 年期间陆续建成投产了四川化工厂、吉林化工公司化肥厂、兰州化工公司化肥厂、北京
17、化工实验厂和太原化工公司化肥厂等五个中型厂。除北京化工实验厂生产碳酸氢铵外，其余四个厂都生产硝铵。它们的建立为我国氮肥生产的发展打下了基础。值得一提的是1958年出现的小型厂。它们利用氨水脱除原料气中的二氧化碳。以反应产物碳酸氢铵作为肥料品种。由于生产简便、原料单一，单厂投资少，因而发展较快。这些厂的规模一般产氨为30005000t/a，后来部分厂扩大到了10000t 以上。1960年代初，由我国自行设计、制造和安装的25000t/a 的制氨装置相继在上海吴泾，浙江衢州和广州等地建成投产，标志着我国氮肥生产进入了新的发展时期。这些厂的产品都是硫铵。12/16/202227 随后所建的氮肥厂主要
18、分为两种类型：产氨能力相当45000tNH3/a 的碳铵生产装置和能力相当60000tNH3/a 的尿素生产装置。前者以江西氨厂（1966 年）、宝鸡氮肥厂（1968年）和宣化化肥厂（1968 年）等为代表，后者有石家庄化肥厂（19651966 年）、银川化肥厂（1970 年）和鲁南化肥厂（1971 年）等。其中尿素厂的投产开始了我国高浓度氮肥的生产。这些厂大都以煤为原料。分别在1966 年和1970 年投产的沪州天然气化工厂和兴平化肥厂，则采用了天然气和重油为原料制氨。19761978 年期间从国外引进的13套大型制氨装置集中建成投产，使我国氮肥面貌大为改观：气（液）态烃成为氮肥生产的主要原
19、料之一，尿素在氮肥品种中的比重迅速上升，生产技术达到了世界先进水平。而后来引进的几个大型装置，使我国在用煤和重油生产氮肥的技术方面也得到很大提高。12/16/202228 我国磷肥生产起自1955 年，但普通过磷酸钙真正成为一个磷肥品种大量供应是在1958年南京磷肥厂、太原磷肥厂、衡阳化工厂和宜昌市磷肥厂等投产之后。1960年代初继续建成投产的湛江化工厂（1963）、铜官山磷肥厂（1963）和株州磷肥厂（1965）等，使普通过磷酸钙成为我国最主要的磷肥品种。钙镁磷肥是在1950年代初开始研制的。不久，四川高桥磷肥厂、北京化工实验厂、江西樟树磷肥厂、浙江兰溪磷肥厂等应用研究成果建厂投产。到196
20、0年代获得了较大发展：19631966 年间陆续建成东乡磷肥厂等十余个厂、使钙镁磷肥成为我国另一主要磷肥品种。12/16/202229 我国磷肥产量中仍以低浓度品种为主，其中普通过磷酸钙占70%以上，其余几乎全部是钙镁磷肥。对于各种高浓度磷肥品种，国内早在1950年代初就开始进行系统研究，其中诸如磷酸、重过磷酸钙、磷酸铵、硝酸磷肥、沉淀磷酸钙和偏磷酸钙等都取得了可供设计生产厂的数据。12/16/202230 钾肥生产是我国化肥工业中最为薄弱的一环，原因是尚未找到大型可溶性钾盐矿藏。虽然1958年青海察尔汗钾肥厂就开始从盐湖光卤石提取钾盐，终究数量较少。对明矾石的综合利用曾进行了长期试验研究，后
21、来又在温州建造了生产装置，取得了建设大厂所需数据。目前，我国的钾肥工业主要集中在青海、新疆等钾盐资源相对丰富的地区，但产量远远不能满足农业需求。12/16/202231 第三节 世界化肥工业的主要特征 1、在化肥中氮肥产量占绝对优势，磷、钾肥的总产量低于氮肥。由于氮肥的主要原料之一是氮气，每个国家都可以生产；磷肥则相反，世界上现有155个国家和地区施用磷肥，其中只有71个生产磷肥和34个开采磷矿。依赖进口磷矿的国家，其磷肥生产自然不可能有较大的发展，也往往不能满足本国需要。钾肥生产的局限性更大，象加拿大、德国、和法国这类钾盐矿资源丰富的国家，钾肥生产量就大。尽管各个国家生产的氮、磷、钾比例明显
22、不同，消费的氮磷钾比例差异更大，但总是偏向氮肥居多，而这种倾向仍有增无减。然而，一般认为N：P2O5：K2O施用比例以1：（0.61.5）：（1.02.0）为宜，目前化肥工业所能提供的比例远远低于这一比例。12/16/202232 2、由于化肥资源、生产和消费在世界范围内分布得极不平衡，引起了大量化肥原料和产品从原料拥有国向原料缺乏国的长途转运。当今世界上消费的化肥有1/3 以上靠进口。氮肥中尿素、硝铵和磷铵等的进出口主要属于品种之间的互相调剂，但液氨的直接出口则是一个重要趋向。磷肥的进出口主要是为了补缺，1970年代初湿法磷酸长途海运的成功，使它在国际市场上的销售量激增，主要出口国是美国、摩
23、洛哥、突尼斯。磷铵的出口量约占世界总产量的一半，主要出口国是美国，它生产的磷铵有70%出口，出口量约占世界总出口量的7580%。重钙出口量约占世界总产量的1/3，主要出口国是美国和突尼斯。这种趋势由于北非这些传统磷矿出口国改变出口方针而得到了加强，例如摩洛哥制定的计划规定最终中间产物应取代30%磷矿出口量。12/16/202233 3、化肥生产继续保持大型化的趋势。合成氨在原料改为气态烃和液态烃的基础上率先实现大型化。日本、英国和美国的合成氨厂大型厂比重分别达到72%、91%和67%，前苏联在大量引进大型制氨装置后也达到73%。1000t/d 制氨装置后随1600t/d 尿素装置已经成为目前新
24、建氮肥厂的标准设计。磷肥大型化主要体现在湿法磷酸生产中，磷铵厂和硝酸磷肥厂的最大规模分别为713000t/a和11000001200000t/a，制磷电炉的功率最大是80000kW。12/16/202234 4、大型化和高浓度中间产物的出现，引起化肥生产和消费的结构发生变化。大型厂生产各种高浓度中间产物直接输往各地售给零售商，后者只设置简单的掺和机器来混合各种中间产物，配制所需的肥料规格。散装掺和肥料是粒状中间产物的混合物，因而极宜采用机械施肥。1975 年美国全国已有5391 个厂，平均规模4000t/a，每年总共生产掺和肥料1000万吨以上。中间产物以尿素、磷铵和氯化钾为主，还常常混入微量
25、元素、农药和作物种子等，从而大幅度降低了生产、运输和施用成本。日本在全国建立了25 个3万吨级的掺合厂，在西欧、英国、法国、荷兰等国1980 年代初也已开始生产掺合肥料。12/16/202235 5、化肥品种组成发生根本变化。首先是复合肥料和混合肥料成为最终向农业生产提供的主要肥料形式，因为长期农业实践表明，单一肥料施用效果不如多种肥料，而多种肥料分开施用不如混合施用。如今采用高浓度中间产物作为原料，得到的混肥浓度高得多。在三种主要化肥中，钾肥几乎全部以混肥施用，磷肥次之，氮肥仍然有相当量单独施用。因为混合肥料不受组成的限制，可以根据各地土壤、气候以及作物需要而任意配制，因而品种很多。一个国家
26、乃至一个公司常常可以生产上百种规格，不过主要规格数目有限。当前趋向低氮高磷高钾型，这同氮肥中直接使用的比重较高是一致的。12/16/202236 其次是新型化肥的出现，化肥品种进一步增多。为了防止氮肥施入土壤后的迅速流失，便有各种缓释肥料、硝化抑制剂等应市。液体肥料诸如氨水、液氨、氮溶液和各种液体混肥在各国均有程度不同的使用。近年来美国开始生产悬浮液肥料，由于添加粘土等物质作为稳定剂，可以获得和固体肥料浓度一样高的液体肥料。不过液体肥料尤其是液氨的大规模施用，需要有相应的机械配合。中量和微量元素肥料的作用已为各国所公认，虽然传统化肥品种中有些已含有这些元素，但是现已开始生产单独的中量和微量肥料
27、品种，在美国和日本等国都有许多规格供应。微量元素由于施用量太小，主要还是以各种方式配入混肥后使用。12/16/202237第二章 化肥生产的特殊性 第四节 我国化肥工业的特点 我国化肥工业，以氮肥的生产规模为最大，技术装备和自动化水平也较高，使之在化肥工业中具有一定的代表性。现以氮肥生产为主将化肥生产的特点概括如下：12/16/202238一、生产过程具有高度的连续性 氮肥生产，由合成氨和氨加工两个部分组成。合成氨的整个生产过程大多是在气体状态下进行的，其等量气体的体积要比液体或固体大千百倍，因此，在生产过程中，工艺气体不可能大量贮存，上一个工序生产出来的气体产物，必须源源不断地通过鼓风机或压
28、缩机提高压力，沿管道送往下一个工序进行加工处理。如果气体在设备或管道中受阻，则会引起压力升高，造成放空、停车或爆炸。合成氨装置各工序之间、氨合成和氨加工各工序之间、生产装置与辅助工序之间，都相互紧密联系，具有高度的连续性，确保化肥安全生产，就必须保证生产的连续进行。如果其中一个工序或者一台设备发生故障，哪怕一个阀门操作上的失误，都会造成局部或全部停车，甚至会发生意想不到的重大恶性事故。12/16/202239二、生产系统庞杂 化肥生产的全过程比较复杂。以氮肥生产而言，生产过程中包括原料的贮运和加工，原料气的制造、净化、压缩、精炼、氨合成和氨加工等十几道工序。为了满足生产上的需要，还设有供汽（供
29、热）、供水、电力等系统。其中包括工业水、循环水、脱盐水、脱氧水和化学软水等；为全厂提供各种动力的电力系统；仪表以及自控调节、信号联锁系统；生产调度、供水调度以及供电调度的各种指挥系统等，从而构成了一个庞大复杂的生产机构。这些系统虽然各自独立，但却密切相关，互相制约。12/16/202240三、工艺流程长，工艺过程复杂 化肥生产工序繁多，连续性强，生产设备如各种反应炉、塔、槽、罐、压缩机、泵之间靠管道相连通，组成系列生产线。各种工艺管道、蒸汽管道、上下水管道、动力电缆、电讯电缆、信号联锁电缆等贯穿厂地下、地上、空中，互相交织，错综复杂，并形成网络。由原料到产品，要经过多个工序的化学反应和处理，从
30、而构成了工艺流程长，工艺过程复杂的特点。12/16/202241四、工艺参数严格，操作控制技术要求高（一）高温、高压、低温、负压 氮肥生产中，制造煤气的气化炉、转化炉等操作温度高达10001450，而空气分离装置的操作则在负195.8的低温下进行。原料气体压缩机的操作压力达1532兆帕，而硝铵和尿素的蒸发操作则需要在负压下进行，如此等等。这些条件的确定都是根据生产中化学反应的需要，就是说，是由生产性质所决定的。因此，整个生产过程的工艺条件变得十分复杂、多变，而且对工艺条件的控制也要求得高，不允许有超出规定的变化。12/16/202242五、生产中存在着多种化学危险物质 化肥生产所使用的原料，中
31、间产品和成品，以及生产过程中使用的各种吸收剂，如氨水、硫化碱、醋酸铜氨液、脱硫和脱碳使用的各种溶液，分析化验所用的各种药品和辅助材料，乃至生产过程中排出的废水、废气大多是易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀性的物质。氮肥生产的原料煤气中氧含量如超过了规定的工艺指标或者发生泄漏与空气混合，在很弱的外部能源作用下就能发生爆炸。煤气中的一氧化碳、硫化氢、中间产品氨，以及氨加工过程中产生的氮氧化物、二氧化硫等，都是有毒气体；高浓度的氮气、二氧化碳、氢气等，会引起窒息。12/16/202243 在化肥生产中，一些生产介质具有较强的腐蚀性，如煤气中的硫化氢、二氧化碳气体，对设备、阀门、管道等具有较强的腐蚀作用，
32、使其壁厚减薄，强度降低，造成跑、冒、滴、漏，缩短了设备的使用寿命。在高温高压下，氢气易使钢材发生氢脆；氮气则能产生渗氮，导致设备机械强度降低。尿素生产中的尿液对设备的强腐蚀性，同样也给安全生产带来了隐患。由于化肥生产本身具有的特点，决定了其生产过程中存在着一些固有的潜在危险。例如：容易着火、容易发生爆炸事故，以及容易发生中毒、窒息、灼伤、噪声危害、高温中暑等职业性危害。12/16/202244（二）高流速 氮肥生产的整个过程，大多是气相或液相反应，由于体积大，加之又需要在加压或高压下进行，所以当生产规模确定以后，物料在管道内的流速或在设备内的空间流速，往往在设计中选择最大值（不能超过安全流速）
33、。其目的是提高设备的生产能力，并最大限度地延长设备运转周期，提高经济效益。这样也给生产控制和设备制造增加了难度。（三）工艺条件严格 保证生产处于安全、连续和稳定，生产过程中对温度、压力、流量、液面、气体成分、投料量和投料顺序等工艺指标的确定，都非常严谨。按规定的工艺条件，操作人员要根据生产变化情况，及时频繁地予以调节和进行岗位之间的联系，不允许工艺条件有大的波动，更不允许超温、超压、超负荷运行。12/16/202245第三章 我国肥料工业发展的展望 在科教兴农和实施农业可持续发展战略思想的指导下，在农村产业结构调整和社会主义市场经济发展的过程中，肥料，尤其是化肥必须“开源”和“节流”并重，在增
34、加生产和进口，提高化肥供应量的同时，注意用好化肥，提高化肥的利用率和利用效率，减轻和防止可能给环境带来的不利影响，应当着重解决以下问题：12/16/202246 （1）在增加数量的同时，着重调整产品结构和氮磷钾比例 根据全国化肥试验网的多点肥料长期试验结果，要达到每hm2 5.256.0t的粮食产量，并保持和提高地力，则在每hm2 施30t 有机肥的基础上还要施氮肥（N）150180kg,磷肥（P2O5）4575kg,并根据土壤钾素状况，施用适量钾肥（平均约75kg./hm2）。因此，每 hm2 的化肥用量约为270330kg。按播种面积（包括多年生作物）22064 万hm2计算，则需化肥约6
35、0007300 万t。化工部门和农业部门的有关专家认为，英、德每hm2耕地的施肥量为248339t。如果要达到英、德的施肥水平，则我国需用化肥55007500 万t。如果我国有50%的播种面积达到上述用肥量，而另一半面积施用上述用量的2/3的化肥。则我国化肥的需求总量约为5000 6000 万t。按N：P2O5：K2O=1：0.4：0.35 计算，则需氮肥（N）28573429万t，磷肥（P2O5）11431371 万t。钾肥（K2O）10001200 万t。12/16/202247 （2）在继续推广平衡施肥技术的同时，要着重研究施肥与其他农业措施的配合，并发挥作物本身利用土壤养分的潜力，进一
36、步做好农田养分的再循环利用。平衡施肥的理论基础是李比希的最小养分律和不同养分间的交互作用。它以土壤养分状况和作物吸肥规律为依据，根据要达到的作物目标产量，确定大、中、微量营养元素肥料的数量和比例，均衡供应作物必须的各种养分，达到高产优质的目的。我国经过1950年代末和1980年代初的两次土壤普查，对土壤肥力基本情况和当时的土壤养分状况基本做到了心中有数；又通过几次全国规模的化肥肥效、氮磷钾用量和配比试验，对不同土壤、不同作物肥料“配方”已经广泛采用，对合理的施肥时期和施肥方法也有不少试验，今后还需不断改进和完善。在一些经济比较发达、施肥量和产量较高的地区，已经基本上实现了平衡施肥。但是，随着施
37、肥量的进一步提高，肥料利用率和利用效率（肥效）下降，出现了明显的“报酬递减现象”。继续在肥料本身做文章，已经很难有大的进展。因此，必须从以下几方面着手，研究经济高效施用肥料，进一步发挥肥料的作用。12/16/202248 研究施肥与其他农业技术措施的关系，形成最佳组合，发挥施肥与其他措施之间的交互作用。施用化学肥料较早、作物产量较高的英国，早就有人指出：“在高度发展的农业中，产量大幅度增加的潜力将主要来自交互作用的效应（Cook G W，1975）。在一个生产体系中可能与施肥产生交互作用的措施是大量的。最为常见的有作物品种、种植密度、灌溉等。例如，过去比较强调“以水调肥”，近年在旱地农业的研究
38、中，发现肥料可以明显提高水分的利用效率，即“以肥调水”。在国外将这类研究称为高产研究（MYR）。其实质是人们早已提出过的作物高产是综合因素（空气、水分、养分、光照、温度、作物品种、耕作管理等）的作用，合理施肥必须考虑与其他因子相配合，即所谓“因子综合作用律”。我们以往在这方面的研究工作做得还很不够。12/16/202249 发挥和提高作物本身利用土壤养分（包括施用的肥料）的潜力。以往研究施肥，要考虑土壤养分丰缺状况，土壤供应不足，就通过施肥来补充。其实人们早已发现作物本身利用土壤养分的能力，存在明显的差异。例如蓼科的荞麦，豆科的羽扇豆，十字花科的肥田萝卜，对土壤磷素有很强的利用能力，并研究了作
39、物的这种本能与根系形态和根分泌的关系。苋科的水花生能富集土壤中的钾，其干物质可含钾（K2O）5%8%，是一种钾肥肥源。近年人们开始注意作物在逆境（包括养分贫瘠）条件下的反应，从形态到生理生化指标，进而从分子生物学的高度，研究其适应能力不同的基因型差异，为选育具有较强利用某种营养元素能力的作物品种打下基础。同时，这也为选育高效利用肥料的优良品种展示了良好的前景。12/16/202250 做好农田养分的再循环利用。中国在农田有机物的循环利用方面有悠久的历史，积累了丰富的经验。将人、畜不能利用或不能全部利用的作物秸秆和人、畜利用农产品后排泄的废物，以有机肥的方式返还到土壤中，是农田养分循环利用的最好
40、方式。在这一循环中，还向土壤投入了大量有机物质，是土壤微生物和其他生物活动的能源。近年随着化肥用量的增加和市场经济的发展，有机肥的收集和利用比例下降了。这不仅是农田养分的损失，还造成环境污染。在近期内应当解决的是秸秆和大型养殖场（养猪、养鸡为主）的粪便处理问题。并逐步解决大、中城市的生活垃圾及污水、污泥处理问题。目前我国已经形成了有机、无机肥料配合使用的格局。我们不应该走西方一些发达国家“石油农业”的路子，等出现了大量问题再进行调整；也不可能走“有机农业”和“低投入持续农业”（Low Input Sustainable Agriculture，简称LISA）的路子，以牺牲产量来保护环境的路子在
41、我国是走不通的。我们必须走出一条以综合养分管理（Integrated Plant Nutrition Management）为主，充分发挥农田养分再循环利用的高投入、高产出、高效益的路子。12/16/202251 （3）在研究施肥的产量效应的同时，必须加强研究施肥的环境效应。施肥的产量效应（包括增加产量和改进产品质量）一直是我们研究施肥的核心问题。自1970年代初，一些发达国家开始注意施肥（包括化肥和有机肥）对环境的负影响和食品安全问题。近年对这方面的关注有增无减，关于环境的各种立法，对肥料的使用产生了重大的影响。我国是施用肥料最多的国家，对肥料可能引起的污染研究较少，应当引起重视。施肥是引起湖泊、水库、河口、海湾等的水体富营养化的原因之一。氮、磷是水体富营养化的最重要营养因子，其中磷是限制因子，氮是伴随因子。随肥料施入土壤中的重金属，也是食品的一个污染源。据中国科学院南京土壤所的研究，国产的磷矿和磷肥，重金属含量低，不会引起污染问题。
