黄腐酸钾硼增效剂及黄腐酸钾硼尿素的生产

Production of Fulvic Acid Potassium Boron Synergist and Fulvic Acid Potassium Boron Urea

何琳 Lin HE

四川美青化工有限公司四川射洪 629200 Sichuan Meiqing Chemical Co., Ltd., Shehong, Sichuan 629200, China

摘要：

为提高尿素的利用率，对CO₂汽提法尿素生产装置进行了简单改造，实现了黄腐酸钾硼尿素的生产。考察了黄腐酸钾硼增效剂质量分数、加入位置、加入温度及加入量等因素，分析了工艺流程设计中存在的问题并提出了改进措施。以水稻为试验对象的田间试验结果表明，与普通尿素相比，施用黄腐酸钾硼尿素的增产效果明显，达到减肥增效的目的。

关键词：

新型肥料; 尿素; 增效剂; 黄腐酸钾硼; CO₂汽提法;

Abstract：

In order to improve the utilization rate of urea, the CO₂ stripping urea production unit is simply reformed to realize the production of fulvic acid potassium boron urea. The selection of concentration, adding position, adding temperature and adding amount of fulvic acid potassium boron synergist is introduced, and the problems existing in the process flow design are analyzed and improvement measures are put forward. The results of the field experiment with rice as the experimental object show that compared with ordinary urea, the yield increase effect of fulvic acid potassium boron urea is obvious, and the purpose of reducing fertilization can be achieved.

Keyword：

new type fertilizer; urea; synergist; fulvic acid potassium boron; CO₂ stripping;

尿素是氮含量最高的氮肥，年使用量巨大。但尿素的过量施用，往往导致土壤出现板结、硬化等现象。因此，在保证作物产量及品质的前提下，减少尿素用量、提高尿素利用率是尿素生产企业谋求发展的方向之一。

研究发现^[1]: 黄腐酸钾能科学组合新的营养链，全面平衡植物需求；含有未知的高生物活性的促生因子，对植物的生长发育具有全面的调节作用；络合能力强，能促进植物对微量元素的吸收与运转；抗絮凝、具缓冲、溶解性能好，与金属离子相互作用能力强；具有抗寒、抗旱的显著功能。

元素硼是植物所必需的微量元素，其能加快植株生长，促进花粉萌发，刺激花粉管伸长，有利于种子形成，减少落花落果。植物缺硼则会导致发育不良、产量下降，甚至颗粒无收^[2]。根据全国第二次土壤普查数据，微量元素中硼缺乏最严重，四川省土壤缺硼面积达90%以上。四川川中丘陵和西南山区大部分土壤的有效硼、钼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(以下简称四川美青化工公司)通过多方调研，并结合现有300 kt/a二氧化碳汽提法尿素生产装置年实际产能为330 kt的实际情况，研发了一种易于被作物吸收的缓控释黄腐酸钾硼尿素，拓宽了企业发展路线，可助力国家实现减肥增效的目标。

1 生产工艺设计

1.1 黄腐酸钾硼增效剂浓度的选择

黄腐酸钾硼增效剂浓度过高会导致黏度增大、流动性变差，造成计量泵无法工作；浓度过低，则会带入大量水分，导致蒸汽消耗量增加。通过配制不同浓度的增效剂，以及现场试验测试计量泵打量变化及流量稳定性(见表 1)，最终选择采用40%(质量分数，下同)黄腐酸钾溶液与45%络合硼溶液按照体积比5 ∶3混合，制备黄腐酸钾硼增效剂。

表 1

计量泵试验数据

增效剂	体积比	启泵时流量/(L·h^-1)	6 h后流量/(L·h^-1)	设计流量/(L·h^-1)
60%黄腐酸钾∶45%络合硼	1.7∶1.5	68	48	150
50%黄腐酸钾∶45%络合硼	2.0∶1.5	88	62	150
40%黄腐酸钾∶45%络合硼	2.5∶1.5	125	118	150

1.2 增效剂加入点的选择

四川美青化工公司尿素装置由二氧化碳压缩工段、液氨压缩工段、高压合成工段、低压分解回收工段、蒸发造粒工段、解析水解工段组成。尿素生产装置是一个流程化、系统化的生产系统，增效剂加入点的选择必须严谨。若在蒸发前加入增效剂，黄腐酸钾颜色为棕黄色，将会污染前系统，即生产黄腐酸钾硼尿素后再改产普通尿素，会造成成品尿素颗粒颜色发黄，不符合国家标准要求；若在蒸发后加入增效剂，增效剂带入的水将导致成品尿素水含量过高，品质受到影响(四川美青化工公司成品尿素水分控制在0.32%~0.45%，每吨尿素中加入4 kg增效剂，带入水分2.325 kg，成品尿素将无法达到优等品的指标要求)。综合考虑，四川美青化工公司决定在一段蒸发后、二段蒸发前加入增效剂，利用二段蒸发将成品尿素水分控制在0.5%以内。

1.3 增效剂加入温度的选择

一段蒸发后的尿液温度为130 ℃，在初次设计时未考虑增效剂加入温度，直接在常温下将其加入一段蒸发后，结果计量泵流量突然降为零。其原因是增效剂温度较低，与尿液接触瞬间在连接处产生尿素结晶，致使管道堵塞。后逐步提高增效剂温度至60 ℃时，未出现管道堵塞现象；继续提高增效剂温度至70 ℃以上时，计量泵打量出现缓慢下降，无法满足生产要求。所以选择增效剂加入温度为60 ℃。

1.4 增效剂加入量的选择

硼加入过量会导致黄腐酸钾硼尿素成本增加，农民施肥成本同样会增加。同时增效剂加入量过多可能产生产品总氮含量偏低、水分含量超标的现象，导致产品质量不合格。依据四川省地方标准《硼肥合理使用准则》(DB51/T 1021—2010)，确定吨尿素中添加黄腐酸钾硼增效剂4 kg。

2 第一次工艺设计

2.1 工艺流程

第一次设计的工艺流程见图 1。

图 1

第一次设计的工艺流程

将黄腐酸钾硼增效剂加入1^#制备槽，在1^#制备槽夹套中加入蒸汽冷凝液，将增效剂加热至60 ℃，充分搅拌；利用位差将增效剂送入2^#制备槽，同样利用夹套中的蒸汽冷凝液保持增效剂温度，1^#制备槽继续配液；2^#制备槽中的增效剂经管道过滤器进入计量泵，加压后送至尿素装置一段蒸发后。

2.2 存在的问题

(1) 管道过滤器堵塞严重、清洗难度大，产品质量波动大。在实验室取配制合格的增效剂4份，采用水浴加热的方式分别在40、60、70、90 ℃放置6 h，结果发现：加热至40 ℃的增效剂无明显变化；加热至60 ℃的增效剂出现少量沉淀；分别加热至70、90 ℃的增效剂出现的沉淀明显增多。经分析测定，沉淀产物为硼。将黄腐酸钾和络合硼采用以上方法不混合分开试验，未出现沉淀现象。考虑到加热至70 ℃后黄腐酸钾溶液黏度会增大，决定将黄腐酸钾和络合硼分别加热至60 ℃，再于加入点混合后进入尿素装置。

(2) 计量泵未与尿液流量联锁，在生产负荷出现波动时，产品质量难以控制。

3 第二次工艺设计

针对第一次工艺设计中出现的问题，将黄腐酸钾和络合硼分别在1^#、3^#制备槽内加热至60 ℃，搅拌均匀后利用位差分别流入2^#、4^#制备槽，然后分别通过管道过滤器进入1^#、2^#计量泵；1^#、2^#计量泵打量与尿液总管的流量联锁，可自行依据尿液流量设置系数，黄腐酸钾和络合硼混合后进入尿素装置的蒸发系统。第二次设计的工艺流程见图 2。

图 2

第二次设计的工艺流程

第二次工艺设计的优点：

(1) 不存在结晶堵管风险，能保障连续生产；

(2) 采用单独制备，络合硼质量分数最高可达2 000 mg/kg；

(3) 适用于多种微量元素添加，可将硼换成其他微量元素，满足生产多种增效尿素的要求；

(4) 计量泵与尿素溶液流量联锁，采用自动调整，成分控制更精准；

(5) 增效剂采用夹套加热，其与尿液接触后不会使尿液温度瞬间降低产生结晶，避免发生堵塞；

(6) 吨尿素加入40%黄腐酸钾2.5 kg和45%络合硼1.5 kg，生产的黄腐酸钾硼尿素满足企业标准Q/91510922744686973G.3—2018《黄腐酸钾硼尿素》的要求，主要指标见表 2。

表 2

企业标准《黄腐酸钾硼尿素》主要指标

指标名称		指标值
指标名称		优等品	合格品
w(总氮)/%		≥46.0	≥45.0
w(缩二脲)/%		≤0.9	≤1.5
w(水)/%		≤0.5	≤1.0
w[亚甲基二脲(以HCHO计)]/%		≤0.6	≤0.6
粒度占比/%	d0.85~2.80 mm d1.18~3.35 mm d2.00~4.75 mm d4.00~8.00 mm	≥93	≥90
w(络合硼)/(mg·kg^-1)		≥600	≥500
w(黄腐酸钾)/(mg·kg^-1)		≥1 000	≥800

4 黄腐酸钾硼尿素的施用效果

为考察黄腐酸钾硼尿素的施用效果，四川美青化工公司选取水稻F优498为对象开展了田间试验，试验地点在四川省射洪县复兴镇。

4.1 试验设计

试验共设8个处理，每个处理面积为4亩(1亩=667 m²)。常规施肥是按照农民的施肥习惯自行施肥；优化施肥按基肥、蘖肥、穗肥3次施用氮肥；各处理过磷酸钙及氯化钾施用量相同。不同施肥处理氮素投入量见表 3。

表 3

不同施肥处理氮素投入量

尿素种类	施肥方式	氮素投入量/(kg·hm^-2)
普通尿素	农民常规施肥	384.4
	优化施肥	384.4
	减氮优化施肥	357.4
	增氮优化施肥	411.4
黄腐酸钾硼尿素	农民常规施肥	384.4
	优化施肥	384.4
	减氮优化施肥	357.4
	增氮优化施肥	411.4

4.2 试验结果

不同施肥处理的群体颖花量及干谷产量见表 4。

表 4

不同施肥处理的群体颖花量及干谷产量

尿素种类	施肥方式	群体颖花量/m^-2	干谷产量/(t·hm^-2)
普通尿素	农民常规施肥	38 100	10.1
	优化施肥	41 200	11.7
	减氮优化施肥	38 100	10.7
	增氮优化施肥	42 100	12.6
黄腐酸钾硼尿素	农民常规施肥	37 700	11.3
	优化施肥	43 600	12.6
	减氮优化施肥	39 300	11.7
	增氮优化施肥	44 400	12.7

由表 4可知：黄腐酸钾硼尿素优化施肥和常规施肥比普通尿素常规施肥分别增产24.8%和11.9%；与普通尿素常规施肥相比，黄腐酸钾硼尿素减氮优化施肥的产量仍提升15.8%。

5 结语

黄腐酸钾硼尿素是一种新型增效缓释尿素，除含有作物所需的大量元素氮素外，还含有促进氮素吸收的黄腐酸，同时能补充土壤中所缺少的元素硼。黄腐酸钾硼尿素生产工艺路线短、投资少、操作简单，可满足大规模连续生产的要求，吨生产成本比普通尿素增加约100元，经济效益明显。在水稻种植试验上，黄腐酸钾硼尿素增产作用明显，达到了减肥增效的目的。生产黄腐酸钾硼尿素为四川美青化工公司提供了一条新的发展路线，极大提高了公司的市场竞争力。

ckwx 参考文献

李艳红. 浅析生化黄腐酸钾的实用技术[J]. 现代农业, 2014(12): 31-32.

陈纪宁. 硼元素在植物上的作用[J]. 新农业, 2016(7): 63.

罗瑞. 四川省农田土壤养分含量现状及其变化趋势分析[D]. 成都: 四川农业大学, 2009.