腐植酸增效尿素生产技术探讨

叶少春

我国是世界上尿素生产和施用量最大的国家，2017年我国尿素总产量5835万t（实物量），其中农业消费量约5600万t，约为全球总消费量的三分之一。但我国氮肥的当季利用率仅为25%～35%，较发达国家低10～15个百分点［1］。由于我国尿素利用率低，每年通过挥发、淋溶和径流等途径损失的尿素达2100多万t，这不仅造成资源的巨大浪费，而且造成水体的富养化，极大威胁了生态环境。对普通尿素进行增效改性，开发增效尿素新产品，是提高氮肥利用率、减少损失和降低环境风险的重要途径。中盐安徽红四方股份有限公司（以下简称中盐红四方公司）依托中盐盐化工技术中心和合肥市新型肥料工程技术研究中心的技术力量，利用现有的年产30万t尿素装置，开发出添加生物活性物质类的腐植酸增效尿素系列产品，实现了普通尿素的产品升级，提升了产品附加值，提高了中盐红四方尿素产品的市场竞争力。

1．腐植酸增效尿素的增效机理

腐植酸（HA）是一种天然高分子有机物，属于天然有机弱酸，广泛存在于风化煤、褐煤和泥炭等低燃烧值的劣质煤炭中，通过利用微生物发酵技术，可以提取高分子活性腐植酸，并利用螯合技术制备尿素增效剂。腐植酸化学组成十分复杂，含有羧基、 酚羟基、羰基等活性基团，根据相对分子质量由大到小，可分为黑腐酸、棕腐酸和黄腐酸。自20世纪60年代开始，腐植酸类肥料逐渐引起农业学者的重视。

尿素在土壤中脲酶的作用下，水解为碳酸铵和碳酸氢铵，被植物吸收和利用。因此，抑制土壤中脲酶的活性，可以降低尿素在土壤中的水解速度。腐植酸增效尿素（UHA）是将经过活化的腐植酸、微量元素和少量介质混合物，与尿素反应生成的腐脲络合物，从而增强尿素产品的施用效果。

腐植酸增效尿素的增效机理可概括为以下3个方面：①改变尿素的结构，降低尿素的分解转化率，延缓尿素的释放和转化速度，提高尿素的缓释性和氮利用率；②调节土壤脲酶活性和硝化酶活性，改变尿素在土壤中的释放、转化和移动过程，减少氨挥发损失和硝态氮的淋失，改善土壤生态环境；③提取植物源原料的高活性物质，提高根系活力和磷素活性，促进叶绿素的合成，增强作物养分吸收，提高了农作物的品质和抗逆性能等［2］。

2．腐植酸增效尿素的增产效果

腐植酸有较强的离子交换能力和吸附能力，可以抑制尿酶的活动，减缓尿素分解，缓慢释放氮素，减少挥发，延长肥效，可以使尿素的利用率提高到85%～95%。在土壤中添加尿素和腐植酸增效尿素的培养试验的结果表明，腐植酸对土壤中的脲酶活性的抑制率达8.8%～29.5%[3]。腐植酸增效尿素在有效提高尿素氮素利用率的同时，提高了农作物的产量，对环境也起到了积极的保护作用。

农田试验表明，腐植酸增效尿素有显著的氮增效作用及作物的增产效果。与施用等氮量尿素相比，腐植酸增效尿素可使冬小麦增产8.1%～13.2%、夏玉米增产9.1%～15.7%、棉花增产6.2%～17.5%、蔬菜增产15.7%～29.7%、果树增产10.7%～14.2%，氮肥利用率可提高15%～19%[4]。

3．腐植酸增效尿素的生产工艺

国内外腐植酸增效尿素的生产工艺大致有如下3种：①包裹法，将腐植酸、助剂、黏结剂等直接包裹在尿素表面，包裹法是最常用的方法；②溶剂法，使用有机溶液如液氨、甲醇、乙醇或丙酮等作为溶剂，在不高于80℃的温度下，使腐植酸与尿素反应制成产品；③热熔法，在尿素熔融状态下加入腐植酸，充分混合均匀后经造粒塔喷淋造粒形成产品[5]。

中盐红四方公司腐植酸增效尿素的生产是采用热熔法技术，利用现有年产30万t普通尿素生产装置，增加质量流量计、变频装置、柱塞计量泵等用于精确添加腐植酸及添加剂的控制系统和设备，将腐植酸及微量元素等混合增效剂按比例添加至尿素装置一段蒸发和二段蒸发之间，使熔融态尿素与腐植酸增效剂充分混合，然后通过尿素造粒系统生产出符合技术指标要求的腐植酸增效尿素产品。具体工艺流程如图1所示。

图1 腐植酸增效尿素生产工艺流程图

在实际生产过程中，熔融尿液进入闪蒸槽内减压后进行气液分离，浓度约76%的尿液由闪蒸槽流入一段蒸发加热器底部，经过一段蒸发，尿液浓度提高至95%，此时采用柱塞计量泵按t尿素添加12kg～18kg的比例将腐植酸增效液注入一段蒸发加热器底部，使之与熔融尿素混合均匀，然后经一段气液分离后的混合液进入二段蒸发加热器中继续蒸发浓缩，再经二段浓缩分离器进行气液分离，可以得到浓度为99.7%的腐脲络合物溶液，经尿液熔融泵加压后送至造粒塔顶喷头，通过喷头均匀喷射后，在造粒塔内与塔底进入的空气逆流接触换热冷却，在塔底得到腐植酸增效尿素成品颗粒，通过传送带送往包装工段进行包装后转入产品库房。

4．腐植酸增效尿素的产品质量指标

中盐红四方公司腐植酸增效尿素产品现已实现了产业化生产，并可根据需要添加腐植酸、海藻酸、谷氨酸等，形成系列的增效尿素，并制定了相应的企业标准《增效氮肥》( Q/HSF022-2014)。其各项指标如表1 所示。

5．结语

腐植酸增效尿素是在传统尿素生产工艺的基础上，增加少量设备，形成新的产品生产能力，具有投资少、生产成本低、环境污染小的特点。腐植酸增效尿素的研发成功，不仅提高了尿素的缓释性和氮利用率，开辟了新型尿素的生产新途径，而且对促进农业增产增收、改良土壤、减少污染、增加土壤有机质等方面发挥了良好的作用，同时对改善农业生态环境，实现农业持续、稳定、绿色、高效发展做出了积极的贡献。

表1 企业标准《增效氮肥》各项指标