一、植物營養(yǎng)

    植物的營養(yǎng)主要來自約19種元素（不包括空氣中的碳和氧以及土壤中的水）。這些元素大致分為兩類：（植物大量需要的）大量營養(yǎng)元素和（植物微量需要的）微量營養(yǎng)元素。三種主要的大量營養(yǎng)元素是氮、磷和鉀。農(nóng)作物的產(chǎn)量主要取決于土壤中的這三種元素，但是，需要把它們轉(zhuǎn)換為植物可吸收的形式。這就是化肥的作用。

1. 化肥的種類

    幾個世紀(jì)以來農(nóng)民種地采用的是有機(jī)肥，開采的無機(jī)肥料非常有限。隨著英國農(nóng)業(yè)革命和后來20世紀(jì)的綠色革命，人類越來越多地依賴人造無機(jī)肥料。目前，全球有三分之一的人口食用的糧食是采用人造氮生產(chǎn)的。

2. 化肥供應(yīng)鏈

    無機(jī)化肥的生產(chǎn)是化學(xué)供應(yīng)鏈中的一種化工過程。我們可簡單地看一下這三種大量元素在工藝中所起的作用。

二、化肥

1. 磷

   作為ATP的組分之一，磷在植物的光合作用中起著至關(guān)重要的作用。磷是用來生產(chǎn)磷肥的，是從含磷酸鹽礦物中開采出來的。在氮肥生產(chǎn)中也使用磷酸。摩洛哥、中國、南非、約旦和美國這五個國家控制著全球磷酸鹽儲量的90%。現(xiàn)在人們擔(dān)心幾十年后磷的供應(yīng)會耗盡。

2. 鉀

  鉀對植物的水分調(diào)節(jié)和耐干旱非常重要。化肥中所用的鉀是碳酸鉀。碳酸鉀是從含碳酸鉀礦物中可提取的各種礦物鹽的總稱。碳酸鉀最大的生產(chǎn)國家是加拿大、俄羅斯和白俄羅斯。鉀是地殼中的第七大元素，但是，不斷增長的需求導(dǎo)致其價格飛漲。

3. 氮

  氮對所有的蛋白質(zhì)都是非常重要的。氮最常見于空氣中，但是這種形式的氮，植物是無法吸收的。為了便于植物吸收，必須對氮進(jìn)行“固定”或被土壤吸收。由于這種自然生成的氮供應(yīng)不足，就出現(xiàn)了提供各種無機(jī)氮肥——如硫酸氨，磷酸氨和各種以尿素為原料的產(chǎn)品——的產(chǎn)業(yè)，尿素可自然生成（如哺乳類動物的尿液中）或從氨中提取，就是在化學(xué)反應(yīng)中通過哈柏博施法進(jìn)行生產(chǎn)。尿素和其前身氨除用于化肥外，還用于其他化工產(chǎn)品中。

4. 氨

  要生產(chǎn)無機(jī)化肥，就需要采用化工工藝。氨是尿素和其他無機(jī)氮肥的前身，它是采用哈柏博施法生產(chǎn)的，通過催化劑與蒸汽進(jìn)行反應(yīng)（蒸汽重整）生成二氧化碳、蒸汽和氫的混合物。最后采用鐵系催化劑，通過哈柏博施工藝來合成氨。

5. 尿素

 在所有氮肥的組成中，尿素的氮含量最高。尿素是氨和二氧化碳在壓力150～220巴，溫度范圍170～200℃的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)生成的。反應(yīng)過程生成的化學(xué)物氨基甲酸銨的腐蝕性很大。

6. 化肥產(chǎn)業(yè)

  最常見的無機(jī)化肥是磷肥、鉀肥和氮肥。氮肥中的一類磷酸氨就是通過用硫酸將磷酸化氨與磷酸的作用而生產(chǎn)出來的。尿素生產(chǎn)的龍頭企業(yè)公司是斯塔米卡邦（Stamicarbon）（現(xiàn)為MaireTecnimont公司的子公司），該公司一直與Uhde公司和Sandvik公司合作開發(fā)新的生產(chǎn)工藝。

 化肥生產(chǎn)主要集中在阿根廷、巴西、中國、印度和其他亞太地區(qū)國家，中東和俄羅斯。這并不奇怪，這些國家正在經(jīng)歷著經(jīng)濟(jì)快速增長，有些國家還經(jīng)歷著食品價格飛漲。投資規(guī)模可說明這一點，印度農(nóng)民化肥合作公司（IFFCO）計劃未來三年在印度投資12億～13億美元進(jìn)行擴(kuò)建。

三、不銹鋼

    這里總結(jié)一下化肥生產(chǎn)所用不銹鋼的發(fā)展情況。Allegheny Ludlum不銹鋼公司生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼AL 904LTM具有良好的耐腐蝕性能，適用于一般的化肥生產(chǎn)，特別是適用于硫酸和其他還原酸的生產(chǎn)。AL 904LTM用于化肥生產(chǎn)和其他工藝用途。

1. 硫酸

  硫酸生產(chǎn)一般采用300系列奧氏體不銹鋼，特別是304不銹鋼、316L不銹鋼 和310S不銹鋼 。用于強硫酸生產(chǎn)的其他鋼種包括超級雙相不銹鋼ZERON 100和2507，奧氏體鋼種SandvikSXTM和ZeCor，這些鋼種均耐熱強酸的腐蝕。

2. 磷酸

   在處理低濃度的磷酸時，使用304，在處理高濃度的磷酸時，使用耐腐蝕性更好的316不銹鋼和317L不銹鋼。Sulzer公司提供磷酸生產(chǎn)中所需的，由654 SMO 超級不銹鋼制造的耐腐蝕耐磨損泵。超級雙相UNS 32520/UR52N+已成功用于攪拌器，由于具有優(yōu)越的力學(xué)性能，完全可與N08904（904L不銹鋼） 媲美。

3. 氨

  在氨生產(chǎn)工藝中，絕大部分工藝的腐蝕性為中等腐蝕，所以一般采用300和400系列不銹鋼。這些鋼種用于制造重整器，二氧化碳去除裝置，氨的合成，葉輪機(jī)械，冷卻裝置和冷凝器。在氨的合成過程中，生成具有腐蝕性的氨基甲酸銨，所以需要使用耐腐蝕性能更好的鋼種，如ASTM 430，UNSS44625和UNS S44626。為了耐氯化物腐蝕，熱交換器采用雙相不銹鋼。管道和儲罐可采用Outokumpu公司生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼LDX 2101，這種雙相鋼的力學(xué)性能好，可降低使用材料的壁厚，節(jié)約材料和制造費用，而且該鋼種的耐腐蝕性能（耐點蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂）優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的300系列不銹鋼。

4. 尿素

 近年來，制造尿素生產(chǎn)設(shè)備采用的標(biāo)準(zhǔn)鋼種是改進(jìn)型316L，即316L MOD或316L Urea，腐蝕性較嚴(yán)重的區(qū)域采用的是更高合金含量的不銹鋼，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是低碳、低硅和高氮含量的改進(jìn)型310L奧氏體不銹鋼。

  在尿素生產(chǎn)中，腐蝕不僅受到氨基甲酸酯水平的影響，而且還受到氨與二氧化碳比的影響和氧含量的影響。缺少氧氣會使不銹鋼發(fā)生腐蝕，所以最好使用耐最低氧含量的鋼種，如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是Urea25/22/2的改進(jìn)型，可用于尿素生產(chǎn)工藝中條件最苛刻的區(qū)域。印度農(nóng)民化肥合作公司（IFFCO）位于Kalol的尿素廠的氣提塔中的管道就是采用這種材料制造的，氣提塔內(nèi)的壓力和溫度是最高的。管道已使用了25年以上。還有一種雙相鋼種可用于制造尿素生產(chǎn)設(shè)備，這就是住友金屬工業(yè)和東洋工程公司生產(chǎn)的DP28WTM。這種雙相鋼的鉻含量高，鎳含量較低，所以具有良好的再鈍化性能，而且非常耐應(yīng)力腐蝕斷裂和氨甲酸溶液和氯化物溶液的腐蝕。

  Sandvik公司和斯塔米卡邦（Stamicarbon）公司合作開發(fā)了一種用于現(xiàn)代尿素廠無氧環(huán)境的先進(jìn)雙相鋼SafurexTM。通過采用雙相鋼SafurexTM，斯塔米卡邦（Stamicarbon）公司對尿素生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡化，去掉了風(fēng)機(jī)、氫氣轉(zhuǎn)換器、高壓洗滌器和高壓氨噴射器。

  在尿素生產(chǎn)過程中，氨（NH3）氣提塔通常是采用鈦制造的。但是，為防止鈦被沖蝕，需要為鈦加一層覆層。為了解決這一問題，Snamprogetti公司（Saipem公司的下屬公司）與ATI Wahchang公司合作開發(fā)出了OmegabondTM先進(jìn)管道，在這種管道中，利用固態(tài)接合技術(shù)將鋯粘結(jié)到了鈦上。海灣石化公司（GPIC）首先在巴林的大型設(shè)備上采用了這種管道（該設(shè)備于2009年投產(chǎn)運行），后來又有兩家公司采用了這種管道。

四、結(jié)論

    糧食是人類的基本需求，同時對人造化肥的依賴?yán)^續(xù)增加，這是不銹鋼的現(xiàn)成市場。然而，僅提供產(chǎn)品，等待用戶上門訂貨還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。只有鋼鐵生產(chǎn)廠家與用戶密切合作才會達(dá)到雙贏。這些合作為我們的未來提供了樣板，不僅是在化肥生產(chǎn)領(lǐng)域，而且在整個加工制造領(lǐng)域。