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1、全国第l l 届磷复( 混淝生产技术交流套论文费料集1 3 lS C U 缓释氮肥吕云峰 ( 汉枫常绿有限公司研发中心上海2 0 1 2 0 3 )现在我国化肥产量已占世界总量的3 0 左右位居第一但肥料结构不合理、利用率非常低，带来环境、资源、生态和营养方面的问题也日益严重其中氮肥是我国一个非常重要的肥料品种，但由于氮肥自身的性质，损失和浪费也最严重。我国平均当季氮肥利用率仅为3 0 0 一3 5 ，如何科学合理的使 用氮肥、提高效率，对保障国家粮食安全，缓解资源、环境、生态矛盾具有十分重要的意义 1 9 7 6 年伦特指出理想或者完美的肥料，应该在作物生长的整个周期，缓慢释放所需的无机形式
2、的铵态氨及硝态氮，在数量和释放速率上。与植物的需求曲线相符从改造氮肥特性入手。配以合理的施肥方法，是一条有效提高其利用率的解决途径。国家十一五规划建设社会主义新农村中明确提出积极推广缓释氮肥技术、测土配方施肥、平衡施肥。 农业部“十一五”期间我国每年铡土施肥面积将在4 亿亩以上，最终测土施肥面积将占国内总耕地面积的5 0 缓释氮肥将结合测土配方，更丰富了测土配方内涵。不但从配方上满足作物营养需要，而且分阶段供应养分。发展廉价优质缓释氮肥是突破我国传统化肥模式，适应国情发展的重要举措硫包衣尿素( S u l f u r - C o a t e dU r e a ，S C U ) 是1 9 6 1
3、 年由美国田纳西流域管理局T V A ( T e n n e s s e eV a l l e yA u t h o r i t y ，A l a b a m a ) 国家化肥中心( N F D C ) 首次开发，并于1 9 6 7 年正式商业生产的一种包膜缓释氮 肥。产品一般含氮3 2 - 3 7 ，含硫2 0 书O 。是世界上最早开发的包膜缓释肥料，由于具有以肥包肥的特点，成本低、无污染、工厂化生产成熟，成为最有潜力和最具影响的缓释肥料品种。硫包衣尿素( S u l f u rC o a t e dU r e a ) 是通过在尿素外面包裹硫磺、微晶蜡密封剂而制成。硫磺与微晶蜡密封剂的数量将
4、会决定该产品缓释氮的释放特性。在土壤环境中，尿素逐渐地透过包衣扩散，主要通过包衣的裂缝、细小的孔洞和包衣表面自然形成的不完成结构达到控制释放养分1S C U 发展与现状 美国T V A ( 田纳西石油管理局) 自1 9 5 7 年最先开始研究通过半透膜包裹可溶性氮肥来延长肥料养分的释放，从而提高肥料利用效率硫元素因为其价格低和属于植物必需元素的原因而成为最有潜力的包农材料。1 9 6 1 年在l 7k g ，l l 的装置上开展小试，1 9 7 1 年发明了1 5 0k e J h 的中试装置运行情况，1 9 7 5年中试装置的生产能力已选2t h ，1 9 7 8 年在美国A I M 建成1
5、 0 恤的S C U 示范生产厂年产5 万吨，被用来提供设计更大工厂所需的信息并生产做农业试验所需的肥料 1 9 7 2 年3 月，英国出现首家以商业为目的生产S C U 的工厂一I C I 公司( 一个跨国集团公司) 那 时候该公司生产的一种称作“G o l d - N ”的产品，该产品含3 2 的氮，3 0 的硫和2 的蜡。1 9 7 5 年，日本三井东亚化学公司在美国T V A 公司公开S C U 的技术基础上，生产并注册了三井东 亚的S C U 及包硫复台肥料它是一种改良T V A 法，即在复合肥料外表面包涂硫、蜡封闭剂、硅藻土或滑石调理剂，使得S C U 的缓释性能得到改善 1 9
6、9 6 年，世界最大的控释氮肥生产商N u - G r o 公司开始生产S C U 由于1 9 9 1 年N u - G r o 公司收购了帝国化学公司加拿大分公司的草坪园艺商务( C I LC a n a d aL a w n & G a r d e nB u s i n e s s ) ，C I L 成为其产品的注册商标因而将其生产S C U 的方法称为C I L 法。 C I L 法生产S C U 也采用转鼓造粒工艺，但与T V A 法相比大有改进它解决了硫粉尘的去除和防暴向题同时提高了密闭剂的包封效率和质量该工艺使S C U 生产变的更安全、更可靠，而且质量也得到更大的改善。2 0 0
7、 5 年1 月2 6 日汉枫常绿有限公司和中国江苏省姜堰市政府签订协议在姜堰市开发区建造年产1 3 2全国第1 I 届磷复( 混) 肥生产技术交流套论文资料集为1 I 万t 的S C U 肥料厂。根据汉枫常绿和N u - G r o 公司于2 0 0 4 年1 1 月签订的协议，N u - G r o 公司S C U 的生产工艺将被用于姜堰的S C U 肥料厂汉枫S C U 在N u - G r o 专利技术的基础上。进行了较大改进和提升，使S C U 在产品质量、农艺性能、生产规模、自控工艺方面填补了本领域多项技术空白，成为目前世界技术最先进、生产规模最大S C U 生产线。2 0 0 6
8、年3 月3 1 日已正式投入运行 汉枫缓释肥料( 江苏) 有限公司生产的产品可用于给复混肥料工厂配制S C U 混装肥或直接应用替代普通尿素，并广泛应用于大宗农作物、园艺及城市绿化领域。汉枫江苏肥料工厂采用涂硫和专利聚合微晶石蜡密封胶来制作S C U ，其控释效果更好2S C U 生产工艺2 1T V A 法首先将颗粒尿素过筛。以获得大小均匀的物料。此物科通过提升轨进入流化床预热器，出口温度约 6 5 “ ( 2 。经旋风除尘后，尿素从预热器借重力喂入涂硫转鼓，熔融硫在1 5 0 、表压7 1 0 5M P a 压力下 从多喷嘴喷到尿素颗粒上。涂硫尿素在7 0 “ ( 2 左右直接送到封闭剂转
9、鼓，用3 的熔蜡与0 2 煤焦油混合物做封闭剂喷涂到涂硫尿素颗粒上然后将这些物料送到第二转鼓，在此使用1 。8 硅藻土作为调理剂，以避免蜡状物的黏性。并防止颗粒使用时( 如在水稻施肥时) 在水中漂浮。熔硫在转鼓中雾化时可以用气动或液压的喷嘴，包 硫尿素的产品品级为3 6 0 0 1 7s 。2 0 世纪8 0 年代，T V A 又开发了几项制造S C U 的专利技术，其中一项为在T V A 的料幕选粒工艺中，在转鼓转动形成的尿素料幕上喷熔融的尿素，熔融尿素固化在小颗粒尿素表面。形成表面光滑，致密度 较大的颗粒，用其傲核心比用普通尿素做为核心包硫更加均匀。同时。为了提高S C U 的缓释效果。T
10、 V A对包封剂材科及性能进行了大量研究。相继开发出了聚乙烯蜡、重油等包封剂。 2 2 改良T V A 法1 9 7 5 年，日本三井东压化学公司在美国T V A 公开的技术基础上，生产并注册了三井东压的S C U及包酸复合肥。它是一种改良T V A 法，既在复合肥外表面包硫，密封剂、调理剂。同T V A 法一样，涂硫与密封剂在同一转鼓中进行喷涂。颗粒肥料预热后。送到旋转的包涂转鼓中，1 5 0 “ ( 2 熔融硫在5 - 1 0 M P a 压力下喷涂到肥料表面，在转鼓的后端，蜡在6 0 下喷淋到肥料颗粒上，颗粒肥料在涂硫和蜡后。通 过流化床气流冷却器，进入下一个调理剂转鼓。调理剂为硅藻土或
11、滑石粉，制得包硫复合肥为1 2 - 1 2 - 1 2 - 1 8 S 。2 3C I L 法由于1 9 9 1 年N u - G r o 公司收购了帝国化学公司加拿大分公司的草坪园艺商务( c I LC a n a d aL a w n，& G a r d e nB u s i n e s s ) ，C I L 成为其产品的注册商标。因而将其生产S C U 的方法称为C l L 法其生产工艺为z 颗粒化尿素由储罐加到流化床预热器，将其温度提高到5 5 。流化态空气在旋风除尘后一部分通过 菲气塔放空，一部分通过涂硫转鼓，以防止爆炸性耪尘的积聚。尿素从预热器送到涂硫转鼓，在此，熔融硫在表压6 9
12、 1 0 3M P a 压力下，通过喷射总管以水力式喷嘴喷涂在尿素颗粒上，硫添加量为1 5 2 7 在涂硫转鼓末端出口处，将封闭剂添加到已涂硫尿素上通过设置在蒸汽加热总管上的水力式喷嘴，在低压力下滴加到产品上，而不是雾状喷涂的，可以防止封闭剂被带出。2 4 凝结包裹工艺加拿大B r i t i s hC o l u m b i a 大学开发了包硫尿素的凝结覆盖工艺此工艺实质上由熔融硫浸渍颗粒尿素并借离心作用将涂硫的尿素颗粒从熔硫中分离出来与传统喷硫包涂时问l 1 5 m i n 相比，凝结包裹 全部包裹时间大约ls 。实验装置生产的包硫尿素的包裹厚度和质量取决于尿素在熔硫中停留的时间( 0 6
13、 - - 0 8s ) 和熔硫温度( 1 3 0 1 4 4 ) 。产品分析含硫2 0 - - 5 0 ( 质量分数) 缺点是包裹层小孔的形成尚未很好的解决。2 5 喷动床工艺奎因苇1 l 届磷( 混船生产技术交漉会论文资料集1 3 3尿素自喷动床底部加入将其预热到一定温度后，导入经过预热的空气，使位子喷动床中心的尿素颗粒上升。并在顶部形成喷流当尿素颗粒达到喷流顶部又返回到喷流与反应器壁间的环形间隙中时。形成床内固体的旋回运动熔融硫自喷动床底部经喷嘴喷入床内，对尿素进行喷涂因床内的旋回运动使喷入的熔硫连续的黏附在尿素颗粒表面当涂层达到预定重量( 质量分数) 时即行停止，并将硫包尿 素从流化床中
14、取出，生产过程的废气由床顶引出，经旋风除尘及水洗涤后放空。2 6P C S C U 法新一代S C U 使用了聚合物密封科技简称为P C S C U ，双层包衣是将极薄的聚合体薄膜覆盖在硫包衣上聚亚安酯、聚烯烃和醇酸树腊都是常见的聚合体密封材料。从P C S C U 中释放尿素的比率从6 周到1 6 周不等，取决于包衣的厚度和完整性使用聚合物密封科技使S C U 在控释性能上大大改善，但 工艺操作复杂、聚合物有带来环境二次污染的潜在风险、成本较高。驻要应用在园艺市场。 3S c U 养分释放机制和过程3 1S C U 养分释放机制S C U 颗粒直径范围为I 一5m m ，硫包衣壳厚度范围为3
15、 0 3 0 0um 密封层厚度范围为2 0 1 5 0um 。S C U 涂层是一种不渗透性涂层，它的养分释放过程一般可分为两个阶段；恒速释放阶段和随后的降速阶段。在土壤环境中。尿素逐渐地透过包衣扩散，主要通过包衣的裂缝、细小的空洞和包农表面自然形成的不完整结构达到缓慢释放养分。S C U 颗粒分为3 种类型：( 1 ) 膜上有畅开孔洞的颗粒；( 2 ) 膜上有孔洞，但却有密封剂封闭的颗粒；( 3 ) 膜上无穿孔第一类颗粒一湿润裁开始释放尿素第二类颗粒一旦密封剂破坏或剥去尿素就从颗粒内释放出来，第三类颗粒一旦硫膜部分剥蚀，尿素就从内部释放出来。S C U 氮素的释放取决于包膜的质量及包膜粒子
16、各类型的群体释放表现。可以根据作物的营养需求，通过调节涂硫厚度，密封剂量多少及工艺参数等方式生产出不同释放期的缓释肥料阶段性的养分释放特点，充分满足了作物不同时期的养分需求。3 2S C U 养分溶出过程数学模拟1 9 7 9 年和1 9 8 0 年。J a r n l la n dB o e e r s m a 对S C U 的尿素释放过程进行了详细研究，提出了S C U 包膜层破裂和养分释放速率的数学模型。他们假定孔洞形成后，在孔洞和包膜层厚度保持不便的前提下，用 F i c k 第一定律推导出了S C U 养分扩散的数学模型养分释放速率可分为：恒速阶段d i n d , = ( D M o ) ( A e Ax p ) C n( I )降速阶段d m d , = ( D M D ( A d A x p ) ( 1 - I n r ) P( 2 )一方程( 1 ) (
