一、植物營(yíng)養(yǎng)

    植物的營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)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(yíng)養(yǎng)元素和（植物微量需要的）微量營(yíng)養(yǎng)元素。三種主要的大量營(yíng)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(gè)世紀(jì)以來(lái)農(nóng)民種地采用的是有機(jī)肥，開(kāi)采的無(wú)機(jī)肥料非常有限。隨著英國(guó)農(nóng)業(yè)革命和后來(lái)20世紀(jì)的綠色革命，人類越來(lái)越多地依賴人造無(wú)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(wú)機(jī)化肥的生產(chǎn)是化學(xué)供應(yīng)鏈中的一種化工過(guò)程。我們可簡(jiǎn)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(lái)生產(chǎn)磷肥的，是從含磷酸鹽礦物中開(kāi)采出來(lái)的。在氮肥生產(chǎn)中也使用磷酸。摩洛哥、中國(guó)、南非、約旦和美國(guó)這五個(gè)國(guó)家控制著全球磷酸鹽儲(chǔ)量的90%。現(xiàn)在人們擔(dān)心幾十年后磷的供應(yīng)會(huì)耗盡。

2. 鉀

  鉀對(duì)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(guó)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(zhǎng)的需求導(dǎo)致其價(jià)格飛漲。

3. 氮

  氮對(duì)所有的蛋白質(zhì)都是非常重要的。氮最常見(jiàn)于空氣中，但是這種形式的氮，植物是無(wú)法吸收的。為了便于植物吸收，必須對(duì)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(wú)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(dòng)物的尿液中）或從氨中提取，就是在化學(xué)反應(yīng)中通過(guò)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(wú)機(jī)化肥，就需要采用化工工藝。氨是尿素和其他無(wú)機(jī)氮肥的前身，它是采用哈柏博施法生產(chǎn)的，通過(guò)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(guò)哈柏博施工藝來(lái)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(guò)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(jiàn)的無(wú)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(guò)用硫酸將磷酸化氨與磷酸的作用而生產(chǎn)出來(lái)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(kāi)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(guó)、印度和其他亞太地區(qū)國(guó)家，中東和俄羅斯。這并不奇怪，這些國(guó)家正在經(jīng)歷著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，有些國(guó)家還經(jīng)歷著食品價(jià)格飛漲。投資規(guī)模可說(shuō)明這一點(diǎn)，印度農(nóng)民化肥合作公司（IFFCO）計(jì)劃未來(lái)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(qiáng)硫酸生產(chǎn)的其他鋼種包括超級(jí)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(qiáng)酸的腐蝕。

2. 磷酸

   在處理低濃度的磷酸時(shí)，使用304，在處理高濃度的磷酸時(shí)，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(jí)不銹鋼制造的耐腐蝕耐磨損泵。超級(jí)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(guò)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(chǔ)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(fèi)用，而且該鋼種的耐腐蝕性能（耐點(diǎn)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(lái)，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(huì)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(kāi)發(fā)了一種用于現(xiàn)代尿素廠無(wú)氧環(huán)境的先進(jìn)雙相鋼SafurexTM。通過(guò)采用雙相鋼SafurexTM，斯塔米卡邦（Stamicarbon）公司對(duì)尿素生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡(jiǎn)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(guò)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(wèn)題，Snamprogetti公司（Saipem公司的下屬公司）與ATI Wahchang公司合作開(kāi)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(yùn)行），后來(lái)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(shí)對(duì)人造化肥的依賴?yán)^續(xù)增加，這是不銹鋼的現(xiàn)成市場(chǎng)。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(huì)達(dá)到雙贏。這些合作為我們的未來(lái)提供了樣板，不僅是在化肥生產(chǎn)領(lǐng)域，而且在整個(gè)加工制造領(lǐng)域。