一、植物營養
植(zhi)(zhi)(zhi)物的(de)(de)營(ying)養(yang)(yang)主要來自約19種(zhong)(zhong)元(yuan)素（不(bu)包括空氣中(zhong)的(de)(de)碳和氧以及土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)水）。這(zhe)(zhe)些元(yuan)素大致分(fen)為(wei)兩類(lei)：（植(zhi)(zhi)(zhi)物大量需要的(de)(de)）大量營(ying)養(yang)(yang)元(yuan)素和（植(zhi)(zhi)(zhi)物微量需要的(de)(de)）微量營(ying)養(yang)(yang)元(yuan)素。三(san)種(zhong)(zhong)主要的(de)(de)大量營(ying)養(yang)(yang)元(yuan)素是(shi)氮、磷(lin)和鉀(jia)。農作物的(de)(de)產量主要取決于(yu)土(tu)壤中(zhong)的(de)(de)這(zhe)(zhe)三(san)種(zhong)(zhong)元(yuan)素，但是(shi)，需要把它(ta)們轉換為(wei)植(zhi)(zhi)(zhi)物可吸收的(de)(de)形式。這(zhe)(zhe)就是(shi)化肥的(de)(de)作用。
1. 化(hua)肥的種(zhong)類
幾個世紀以來(lai)農民種地(di)采(cai)(cai)(cai)用(yong)的(de)是(shi)有機肥，開采(cai)(cai)(cai)的(de)無(wu)機肥料(liao)非常有限。隨著(zhu)英國農業革命和后(hou)來(lai)20世紀的(de)綠色革命，人(ren)類(lei)越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)多(duo)地(di)依賴人(ren)造無(wu)機肥料(liao)。目前，全(quan)球有三分之一的(de)人(ren)口食用(yong)的(de)糧食是(shi)采(cai)(cai)(cai)用(yong)人(ren)造氮生產的(de)。
2. 化肥供應鏈
無(wu)機(ji)化(hua)(hua)肥的生產是化(hua)(hua)學供應鏈中(zhong)的一(yi)種(zhong)化(hua)(hua)工過程。我們可簡單地(di)看(kan)一(yi)下這三種(zhong)大量元素在(zai)工藝(yi)中(zhong)所起的作(zuo)用。
二、化肥
1. 磷
作(zuo)為ATP的(de)組(zu)分之一(yi)，磷(lin)在植物(wu)的(de)光(guang)合作(zuo)用(yong)中起著至(zhi)關重要的(de)作(zuo)用(yong)。磷(lin)是用(yong)來生產磷(lin)肥的(de)，是從含磷(lin)酸鹽礦物(wu)中開采出(chu)來的(de)。在氮肥生產中也使用(yong)磷(lin)酸。摩洛哥、中國、南非、約旦(dan)和美國這五(wu)個國家控制著全球磷(lin)酸鹽儲量(liang)的(de)90%。現在人們擔心(xin)幾十年后(hou)磷(lin)的(de)供(gong)應會耗盡(jin)。
2. 鉀
鉀對植(zhi)物的(de)(de)水分調節和(he)耐干(gan)旱非常重要。化肥中所用的(de)(de)鉀是碳(tan)(tan)酸(suan)鉀。碳(tan)(tan)酸(suan)鉀是從含碳(tan)(tan)酸(suan)鉀礦物中可提取的(de)(de)各種礦物鹽(yan)的(de)(de)總稱。碳(tan)(tan)酸(suan)鉀最大(da)的(de)(de)生(sheng)產(chan)國家是加拿(na)大(da)、俄羅斯和(he)白俄羅斯。鉀是地殼中的(de)(de)第(di)七大(da)元(yuan)素，但(dan)是，不(bu)斷增長的(de)(de)需求導致其(qi)價格飛(fei)漲。
3. 氮(dan)
氮(dan)(dan)對所有的(de)蛋白(bai)質都是(shi)(shi)非(fei)常(chang)重要的(de)。氮(dan)(dan)最常(chang)見(jian)于(yu)空氣中(zhong)，但是(shi)(shi)這(zhe)種(zhong)形式的(de)氮(dan)(dan)，植(zhi)物是(shi)(shi)無法吸(xi)收(shou)的(de)。為(wei)了(le)便于(yu)植(zhi)物吸(xi)收(shou)，必須對氮(dan)(dan)進行“固定”或(huo)被土壤吸(xi)收(shou)。由于(yu)這(zhe)種(zhong)自然(ran)生(sheng)成的(de)氮(dan)(dan)供應(ying)不(bu)足，就出(chu)現(xian)了(le)提供各種(zhong)無機氮(dan)(dan)肥——如硫酸氨(an)，磷酸氨(an)和各種(zhong)以尿(niao)素為(wei)原料的(de)產品——的(de)產業，尿(niao)素可自然(ran)生(sheng)成（如哺乳類動物的(de)尿(niao)液中(zhong)）或(huo)從氨(an)中(zhong)提取，就是(shi)(shi)在(zai)化學反應(ying)中(zhong)通過哈柏(bo)博施法進行生(sheng)產。尿(niao)素和其(qi)前身(shen)氨(an)除用于(yu)化肥外，還(huan)用于(yu)其(qi)他化工產品中(zhong)。
4. 氨
要生產無機化肥(fei)，就需要采(cai)用化工(gong)工(gong)藝。氨是尿素(su)和(he)其他無機氮肥(fei)的前身(shen)，它(ta)是采(cai)用哈柏博施(shi)法生產的，通(tong)過催(cui)化劑(ji)與蒸汽(qi)進行反應(ying)（蒸汽(qi)重整）生成二氧(yang)化碳、蒸汽(qi)和(he)氫(qing)的混合(he)物。最后(hou)采(cai)用鐵系催(cui)化劑(ji)，通(tong)過哈柏博施(shi)工(gong)藝來合(he)成氨。
5. 尿素
在所有氮(dan)肥的(de)組成(cheng)(cheng)中(zhong)，尿(niao)素的(de)氮(dan)含量最高。尿(niao)素是氨和二氧化碳在壓力150～220巴(ba)，溫(wen)度范圍170～200℃的(de)反(fan)應(ying)器中(zhong)進行反(fan)應(ying)生成(cheng)(cheng)的(de)。反(fan)應(ying)過程(cheng)生成(cheng)(cheng)的(de)化學物氨基甲酸銨的(de)腐(fu)蝕性(xing)很大(da)。
6. 化(hua)肥產業
最常見(jian)的(de)(de)(de)無機化肥是(shi)磷肥、鉀(jia)肥和氮肥。氮肥中的(de)(de)(de)一(yi)類磷酸(suan)(suan)(suan)氨(an)就是(shi)通過用硫酸(suan)(suan)(suan)將磷酸(suan)(suan)(suan)化氨(an)與磷酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)作用而生(sheng)產(chan)出來的(de)(de)(de)。尿素生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)龍頭企業公(gong)司(si)是(shi)斯(si)塔米(mi)卡邦（Stamicarbon）（現為(wei)MaireTecnimont公(gong)司(si)的(de)(de)(de)子公(gong)司(si)），該公(gong)司(si)一(yi)直(zhi)與Uhde公(gong)司(si)和Sandvik公(gong)司(si)合作開發新的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工藝。
化肥生產主要集(ji)中在阿根廷、巴西、中國(guo)(guo)(guo)、印(yin)(yin)度和其他亞太地區國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)，中東和俄羅斯。這(zhe)并不奇怪(guai)，這(zhe)些國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)正在經(jing)歷(li)著(zhu)經(jing)濟快速(su)增(zeng)長，有(you)些國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)還經(jing)歷(li)著(zhu)食品(pin)價(jia)格飛漲。投(tou)(tou)資規模可說(shuo)明(ming)這(zhe)一點(dian)，印(yin)(yin)度農民化肥合作公司(si)（IFFCO）計劃未來三(san)年(nian)在印(yin)(yin)度投(tou)(tou)資12億～13億美元(yuan)進行(xing)擴建(jian)。
三(san)、不銹鋼
這里總結一下化肥生產所用不銹鋼的發展情況。Allegheny Ludlum不銹鋼公司生產的奧(ao)氏體不(bu)銹鋼AL 904LTM具有良好的耐腐蝕性能，適用于一般的化肥生產，特別是適用于硫酸和其他還原酸的生產。AL 904LTM用于化肥生產和其他工藝用途。
1. 硫酸(suan)
硫酸生產一般采用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，由于具有優越的力學性能，完全可與N08904（904L不銹(xiu)鋼） 媲美。
3. 氨
在氨(an)生(sheng)產工藝中(zhong)，絕大(da)部分(fen)工藝的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)為(wei)中(zhong)等腐(fu)蝕(shi)(shi)，所以一般采(cai)用300和400系(xi)列(lie)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。這些(xie)鋼(gang)(gang)(gang)種用于(yu)制(zhi)造重整器，二氧化(hua)碳去除裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，氨(an)的(de)(de)合(he)成(cheng)，葉輪機械，冷(leng)卻裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)和冷(leng)凝器。在氨(an)的(de)(de)合(he)成(cheng)過程(cheng)中(zhong)，生(sheng)成(cheng)具有腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)氨(an)基甲酸銨(an)，所以需要(yao)使用耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)更好的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種，如(ru)ASTM 430，UNSS44625和UNS S44626。為(wei)了(le)耐(nai)氯化(hua)物腐(fu)蝕(shi)(shi)，熱(re)交換器采(cai)用雙相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。管道和儲罐可采(cai)用Outokumpu公司生(sheng)產的(de)(de)經濟型雙相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)LDX 2101，這種雙相鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)好，可降(jiang)低使用材料(liao)的(de)(de)壁厚，節約(yue)材料(liao)和制(zhi)造費用，而且該鋼(gang)(gang)(gang)種的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)（耐(nai)點蝕(shi)(shi)和應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷裂）優于(yu)標(biao)準的(de)(de)300系(xi)列(lie)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。
4. 尿素(su)
近年來，制造尿素(su)生產設備采用的(de)(de)(de)標準鋼(gang)(gang)種是(shi)改(gai)進(jin)(jin)型(xing)316L，即316L MOD或316L Urea，腐蝕性較嚴重的(de)(de)(de)區域采用的(de)(de)(de)是(shi)更高合(he)金(jin)含量的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，Urea25/22/2（25Cr，22Ni，2Mo），是(shi)低碳(tan)、低硅和高氮含量的(de)(de)(de)改(gai)進(jin)(jin)型(xing)310L奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。
在尿素(su)生(sheng)(sheng)產中，腐(fu)(fu)蝕不(bu)僅受(shou)到氨(an)基甲(jia)酸酯水平的(de)影響(xiang)(xiang)，而(er)(er)且(qie)還(huan)受(shou)到氨(an)與二氧(yang)化(hua)碳比的(de)影響(xiang)(xiang)和氧(yang)含(han)(han)(han)(han)量的(de)影響(xiang)(xiang)。缺少氧(yang)氣(qi)會(hui)使(shi)不(bu)銹鋼(gang)發生(sheng)(sheng)腐(fu)(fu)蝕，所以最好使(shi)用耐(nai)最低氧(yang)含(han)(han)(han)(han)量的(de)鋼(gang)種(zhong)(zhong)，如Urea25/22/2。Sandvik2RE69TM是Urea25/22/2的(de)改進型(xing)，可用于尿素(su)生(sheng)(sheng)產工藝中條件最苛刻的(de)區域(yu)。印度農民化(hua)肥合作公司（IFFCO）位(wei)于Kalol的(de)尿素(su)廠的(de)氣(qi)提塔(ta)中的(de)管道(dao)(dao)就(jiu)是采(cai)用這(zhe)種(zhong)(zhong)材料制造的(de)，氣(qi)提塔(ta)內的(de)壓(ya)力(li)和溫度是最高(gao)的(de)。管道(dao)(dao)已使(shi)用了25年(nian)以上(shang)。還(huan)有(you)一種(zhong)(zhong)雙相(xiang)鋼(gang)種(zhong)(zhong)可用于制造尿素(su)生(sheng)(sheng)產設(she)備，這(zhe)就(jiu)是住友金屬工業和東洋工程公司生(sheng)(sheng)產的(de)DP28WTM。這(zhe)種(zhong)(zhong)雙相(xiang)鋼(gang)的(de)鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量高(gao)，鎳含(han)(han)(han)(han)量較(jiao)低，所以具有(you)良好的(de)再鈍化(hua)性能，而(er)(er)且(qie)非常耐(nai)應力(li)腐(fu)(fu)蝕斷(duan)裂和氨(an)甲(jia)酸溶液(ye)和氯化(hua)物(wu)溶液(ye)的(de)腐(fu)(fu)蝕。
Sandvik公司和(he)斯(si)塔米(mi)卡邦（Stamicarbon）公司合作開(kai)發了一(yi)種(zhong)用于現代尿(niao)素廠(chang)無氧(yang)環境的(de)先進雙(shuang)相鋼SafurexTM。通過采用雙(shuang)相鋼SafurexTM，斯(si)塔米(mi)卡邦（Stamicarbon）公司對尿(niao)素生產工藝進行簡化，去掉了風機(ji)、氫氣轉(zhuan)換器、高壓洗滌(di)器和(he)高壓氨(an)噴(pen)射器。
在尿素生產過程中，氨（NH3）氣(qi)提(ti)塔通常是(shi)采用鈦(tai)制造的。但是(shi)，為防(fang)止(zhi)鈦(tai)被沖蝕，需要為鈦(tai)加一層(ceng)覆層(ceng)。為了解(jie)決(jue)這(zhe)一問題(ti)，Snamprogetti公司(si)（Saipem公司(si)的下屬公司(si)）與ATI Wahchang公司(si)合(he)(he)作開(kai)發(fa)出了OmegabondTM先進管(guan)道(dao)(dao)，在這(zhe)種(zhong)管(guan)道(dao)(dao)中，利用固(gu)態接合(he)(he)技術將鋯(gao)粘結到了鈦(tai)上。海(hai)灣石化公司(si)（GPIC）首(shou)先在巴林的大型設備上采用了這(zhe)種(zhong)管(guan)道(dao)(dao)（該設備于2009年(nian)投產運行），后來(lai)又(you)有兩家(jia)公司(si)采用了這(zhe)種(zhong)管(guan)道(dao)(dao)。
四、結(jie)論(lun)
糧食是人(ren)(ren)類的(de)基本需求，同時對(dui)人(ren)(ren)造化肥的(de)依賴繼續增(zeng)加，這是不銹鋼的(de)現成市(shi)場。然而，僅提供(gong)產(chan)品，等(deng)待用(yong)(yong)戶上門訂貨還遠(yuan)遠(yuan)不夠。只有鋼鐵生產(chan)廠家與用(yong)(yong)戶密切合(he)作才會達到雙贏。這些(xie)合(he)作為(wei)我們的(de)未來提供(gong)了樣板，不僅是在化肥生產(chan)領(ling)域(yu)，而且在整個加工制(zhi)造領(ling)域(yu)。
