复混肥
第一节 复混肥产业和工业技术发展
1.1 复混肥料定义
1、定义及养分规定 按照国际惯例,氮(N)、磷(P)、钾(K)三种养分中,至少含有两种养分标明量的肥料称为复混肥料。并且,复混肥料中单质养分和总养分只能以肥料中含有的氮(N)、五氧化二磷(P2O5)、氧化钾(K2O)的含量计算。2、配合式 复混肥料中养分表示方法,按N、P2O5、K2O顺序排列,每个元素之间以“—”连接,即:N—P2O5—K2O样式,称为配合式,且以阿拉伯数字表示养分含量。
例如:①17-17-17表示含N、P2O5、K2O养分各为17%,总养分为51%的三元素复混肥料;②17-17-0表示含N、P2O5养分各为17%,总养分为34%的氮磷两元素复混肥料;③17-0-17表示含N、K2O各为17%,总养分为34%的氮钾两元素复混肥料。
1.2 我国复混肥的发展现状
我国自20世纪50年代起开始施用复混肥料,经历了较长时间才逐渐被农民所接受。至70年代的10年间,平均每年施用复混肥料(折纯养分)约27.3万吨,占年施用化肥总量的2.2% 。80年代中、后期,复混肥料施用快速增长,1990年的施用量341.6万吨,占化肥施用总量的13.2% ;1995年为670.8万吨,占化肥施用总量的18.67%;2000年全国复混肥料的施用量917.7万吨,占化肥消费总量4146.3万吨的22.1%;到2005年,全国复混肥料的施用量1225万吨,占化肥消费总量4897.5万吨的25%(表5-1)。表2-1中国近年复混肥料施用量及其在化肥用量中的比重
项目 | 年份 | ||||||
1981 | 1985 | 1990 | 1995 | 1997 | 1999 | 2005 | |
化肥用量/万吨养分 | 1334.9 | 1775.8 | 2590.3 | 2593.6 | 3980.9 | 4125 | 4897.5 |
复混肥用量/万吨养分 | 56.6 | 179.6 | 341.6 | 670.8 | 797.8 | 880 | 1225 |
复混肥占化肥用量% | 4.24 | 10.11 | 13.19 | 18.67 | 20.04 | 21.33 | 25 |
项目 | 年份 | ||||||
2006 | 2007 | 2008 | 2009 | ||||
化肥用量/万吨养分 | 4927.7 | 5107.8 | 5239.0 | 5404.4 | |||
复混肥用量/万吨养分 | 1385.9 | 1503.0 | 1608.6 | 1698.7 | |||
复混肥占化肥用量% | 28.1 | 29.4 | 30.7 | 31.4 |
我国复混肥的生产也起步较晚,但发展相对较快。目前全国已取得复混肥生产许可证的企业有4000余家,实际年产量达6000余万吨(实物),国产复合肥逐渐成为市场的主体,并具备了一定的竞争力。2004年我国进口化肥量较2003年明显减少,其中DAP的进口规模为260.63万吨,同比减少14.3%,NPK的进口也比2003年度有所减少。另外,我国的三元复混肥在2004年还实现了14.75万吨的出口量,较2003年增长了30.5%。虽然近几年我国复混肥产业取得了令世人瞩目的成绩,但同时也存在着许多亟待解决的问题。多年来,我国复混肥的施用量以及肥料复合化率一直在持续提高,但同时可以看到我国肥料的复合化程度与发达国家相比还处于较低的水平,掺混肥的产量和施用量在复混肥中的比例也较小,BB肥占氮、磷肥料总量的比例却只有10%左右,而且质量不稳定,在农民使用肥料中的信誉较低。
1.3 复混肥料分类
1.3.1 按生产工艺分类(1)化成复合肥料
指仅通过化学方法合成的复混肥料。包括2类:
一类为两元素复合肥料,通过纯化学反应合成。主要有如下品种:
①硝酸磷肥 一般总养分含量为40%,氮磷比例为1:1型和2:1型两种。
②磷酸二铵 含氮18%,含磷46%,总养分为64%。
③磷酸一铵 一般含氮为10%~12%,含磷为45%~51%,总养分为55%~60%。
由于两元复合肥含有的N、P或N、K比例不合理,多年前,在一些发达国家都已不再直接使用,只作为加工BB肥的原料。目前,我国生产的磷酸一铵多用作加工混配肥的原料。
另一类是三元复混肥料。在生产过程中既有化学反应,也有混合工艺。一般以磷酸作为主要原料,加氨进行反应,然后加入钾肥进行混合,经浓缩后成为三元素复合肥。其中磷酸与氨反应是化学过程,加钾是物理混拌过程。这一生产工艺也称为料浆法工艺,采用这种工艺的一般为大、中型企业,生产的都是高浓度肥料。从国外进口的复混肥如15-15-15、16-16-16以及国内大型企业生产的复混肥料均是采用这种工艺,这种工艺生产的复混肥料习惯上称为复合肥,复合肥是复混肥的一种。该种复混肥料的优点主要有:
①养分均匀,每个颗粒之间养分是一致的,很少有误差,所以,单个养分和总养分含量均易达标。
②物理性状好,颗粒大小均匀,抗压强度大,表面光滑,在贮、运过程中不易破碎,不易结块,肥料质量能够得到保证。
(2)混配肥料
①国内多采用干粉造粒,即采用粉状肥料(若颗粒肥如尿素必须预先破碎)经物理混合、造粒而成。采用这种工艺,一般生产规模不大,小的企业年产不足万吨,大的企业也只是5万吨~10万吨,多数在1万吨~3万吨左右。并且,生产的肥料养分浓度较低,总养分大多在25%~35%之间。
②国外混配肥以BB肥为主,即散装掺混肥料,通常以颗粒N、P、K肥,经混拌而成,但要求掺混的N、P、K颗粒大小、比重基本相当,否则会产生分离,导致养分不均匀,影响肥效。出售时可根据农户要求按一定配方装配。
1.3.2 按用途分类
(1)通用型复合肥在我国把氮、磷、钾养分含量相等的肥料称之为通用型肥料。例如,15-15-15,16-16-16。通用型肥料施用方便,但也有其明显的不足,即养分配比的针对性较差。在南方使用这种肥料,很可能造成磷浪费;而在北方,如在小麦上使用,则可能造成钾浪费。
(2)专用型复合肥
专用肥主要依据作物营养特点和土壤养分状况确定配方。考虑到复混肥主要做基肥施用,氮肥是普遍要追施的,因此在配方中重点考虑磷钾的比例。
①依据作物营养特点:按作物养分需求不同,大致可以分为喜磷作物和喜钾作物两大类。
喜磷作物:油料作物,如油菜籽、大豆、向日葵等,以及豆科牧草。
喜钾作物:瓜、果、菜、茶叶、薯类、烟草和糖料作物。
②依据土壤养分状况:主要依据区域的土壤供肥特点、施肥习惯以及各地的肥料试验结果,确定配方。目前,我国土壤大致是南方以缺钾为主,北方以缺磷为主。
因为专用肥的配方考虑了作物和土壤特点,具有更强的针对性,所以,同样是45%养分,专用肥的肥效普遍好于通用型肥料。
1.3.3 按养分形态分类
目前,在国内肥料市场上出现的肥料,大致分为以下几类:(1)尿基复合肥
主要特点是以尿素溶液喷浆造粒而成。
(2)硝基复合肥
在生产硝酸磷肥基础上,加钾而制成。其主要特点是氮源中含有硝态氮,适合于旱地北方低温区使用,尤其适合在蔬菜、果树上使用。目前进口复合肥基本是此类复合肥。
(3) 硫基复合肥
指复合肥中的钾源为硫酸钾,适宜于对氯敏感的作物。
(4)氯基复合肥
或以氯化钾为钾源,或以氯化铵为氮源,或两者兼有(也称之为双氯化肥)。
1.3.4 按养分配比分类
通常习惯上将复混肥中氮、磷、钾单个养分含量大于20%的一类复混肥称为高氮型、高磷型、高钾型复混肥。(1) 高氮型复合肥
高氮型复混肥主要用于一次性施肥和作物追肥。一次性施肥主要适用于东北春玉米底肥和山东、河南等地的小麦底肥。肥料品种主要有:28-9-11、26-10-12、25-13-10等。在华北地区,很多农民种植夏玉米时习惯不施底肥而在玉米苗期一次性追施,因此高氮型追肥主要用于华北地区夏玉米、以及小麦、棉花追肥。主要肥料品种:28-6-16、30-5-15、 30-10-10、32-6-12、 32-0-18、 34-0-16、 35-5-10、25-10-10、28-9-9、20-10-10、24-16-6、25-10-5、25-13-17;24-8-11。
(2)高磷型复合肥
高磷型复混肥可分为土壤专用型和作物专用型两类,土壤专用型针对土壤速效磷含量较低的地区和部分盐碱化土壤的小麦、玉米、棉花的种植,主要肥料品种:15-25-8、13-20-12;作物专用型应用于东北春玉米种肥、油菜专用肥、豆类专用肥。主要肥料品种:16-18-12、10-15-5、12-23-5;豆类专用15-23-10;土壤专用15-25-5、15-20-10等。
(4) 高钾型复合肥
为了满足经济作物对品质及产量的要求, 高钾型复合肥用于果树、大蒜、烟草、蔬菜等作物的基肥和追肥。这部分肥料对溶解度、外观、色泽要求较高,有的肥料还添加腐植酸等增效剂。主要肥料品种:15-15-20、18-6-24、15-10-20、20-5-30、10-6-24、16-8-20、16-10-24、15-10-20、12-8-20。
(5)氮钾型复合肥
由于我国大部分地区土壤养分氮素普遍匮乏,加之近年来钾的增产效果愈发显著;同时,熔体造粒法、转鼓造粒法、团粒法等国内应用的复混肥生产工艺提高复混肥中磷含量有所困难,因此氮钾型复混肥在国内所占比重较高。市场上存在的肥料品种有:16-0-40、20-10-20、18-9-18、14-12-14、18-8-14;20-5-30果菜类蔬菜(追肥)。
(6) 氮磷型复合肥
我国大部分地区农民有施用二铵的习惯,部分厂家根据自身生产工艺状况开发了氮磷型复混肥,不含或含有少量钾元素。如:国产和进口磷酸二铵、硝酸磷肥(27-11-0)、硝酸磷钾(22-9-9、22-9-6);16-16-8、18-18-8、10-10-5;16-18-8、18-16-6。
(7) 均衡型
由于均衡型复混肥料对于生产工艺要求不高,而且产品性能稳定,适用面积广,所以目前仍在市场上占据主要份额。主要品种有15-15-15、16-16-16、17-17-17、18-18-18等,各个工艺均有生产。
1.4 中国复混肥工艺及产品
1.4.1 团粒法复混肥料
该方法是国内外复合肥生产的主要方法,根据使用造粒设备的不同,可分为圆盘成粒、转鼓成粒、双浆混合成粒等工艺。前两种方法是目前复合肥厂生产中广为采用的方法。(1) 团粒法工艺成粒的基本原理
团粒法工艺成粒的基本原理是一定颗粒细度(粉粒状)的基础肥料借助肥料盐类的液相粘聚成粒,再借助外力使粘聚的颗粒产生运动,相互间的挤压、滚动使其紧密而成型。
(2) 团粒法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一,团粒法产品在生产过程中是将粉末状的干质混合料借助液相并受机械作用结成颗粒,因而整个流程内没有化学反应发生,这是该产品最显著的特点。第二,产品生产工艺流程较长,在整个生产过程中筛分、造粒、干燥、冷却等过程需要单独装置。第三、氮源选择面广,尿素、MAP等均可加入,但由于不能以高浓度的液氨和磷酸为原料,因而难以生产高含量复混肥料。
②优缺点:由于团粒法生产工艺相对简单,不需要加温、加压等条件限制,所以产品控制稳定、技术成熟、投资少,操作简便。但是由于造粒过程中没有化学反应仅靠液相粘结成粒,所以产品颗粒强度差,产品容易粉化结块。
1.4.2料浆法复混肥料
(1)料浆法复混肥料基本原理料浆法复混肥料是进入造粒过程中的全部或大部分物料都是料浆形式,料浆通常是硝酸、磷酸或硫酸与氨反应生成的,再经过造粒、干燥等工艺制成颗粒。按原料分类可以分为硫酸铵一磷酸铵系、硝酸铵—磷酸铵系、尿素-磷铵系等。
(2)料浆法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一、通过氨和磷酸等发生中和反应形成料浆,比团粒法造粒过程复杂。第二、原料广泛,即可是液态的也可是固体尿素、MAP、DAP等,固体原料需经熔融态处理。第三、AZF料浆法的流程复杂但产品灵活,可生产各种类型的复混肥产品,NPK产品最高含氮量可达30%左右,但硫酸氢钾工艺的工艺流程固定,配方固定。
②优缺点:整个流程装置复杂、自动化程度高,因而产品内在质量控制精确,产品类型丰富。另外可使用管式反应器,节省能耗。由于操作复杂,造成生产成本高,并且对原料(尤其是磷酸)质量要求较高。料浆法工艺中的硫酸氢钾工艺与某些生产工艺比较,氮含量难以提高,难以生产高氮型复合肥。
(3)硫酸铵一磷酸铵系复合肥料
由硫酸铵与磷酸铵、钾盐组成的一系列硫磷铵系复合肥料具有吸湿性小,呈微酸性,对碱性土壤有改良的作用,对茶叶、甘蔗有其独特的肥效,适用于多种土壤和作物。20世纪70年代中期,美国国家肥料开发中心研究成功的管道反应器用氨中和磷酸、硫酸的技术首先应用于硫磷铵系复合肥的生产,该法已在我国的复合肥生产中得到广泛的应用。原料湿法磷酸(小于40% P2O5)加入尾气洗涤系统洗涤转鼓氨化粒化器、回转干燥机—回转冷却筒等,抽出含氨、含尘尾气,得到的洗涤酸经过酸预热器加热,经计量后加入管道反应器。硫酸经计量后从反应管的另一管加入。液氨和少量水从反应管的端部加入。酸和氨在管道里高速流通时迅速混合并发生反应。反应热使物料温度上升到料液沸点以上,产生的蒸汽使管内物料处于0.3 ~0.4MPa的压力状态,高温度使磷酸铵的溶解度增大,所用原料磷酸的浓度可以稍高一些,这就意味着随磷酸进入生产系统的水量减少,中和反应热用来蒸发物料带入水分的比例增高,管道反应器工艺的造粒物料干燥负荷显著降低。
(4)硝酸铵—磷酸铵系复合肥料
硝酸铵—磷酸铵系复合肥料生产多数是把硝酸铵浓溶液加入磷酸与氨反应器的预中和器,或者把浓硝铵溶液加入回转鼓氨化粒化器,与预中和器来的磷酸铵料浆一起在氨化粒化器内造粒。少数工厂把硝酸和磷酸的混合酸用氨中和,生成的N—P料浆返料造粒,或者再加钾盐制造N—P—K复合肥料。硝酸铵的溶解度大,硝磷铵料浆的造粒更是一个典型的料浆造粒过程。20世纪60年代后期,荷兰Stannicarbon公司和挪威Norsk Hydro公司均开发了复合肥料适用的熔融体塔式喷淋粒化工艺技术,硝磷铵和硝酸磷肥工厂设计为塔式造粒的比例增多。在这种工艺技术中,硝酸铵或硝酸磷肥中和料浆浓缩至大于96%的浓度,把浓料浆用泵送至造粒塔顶,在一个快速混合的搅拌槽里把料浆和加入的钾盐细粉、返料细粉混合,料浆经旋转喷洒器从塔顶喷下,在空气流中凝固成粒。法国钾盐工程公司(PEC)在该公司的硝酸磷肥和硝磷铵系复合肥料技术中大力推广“成粒干燥器”(sphem(h—er)造粒技术— —在中国称喷浆造粒技术。该技术是美国的化学与工业公司于20世纪50年代初应用于磷酸铵生产的,法国PEC把该法用于浓度低的碳化法硝酸磷肥生产中。前苏联的料浆浓缩法磷酸铵,罗马尼亚的磷酸铵生产也用这种方法把磷酸铵浆造粒干燥。中国安徽的铜陵磷铵厂及中国数十家料浆浓缩法磷铵厂均用此法来实现料浆的造粒干燥操作。在喷浆造粒干燥工艺中,含水15%~30%的料浆被喷散成液沫,迎着转筒中固体返料和钾盐粉粒自抄板下落的料幕形成“幕障喷涂”,又称“幕帘喷涂”。干燥用的热空气自喷浆方向从转筒的前端吹入,因为颗粒多次循环地通过喷涂后才移至转筒中部,所以能够得到多次涂层,并使涂上的料液的水分迅速蒸发。从转筒出料端卸出的物产大部分显著地增大了粒度,颗粒圆润、坚硬。卸出物料的水分含量可籍控制热空气的流量、温度达到预定的要求。硝、磷酸铵系复合肥料和硝酸磷肥产品允许的水分含量一般小于1.0%。
1.4.3 浓溶液的造粒塔复混肥料
熔体造料技术是料浆法造粒技术中的一种特殊形式,随着复合肥生产技术的进步,熔体造粒技术逐渐演变成了一种独立的复合肥料生产技术。(1)造粒塔法复混肥料基本原理
熔体造粒工艺的特点是物料处于高温熔融状态,含水量很低,可流动的熔体直接喷入冷媒体中,物料在冷却时固化成球形颗粒;或者可流动熔体喷入机械造粒机内的返料粒子上,使之在细小的粒子表面涂布或粒结成符合要求的颗粒。溶液的蒸发或浓缩需要消耗能量,但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效,更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分;一般的造粒工艺,干燥机通常是造粒装置中最大的而且也是最昂贵的设备,熔体造粒工艺无需干燥,节省了投资和能耗。熔体造粒法制复合肥技术最早应用于磷酸一铵、硝酸磷酸铵、尿素磷酸铵,在这些生产方法中,可以加入钾盐或其他固体物生产颗粒状氮磷钾复合肥产品。按造粒方式的不同,熔体造粒法制复合肥工艺还可分为:造粒塔喷淋造粒工艺、油冷造粒工艺、双轴造粒工艺、转鼓造粒工艺、喷浆造粒工艺、盘式造粒工艺、钢带造粒工艺等。
(2)造粒塔法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一、尿素、硝铵等原料需制成熔融态,可直接使用尿素厂的尿液,制作共熔体是生产的关键。第二、可轻松生产含氮25%以上的复混肥料,但氮源仅能为尿素或硝态氮,且同一套装置不同氮源间转换困难。第三、不需干燥过程,节省能耗,产品外观圆润,独特。
②优缺点:产品外观美观,不易结块,能吸引消费者。不需干燥设备,节省成本和能耗,很方便生产高氮型复合肥。造粒塔法复合肥产品生产由于自身条件制约,因此产品规格受到限制,一般不能生产高磷型和42%含量以下的复混肥料。另外,尿素在100℃以上熔融状态产生缩二脲含量较高,高塔工艺生产用尿素时极易产生缩二脲超标,施用不当就会烧种烧苗。
1.4.4掺混复混肥料
(1) 粉状肥料的掺混粉状掺混是制造复混肥料的早期工艺,按比例称取基础肥料后,在简单容器内进行混合。基础肥料在混合之前通常要经过破碎至6目左右过筛。粉状掺混肥料在贮藏中经常出现结块,早期通过加入废弃物或石灰粉来改善肥料的物理性质。另外,许多工厂将基础肥料“熟化”后进行混合,可以使化学反应完全,减少结块。目前在市场上粉状掺混肥料相对较少。
(2) 颗粒肥料的掺混
颗粒掺混肥原料全部是颗粒状,并且颗粒大小大致一致,所用原料主要是尿素、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵以及氯化钾等。颗粒掺混肥料通常的生产方法是将原料经过前期处理后,进入分隔的贮斗;然后通过称量装置分别称量后流入混合机。掺混肥料的技术要求是基础肥料颗粒大小一致。
(3)掺混法复混肥料的生产特点
①流程特点:由于没有加温、加湿、干燥等过程所以生产流程简单,环境污染少。原料利用率高,加工过程简单,容易操作,养分配比灵活,可以满足各种批量生产需要。装置规模一般为0.5万吨/年~3万吨/年。
②优缺点:生产简单、设备简单、养分配比灵活,适应性强,适合各种规模生产。建设投资最小,产投比大。对原料尤其是大颗粒尿素、大颗粒钾肥等依赖相对较大,工艺差的产品分离度较大。
1.4.5 挤压法造粒复混肥料
目前复混肥生产以盘式造粒和转鼓造粒为主。近年来也有一些厂采用挤压造粒生产NPK产品,其造粒过程是将机械作用施加压力于物料,从挤压模具孔板中挤压成粒,得到圆柱形和一些不规则形状预粒,粒径视机型不同可至几毫米不等。挤压造粒工艺生产复混肥、专用肥,规模大小在设备配套上具有很大的灵活性,流程短、无返粒、投资低。挤压造粒通常有两种,一是推压式造粒,另一种是转辊式造粒。推压造粒进料含水量通常为5%~8%,经过挤压后得到圆柱状产物,经过冷却得到含水小于5%的产品,其成粒率在85%左右。转辊式挤压造粒进料含水可以更低在0.5%~1.5%。经挤压得到的带状物料经破碎,筛分得到块状或棱角的产品,由于产品含水量低,不需要进行干燥。挤压法投资一般只占团粒法的1/5左右。它较适合热敏性物料如尿素、磷铵和水敏性物料如碳铵、氯化铵系复混肥料的造粒。缺点是受到原料可塑性的限制,品种不如团粒法多。国内现挤压机生产单位甚多,形式多样,但单机能力小、设备维修费用高、备件加工量较大,较适合有机械加工能力的厂家,不适宜较大规模的工业化生产。另外,由于它生产出来的产品不是圆粒状的,肥料为直径1~4毫米的粒状并且粒度偏大,不能适合机械化施肥。
1.5 中国复混肥发展历史及特点
我国复混肥料的发展起源于磷铵工业,1966年,南京化学工业公司建成年产3万吨磷酸二铵装置,标志着我国复混肥料正式起步。我国复混肥料50年历史大致可以分为两个阶段。1.5.1发展高浓度复混肥料技术准备阶段
20世纪50年代初,在世界高浓度化肥和复混肥料起步之时,上海化工研究院进行了湿法磷酸、热法磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥以及重过磷酸钙等产品的研制和中间试验工作,先后取得了成果,并于20世纪60年代建设了硝酸磷肥、湿法磷酸和磷酸二铵生产装置。1966年,中国石化南京化学工业有限公司建成了中国第一个年产3万吨DAP的工业化生产装置,从而揭开了中国磷铵生产的历史。上海化工院也于1976年~1980年联合开展了冷冻法硝酸磷肥的农业评价试验。这是我国第一次大规模全国性试验,共取得了近600个试验数据,为后期发展复合肥奠定了基础。第二次于1980年~1983年,全国化肥试验网对复混肥肥效和施用技术进行了研究。1982年3月下旬,由化工部规划设计院张开炎先生和中国农科院刘更另先生(原土肥所所长,现为中国工程院院士)倡议和主持在北京召开了“我国复合肥(掺混肥)发展问题研讨会”。研讨会建议学习国外先进经验,发展我国的掺混肥(后统一名称为复混肥)生产和使用。第三次1983年~1986年,国家科委组织了“高浓度复(混)合肥料品种、应用技术和二次加工技术的研究”攻关项目,对复肥与单质配肥肥效、不同养分形态复肥品种肥效、粉状和粒状复肥肥效、复混(合)肥施用技术等进行了详细研究。1986~1991年,在中国农科院和上海化工研究院的牵头下,开展了“掺合肥料施用技术研究”项目,获得试验结果355个,在掺合肥料的肥效、养分分离的田间评价方法及养分误差的许可范围等方面填补了国内空白,并对不同复混肥品种的肥料效应演变、复肥中磷素水溶率也进行了进一步研究。随着生产和使用技术的研究,从而揭开了我国复混肥生产和使用的新篇章。1.5.2 20世纪80年代以来复混肥料的快速发展阶段
(1)发展以湿法磷酸和氨为基础配料的复混肥料一方面通过自身优势和引进技术建设大、中型磷酸铵装置。如铜陵化工、大化集团、中阿化肥、贵溪化肥、红河磷肥等11个磷酸铵装置。另一方面,自主研发建设中、小型磷肥厂,如利用稀磷酸铵料浆浓缩工艺建设的73套年产3万吨和2套年产6万吨的磷酸铵装置。
(2)利用多种基础肥料发展复混肥料
1979年起,上海化工研究院采用团粒工艺,先后开发出尿素-过磷酸钙系、尿素磷铵系、氯化铵-过磷酸钙系、氯化铵-磷铵系、硝酸铵-过磷酸钙系等多种复混肥料的生产技术。90年代以前,中国生产的复混肥料大多数采用的是团粒法颗粒复混肥,属中、小规模型。
(3)大型复混肥企业的崛起
90年代以后,由于受到进口复混肥料的冲击,加之国家农资政策的调整,国有大型磷复肥企业纷纷调整思路,大规模生产高浓度复混肥料。以中阿公司为代表在1999年率先生产各种类型的专用复混肥,其它如山东鲁西化工、云南红河磷肥厂、山东红日集团、四川什邡蓥峰实业总公司、湖北洋丰集团等也都开始转向高浓度复混肥料的生产。1999年初全国取得复混肥料生产许可证的企业计2240家,总生产能力3000万吨/年。
进入90年代以后,在新的市场形式下,复混肥得到了长足的发展。复混肥产品也从80年代的低浓度、单一配比发展成高浓度、多类型的局面,产品结构由过去的磷铵系、硝酸磷肥、钙镁磷肥系发展成团粒法、硫铵一磷铵系、硝铵—磷铵系、熔体造粒、掺混肥料等多工艺、多形态的复混肥料格局。到2005年底,我国磷酸二铵的生产能力已达到960万吨(实物),按2004年装置发挥水平75%计算,2006年的磷酸二铵实际产量已达到700万吨左右(实物)。2003年和2004年复混肥的总用量达到1109.8万吨(纯养分)和1204万吨(纯养分),分别占当年化肥总用量的25.1%和25.9%。2005年NPK三元复合肥实物产量1707.0万吨,同比增长33.7%。
1.5.3 工艺发展特点
复混肥的生产工艺实质上是将各单一原料分别破碎(熔融),然后按要求制定出原料配比方案(包括选择一定比例的填料及添加剂),进行混合、造粒、干燥、冷却、筛分、包装等。复混肥生产的核心是造粒,一旦造粒工艺及设备确定以后,对前面的原料制备及配比,对后面的干燥、冷却、筛分的工艺要求就随之确定。我国复混肥的生产经过10多年的不断探索,在上述常规生产工艺基础上,根据产量、产品技术指标的特殊要求及原材料供给情况等按造粒工艺分类主要有:团粒法、料浆法、熔体造粒法、掺混法、挤压法、涂布造粒法等。各种生产工艺在复混肥发展的不同时期并存但各有侧重,根据不同时期主要特点可划分为四个阶段:第一阶段为80年代中期,各地区发展小型复混肥生产,年产5000吨左右,以挤压条状和对辊挤压大颗粒状为主。也有的广家先将磷钾肥造粒,然后与尿素掺混,由于缺点较多,现在只有少数厂家在生产。
第二阶段为80年代后期至90年代初.发展年产万吨以上的生产厂,以颗粒状为主,生产设备有圆盘造粒和转鼓造粒,这两种造粒方法各有利弊。圆盘造粒法比较直观,圆盘倾斜角度和转速稳定后,易于操作;其缺点是流程长,占地多,工人劳动强度大,需添加粘结剂方可成粒。圆盘造粒法适用于年产万吨或万吨以下复混肥生产。转鼓造粒法最早用于万吨级以上的复合肥生产,上海化工研究院将其移植用于复混肥造粒.其优点是占地面积少,工人劳动强度较小,缺点是蒸汽中含有40%~50%的水,计算物料含水量时很难掌握,工人需凭经验操作。在第二阶段,大多生产总有效养分含量≥25%的三元复混肥。
第三阶段在90年代,特别是90年代后期,随着农业生产的发展,需要更高养分浓度的复混肥。一般要求氮磷钾总有效养分含量≥40% ,而且不少地区土壤出现缺乏钙、镁、硫等中量元素的症状,仅靠氮、磷、钾大量元素已不能满足农业生产的需要。此时出现了一大批生产高浓度三元复合肥的企业。大部分企业的生产工艺采用团粒法、料浆法、熔体造粒法、涂布造粒法。
第四阶段,进入21世纪,复混肥生产得到了长足发展,复混肥浓度向着更高浓度发展,特别是平衡施肥技术的开展,生产企业开始发展专用肥生产技术,此时掺混肥也异军突起,更进一步提高了复混肥养分含量。在此时期也出现了有机-无机复混肥和控(缓)释复混肥生产工艺。
1.6 复混肥技术和产品发展展望
1.6.1欧美等发达国家复混肥发展的特点
(1)化肥养分的复合化程度较高在西班牙、英国、意大利、法国、德国等发达国家,近些年来化肥消费呈下降趋势,但其单位面积施肥量仍然较大,为143.92 kg/hm。(N+P2O5+K2O),仅次于中国(246.3 kg/hm ),但化肥养分的复合化程度却在不断提高。据上述5国2000年统计,在消费的化肥中,氮、磷、钾肥的平均复合化率分别为21.04% 、87.49%和67.38%。其中氮肥的复合化程度低于磷钾肥。这是因为有些作物,特别是大田作物,磷、钾的大部分是以复混肥的形态作底肥施用,而氮肥只有一部分以复混肥形态作底肥,另有一部分则以单质肥的形态作追肥,以便对复混肥的养分供应作进一步调控。这表明,为了满足作物不同生育期的养分需要,复混肥要与单质化肥配合施用,实行“施肥套餐”。因此,虽然化肥的复合化程度需要不断提高,但并非越高越好。在一个相当长的历史时期内,肥料的养分复合化程度没有必要,也不可能达到100%。
(2) 掺混肥在复混肥中的比例越来越大
掺混肥,即BB肥(Bulk Blend Fertilizer),主要是指散装高浓度干粒掺混肥。它具有成本低、养分浓度高(总养分可达57 ~59%),其养分配比可依据土壤、作物特点灵活调控,能使施肥水平进一步提高,因而在发达国家得到迅速发展。美国散装化肥和液体化肥在逐年增加。20世纪90年代末,固体、袋装化肥销售量降至总量的10%,散装肥和液体肥则分别上升到50%和40%。BB肥中10~15%为袋装,以适应潮湿多雨地区和园庭、花卉、草坪及出口的需要。由于机械化施肥技术和灌溉施肥技术(Fertigation)的发展,液体复合肥在液体肥料和复混肥料中占有相当大的比例,分别是液体肥料和复混肥的37.8% 和16.2%。目前美国已有约8000家BB肥厂,占二次加工肥料厂的90%,平均每家年加工肥料量约300吨~5000吨。
(3) 建立复混肥产一销一用的农化服务系统
目前几乎所有发达国家都建立了以科学技术为主导,融肥料生产、肥料营销和对农民售后服务为一体的农化服务系统,该系统对复混肥,特别是BB肥的发展起到了重要作用。例如,美国IMC农业商务公司有自己的肥料二次加工厂、营销网络和农户科学施肥服务系统,BB肥生产厂家从化肥生产企业获得粒度均匀、不易结块的化肥作为制造BB肥的原料,根据农户土壤测试结果和专家意见,提出BB肥配方,在方圆24~40 km范围内,直接为农户提供商品肥料,甚至施肥机具。在农化服务系统中,肥料的生产、营销和施用之间形成了相互依存、相互促进的良性互动机制,而我国尚无一家企业形成完备的体系。
1.6.2中国复混肥工业技术水平与先进国家的比较
我国化肥产品结构不合理,除氮、磷、钾比例不合理外,单一营养元素和低浓度的品种居多,平均养分含量为27% ,与国外的平均水平40%相差较大,复肥仅占总量的25%左右。今后我国将加大复肥和专用肥的生产力度,相对减少单质肥料,提倡三次加工,产品为多品种、小批量的颗粒掺混肥料。欧洲和美国早期发展肥料工业的做法现在大的趋势是发展包括中量及微量元素的复混肥料,据统计在美国的基本配肥站售出的复混肥料中有25%~30%添加中、微量元素,而我国由于市场相对混乱,起步较晚,复混肥料主要涉及氮、磷、钾三种大量元素,中、微量元素则很少考虑。
另外,在国外混合药剂的复混肥料也有一定比例,日本可达20%左右,而中国由于政策和工艺的限制肥药合一的产品目前还没有形成规模。国外专利报道,番茄用80%的代森锰锌(4.5kg/km2)和甲霜灵一代森锰(4.5kg/km2)处理,与硝铵—尿素溶液混用,5天后降雨lOmm,其对疫霜的防治效果达80.3%,只有15%侵染。而不与硝铵—尿素溶液混用的对照试验表明:其对疫霉的防治效果只有8.5%,侵染率达31.7%,可见,肥料对农药有明显的增效作用。在农药与化肥相混用的过程中,它们之间不仅有物理、化学上的相互作用,而且具有生物活性和生物学效应上的协同作用,研究它们之间的关系,对于合理协调混用化肥和农药,节省劳力,促进增产增效都具有重要意义。在60年代初日术就开发了掺农药肥料,其关键因素是施肥期(及施肥量)和施药期(及施药量)之间的同步,以及农药的安全性。由于上述问题的解决,日本在其后的20多年里掺农药化肥的状况发生了巨大变化。掺用的农药是除草剂和杀虫剂。日本后来又开发了掺杀菌剂的肥料,选用具有防治水稽枯萎病和促使水稻成熟度提高双重作用的稻瘟灵与水稻穗肥掺合。
欧洲各国建立大型磷酸铵和硝酸磷肥为基础的复混肥料。欧洲国家和日本已有80~85%的P2O5、85~905K2O、35~45%N加工成复混肥料。美国则迅速发展磷酸铵颗粒肥料,制成散装、便于运输的掺合肥料,所有销售复混肥料的58%和全部化肥的40%都是颗粒掺合肥料。美国是施用液体肥料最多的国家,液体肥料占整个复混肥料的15%,而在我国液体肥料的施用量较少。我国耕地面积大、各地区间人文、地理、耕作等方面具有较大相同等诸多因素,直接决定了我国复混肥料以磷铵系、硝酸磷铵系、尿素系复混肥料为主,多种类型复混肥料为辅的格局。
1.6.3 工艺技术的发展展望
(1)氨化转鼓造粒的发展传统的氨化造粒过程是用磷酸和氨为原料生产磷酸二铵时,将磷酸加入尾气洗涤系统以回收预中和器、转鼓氨化粒化器、干燥机及冷却器尾气中夹带少量氨和粉尘。然后进入预中和器的浓磷酸一道与氨中和反应。用泵送入转鼓氨化粒化器的分布器进行造粒。如在工艺中增设一套钾盐的计量和加料设备进入粒化器中即可生产出氮磷钾复合肥料。我国江西贵溪化肥厂、云南云峰化工公司、南京化学工业集团及大连大化等先后使用此工艺建成年产24万吨磷铵(20万吨氮磷钾复合肥料)装置,投产后均正常运行。
目前较先进的是添加管式反应器的氨化转鼓造粒工艺。尿素或硝酸铵以熔融的或固体形式直接进入生产系统,同时加入钾盐,因而可以生产多品级的复混肥料。磷酸与硫酸同时进入十字管式反应器与氨进行反应。反应生成的熔体喷入转鼓造粒机与返料及其它原料一起造粒。磷酸和硫酸自洗涤器加入,以回收由转鼓造粒机、干燥机逸出的尾气中的氨和粉尘、然后经酸预热器加热,再经计量后加入管式反应器。同时将液氨和少量的水自十字管式反应器的端部加入。混酸和氨高速通过管式反应器时迅速混合并反应后喷淋再造粒机内,进行造粒。当生产氮磷钾复混肥料时,则将经过计量的钾盐随着返料一同加入转鼓造粒机。秦皇岛中-阿化肥有限公司由法国引进AZF工艺,自1991年初步投产后,运行状况良好,截至2006年8月已累计生产氮磷钾复合肥1000万吨。
(2) 低温转化氯化钾产品的发展
20世纪90年代初,山东红日化工集团(原山东临沂化工总厂)率先开发出低温转化氯化钾制硫基氮磷钾复混肥技术,1998年新建年产20万吨硫基氮磷钾复混肥示范装置,投产后生产运行情况良好。之后迅速在全国推广后,仅在山东省就形成了约250万吨/年的生产能力。据目前不完全统计,利用此技术全国各地已建成和正在建设中的硫基氮磷钾复混肥装置,总生产能力约600万吨/年。其做法是将热的98%浓硫酸与氯化钾反应,生成硫酸氢钾溶液。随即将此溶液与稀磷酸混合后与气氨一同进入管式反应器进行氨化反应,生成的料浆送喷浆造粒干燥机进行造粒和干燥。物料在喷浆造粒机内实行“三内”(内分级、内破碎、内返料),合格的粒料进入冷却机,经空气冷却后,再送包裹机将粒料进行包裹,即得到硫基氮磷钾复混肥料成品。浓硫酸与氯化钾反应生成氯化氢气体经过冷却后,用水吸收成盐酸,作为副产品。例如转化氯化钾制硫基复混肥料的最主要特点是萃取磷酸不需浓缩,既节省投资,又节约能耗。该方法的缺点是由于混酸中有硫酸氢钾存在,中和过程较单纯的磷酸氨化过程要困难得多。此外在中和过程中,磷酸中的杂质也发生了一系列的化学反应,生成非水溶性化合物和不溶性磷等,磷酸中的硅可能形成氧化硅凝胶,凝胶物质的生成将严重影响料浆的黏度。硫基氮磷钾高浓度复合肥产品中氯根含量是衡量产品质量的主要指标之一,影响氯根含量的主要工艺指标是原料氯化钾的转化率。理论上氯化钾的平衡转化率可达到99.0% 以上,实际生产中要做到这一点是非常困难的,氯化钾的转化率应根据产品质量要求来确定。对于N:P2O5 :K2O(质量比)=15:15:15的产品,氯根含量要控制在2% 以下,氯化钾的转化率就必须达到84.0%以上。影响氯化钾转化率的因素主要有:氯化钾的质量、硫酸的浓度及用量、反应温度和时间。
(3) 熔料喷淋塔造粒工艺的发展
熔料喷淋塔造粒工艺在国内主要用于尿基高浓度复混肥的生产,该技术利用熔融尿素和磷酸一铵、氯化钾能形成低共熔点化合物的特点,将粉状磷酸一铵、氯化钾、添加剂等原料加热后,加入熔融尿素中,通过反应生成流动性良好的氮磷钾共熔体,然后通过专用喷头喷入造粒塔,液滴在降落过程逐渐冷却并固化成颗粒,颗粒经过筛分,筛上物送回破碎机再破碎,筛下物则送入加热器,再混合、喷淋造粒。
另外一种方法是将熔体物料喷入矿物油中冷却固化成球形颗粒,不需用高大的造粒塔,所以减少投资,简化流程,成品颗粒表面黏附极少量的油,经扑粉处理,可防止结块。在市场上已经有部分企业将油冷造粒和高塔喷淋造粒结合开发出“全熔融冷冻结晶(低塔)造粒法”生产成本比油冷节约80%、比高塔节约30%。
1.7 复混肥产业发展中的问题及解决策略
1.7.1 复混肥产业存在的问题
(1) 复混肥生产技术比较落后在肥料剂型、生产工艺、制造设备、肥料配方、产品质量及服务水平方面,我国与发达国家相比存在很大的差距。特别在肥料品种系列化方面,日本佐贺县农协的一座配肥站,生产800多个品种或规格的专用肥,而我国的一座复混肥厂,一般仅几个或十几个品种,有的甚至长期生产单一配比的复混肥,难以做到因土因作物配方施肥,有的盲目使用造成磷、钾资源浪费,增加农民负担。
(2) 复混肥料的生产量少,使用覆盖率低
2009年全国生产1698万吨复混肥,约占全部肥料使用量的31%,不仅大大低于发达国家70%的水平,也比许多发展中国家低。而肥料的复合化是化肥产业发展的趋势,一方面适销对路的复混肥料供不应求,同时相当一部分加工设备闲置,处于停产半停产状态,其原因是多方面的,工艺落后设备老化,企业管理不妥,产品质量低劣,品种单一,不适应测土配方施肥要求,肥料供应及技术指导脱节,不少农民对复混肥料还缺乏认识,或使用伪劣复混肥上当受骗,不愿购买使用等。
(3)复混肥产品检测管理不够完善
近几年来,各地加强对复混肥产品的质量检测管理,取得了显著效果。但不少地方的化肥质量检测管理机构仍然不够健全,制度不够完善,管理不透明,部分厂商生产和经销不合格产品,甚至是假冒产品,坑害了农民,败坏了配方施肥技术及复混肥料的声誉,严重影响了复混肥料的发展。
(4)复混肥料的系列化服务水平低
复混肥料的生产、流通、二次配制和使用的系列化服务,是现代化服务(包括化肥、农药、农膜等农用化工产品)的主要组成部分,由于长期以来,农工商部门分割,化肥的产、销、用脱节,市场机制很不完善,发展系列化、科学化、定量化的农化服务困难很多,不能满足农业生产发展和农民的要求。
目前,我国在总体上还没有形成具有自己特色的高水平农化服务体系,这在很大程度上制约了复混肥发展。长期以来,我国指导农民合理施肥的任务主要由各级农业技术推广部门, 特别是县级农业技术推广站承担。自20世纪90年代,我国基层农业服务机构多已名存实亡。据2002年在我国7大区7个省28个县的随机抽样调查,国家对县级农业技术推广站经费的投入增长率低于国家财政平均增长率1413 个百分点,只有23%的推广站承担有技术推广项目,用于技术推广的经费只占总经费的10%。此外,发达国家土地实行集约化耕作,如美国1个农场主拥有耕地约400 km2~600km2,而我国农民个体经营,1户农民的土地面积仅有几亩至几十亩,过于分散的农户与农田造成具体田块施肥推荐很难进行,农民也不愿意为微薄的利润承担相关的技术推广费用。自从我国肥料市场开放后,农化服务的重任主要落到了肥料生产厂家和商家的肩上。近年来许多从事肥料生产和营销的公司开展了农化服务工作,其中包括一些颇具知名度的大公司。如中化化肥公司对其控股或参股复混肥生产厂家及内部营销系统职工进行有计划的培训,对广大农民进行施肥知识广播讲座和免费电话咨询,并结合农时到农业生产第一线对农民进行科普教育和施肥指导,颇受农民欢迎。在建立肥料产、销、用农化服务系统的过程中,他们与科学院所、大专院校合作,并且正在为农户通过测土施肥进行具体施肥指导创造条件。总之,建立具有中国特色的高水平农化服务系统是复混肥发展的需要,也是农业生产发展的需要,在这方面我国各化肥企业还有很长一段路要走。
(5)市场环境较差,严重干扰正常经营活动
首先,近年来国家虽加大了对假冒伪劣产品的打击力度,但仍未能从根本上铲除制假源头。一些不法分子采用假的生产许可证、更换包装、以次充好、实际养分含量与标量不符等非法手段欺骗农户,损害了广大农民消费者和合法经营企业的利益,严重扰乱了化肥市场的正常秩序。中国消费者协会(2005年)调查结果显示:45.16%的被调查者认为当地销售的化肥质量“一般”,“比较不满意”和“非常不满意”的为61.8%和11.7%,“非常满意”和“比较满意”的为71.7% 和38.13%。另外,当调查者问及什么问题是当前化肥市场中最严重的问题时,“假冒伪劣”和“虚假宣传”仅次于“价格不合理”选项,比例分别为31.18%和16.17%。总的来看,化肥质量和虚假宣传不能使大部分被调查者感到满意,已经成为农民购肥中面临的重要问题。其次,地方保护严重对化肥市场的发展产生了阻碍。为了维护狭隘的地方利益,部门间、地方间相互设卡、相互牵制,影响了流通企业扩展销售网络,阻碍了全国大流通格局的形成。许多化肥连锁企业反映,企业在省内不同地区设点直销时,虽然总部拥有国家认可的经营资格,却要在当地申请经营资格,设立成独立的法人单位。有些地方执法部门对旺季在本地区销售的优质化肥强行采取化验措施,并且化验耗时较长,以阻止外地化肥进入本地市场,有些地方干脆明确不允许外地产品进入。
1.7.2 复混肥料品种的多样化
在现有专用复混肥的基础上,适当加快完成复混肥的专用化、多元化、药肥化、长效化目标,结合农化服务,因地致宜选择多种成分化肥品种一次性施肥,提高化肥利用率、改善作物品质、增产增收,将受到农民的欢迎。同时,还应扩大开发多剂型复混肥品种,降低成本,提高经济效益,积极开发推广液体型专用肥,如液氨直接施肥、悬浮型、清液型,开展仓膜(衣)肥粒研制和推广工作,尽快提高生产能力,使复混肥的产量由目前的1500万吨达到2000万吨。1.7.3依据我国资源情况进行复混肥工艺的开发
复混肥的发展离不开其上游产品的生产,原料的质量、数量直接影响着复混肥的发展,中国的氮肥已经完全可以自给,还有部分剩余出口。磷肥也能基本自给。中国钾比较缺乏,主要依赖进口,但在2000年,罗布泊超大型钾盐矿床的发现,已探明储量2.5亿吨,如果罗布泊钾矿得到充分开发,相信将极大缓解我国钾肥进口压力。所幸的是,我国的企业和科研单位开发和改造了一系列适合我国矿产特点的生产工艺,推动了复混肥事业的蓬勃发展。例如,20世纪50年代中期用无烟块煤代替焦炭制取合成氨原料气获得成功,为利用我国丰富的无烟块煤资源、扩大氮肥原料来源、加快发展我国氮肥工业创造了条件,做出了贡献。1964年底,化学工业部第一设计院提出“以煤为原料,采用三触媒净化流程制合成氨”的设计方案,得到化工部领导的重视和国家计委的支持。1966年10月,采用三触媒净化流程制合成氨试点的石家庄化肥厂三期扩建工程竣工投产。这一新工艺的成功,增强了广大技术人员自力更生开发建设氮肥工业的信心。此后又陆续取得了一些新成果,如含10%烯烃的焦化干气蒸汽转化法制合成氨、焦炉气蒸汽转化法制合成氨、炼厂气催化部分氧化法制合成氨等。利用这些科研成果,相继建成了一批以油、气、煤为原料的中型氮肥厂。
再如,中国的磷肥生产先后研发出料浆法磷铵生产新技术、硫基复合肥技术、磷石膏制硫酸联产水泥法和快速萃取湿法磷酸技术四大成果,基本解决了磷肥生产过程中遇到的难题,使我国磷肥装置国产化的梦想得以实现。
另外,在现有基础上继续完善适应我国农业需要和工艺改造的高塔造粒、低塔冷冻造粒、团粒法改氨化(管式反应器)造粒、油冷技术等复合肥生产工艺,对丰富我国复混肥产品类型,提高复混肥企业竞争实力都是今后复混肥工业发展的重点之一。
1.7.4 加强复混肥料的基础应用研究
过去受计划经济影响,生产企业只管生产不管销售,复混肥料的生产缺乏适用性、针对性,进入市场经济以后,企业直接面向农民,能够站在农民和农业的需求上进行复混肥料的开发。另外,企业进入市场后,原料、能源都不能向过去那样由国家直接划拨,而需要企业自身通过技术革新等手段来应对原料、能源压力。因此,加强复混肥料工业的基础应用研究,增加肥料的应用价值已成为复混肥企业技术开发的重中之重。过去由于部门分工,肥料的工业生产和农业应用是是割裂开的,这就造成了农业部门针对肥料的肥效、施用方法、植物营养方面研究较多,而由于无法进入肥料的生产乃至销售领域,许多研究成果缺乏针对性,难以转化成现实产品。另一方面,工业生产部门的精力主要投入在工艺革新、技术调整上,对于肥料的施用方式方法、肥料农业性状无法涉及,这就造成了肥料生产和应用的脱节。这些都集中表现在了对复混肥料的基础研究不足,主要表现在:(1)目前中国的农业研究多以单质肥为研究对象,较少考虑复混肥氮磷钾之间的协同作用;(2)工业生产考虑的是工艺简单化和成本优化,对原材料的选择也以成本为先,对养分形态很少考虑;(3)生产企业用工业标准来检测产品的合格与否,对影响植物养分吸收的物理、化学性状几乎不考虑,比如颗粒养分硬度、大小、养分释放速度、强度、颗粒散开速度等;(4)农业上对复混肥理化性质研究不够,导致配套的应用技术也跟不上,施肥事故层出不穷。
1.7.5 加快产业结构调整步伐
我国中、小化肥生产企业从总体讲技术和设备比较落后,能耗较高,需要用高新技术进行改造。过去所谓技术改造往往是扩大设备、增加产量,这实质是一种低水平的扩张。老企业改造要结合原料结构的调整和产品结构的调整来进行,达到节能增产、产品适销对路、提高经济效益的目的。不少化肥企业的老装置,主要矛盾是设备效率低,因此要采用新的工艺、先进的设备内件、先进的净化手段、先进的热能回收手段来提高装置的效率,而不要盲目扩大设备。第二节 中国复混肥企业及产品
2.1中国复混肥企业现状及特点
2.1.1 企业状况:包括企业数量、规模、产能、效益、产品状况
我国复混肥生产企业(持有或正在申请生产许可证的)有4000家左右,年实物生产能力约6000万吨,实际年产量约为1000多万吨,已形成一些知名度较高的品牌和一定市场占有率的企业,如中国-阿拉伯化肥有限公司、云天化集团、江西贵溪化肥有限责任公司、鲁北化工总厂、贵州息烽化肥厂、四川什邡蓥峰实业总公司、山东红日集团、金正大化工有限公司、湖北洋丰集团、山东鲁西化工集团、山东施可丰集团、西洋集团等。2.1.2 企业及产品特点
多年来我国化肥工业一直是在计划经济体制下运行,产品被农资部门垄断专营,化肥企业只管生产,基本上没有经营自主权,企业自我积累很少,包袱很重。随着改革的深化,近年来在社会大环境的变动下我国化肥系统也出现了以下3个方面的新变化。(1)以1997年化肥滞销、价格下滑为标志,化肥从多年来的卖方市场进入了买方市场。
(2)以国发[1998]139号文的发布为标志,结束了多年来化肥由农资部门垄断经营的体制。国家对化肥流通的管理体制由直接管理改为间接管理,化肥企业直接进入市场,化肥流通领域引入了竞争机制。
(3)近年来农业结构调整速度明显加快,对化肥的品种结构提出了新的要求。氮肥企业生产的单质氮肥在市场上遇到了很大挑战,农民对科学施肥和农化服务的要求越来越高。
进入90年代以后,在新的市场形式下,复混肥得到了长足的发展。复混肥产品也从80年代的低浓度、单一配比发展成高浓度、多类型的局面,产品结构由过去的磷铵系、硝酸磷肥、钙镁磷肥系发展成团粒法、硫铵一磷铵系、硝铵—磷铵系、熔体造粒、掺混肥料等多工艺、多形态的复混肥料格局。
2.2企业和产品发展展望
2.2.1企业发展展望
我国的化肥企业基本上都是靠国家投入和银行贷款建设起来的,投资较大,资本结构比较单一,缺乏活力。近来部分企业股票上市,实行股份制,但所占比重很小。最近有的小化肥厂以产权改革为突破口,通过股权多元化实现重组,给企业带来活力,增加了效益。国家鼓励氮肥、磷肥、钾肥、化肥流通企业突破原有业务领域,向氮、磷、钾,产、供、销,内外贸一体化发展,鼓励企业兼并、联合重组,以资产为纽带,逐步培育有国际竞争能力的大型肥料产业集团。2.2.2 产品发展展望
(1)高氮一次性施肥中国农科院李家康研究员认为现有复肥生产工艺要解决一次性施肥是很难的,特别是是氮肥。氮肥一次性比重过大,会导致作物前期生长过旺或者烧种、烧苗,对生长期较长的作物,如北方的冬小麦,又难免后期脱肥。根据以往研究结果,对于粘性土壤,或生长期较短的作物,如南方双季晚稻,北方的夏玉米,可以推行一次性施肥。对于沙性土和生长期长的作物,一般不可行。最好的办法是开发缓释肥与速效肥相配合的BB肥,即常规的NPK三元复合肥与缓释氮肥掺混施用。如中—阿公司农化中心推出的小麦一次性肥料24-16-6、腐植酸系列25-10-5和东北玉米一次性肥料28-10-10(东北农民称为“一炮轰”)等。
(2) 复合型追肥
作物生长期间所施的肥料,通称追肥。以前农民习惯使用单质肥作追肥,特别是在大田作物上更是如此。近年来,很多复合肥厂家针对农民的追肥习惯开发出了系列专用追肥。如中-阿公司开发的大田作物专用追肥30-5-5、25-5-10、20-10-10(2002年)、24-10-6(2003);芭田的一些高氮追肥等。
(3)全溶肥
全溶肥(水溶性肥料)的使用一般有三种方式,即土壤浇灌、叶面施肥、滴灌和无土栽培,其配方的多样性和使用方法的灵活性,使它在农业生产中得到了广泛的应用。其中,冲施肥和滴灌肥施用较为普遍,速溶的、不造粒的冲施肥料主要用于蔬菜生产,而滴灌肥的发展则是滴灌技术推广的需要。
冲施肥产品以粉剂和水剂为主,膏剂为辅,另外还有少量颗粒产品。该产品包装多为几千克至十几千克袋装,多用作冬季大棚追肥使用。冲施肥可以按照不同的指标进行分类,按化学性状及养分构成冲施肥可分为以无机养分型,有机-无机结合型,以及微生物型;按应用范围及针对作物可以将冲施肥分为广谱型、蔬菜专用型、果树专用型和特种经济作物专用型等。粉剂大量元素养分含量多在30-40%,其中较多种类含有腐植酸或氨基酸等,小部分具有中、微量元素(微量元素1-5%)。国内冲施肥多集中在山东、辽宁、广东以及江苏等地,但冲施肥产品鱼龙混杂,指标缺乏统一规范,迄今尚没有国家相关行业标准,目前辽宁等省份正在着手制订冲施肥的地方标准。一些企业中甚至将冲施肥作为一项独立的产品,以区别于复合肥、叶面肥,其特点是速溶、速效、营养全面。如澳佳肥业-腐植酸螯合冲施肥,如15-5-20和N+K2O≥30%,分叶菜型、果菜型和硫酸钾型,产品中含有中、微量元素。
灌溉施肥是利用微滴灌系统,在灌水的同时,根据作物生长不同阶段对养分的需要和气候等条件,准确地将肥料补加和均匀地施在根系或叶面附近,供植物直接吸收利用。灌溉施肥是定量供给作物水分和养分及维持适宜水分和养分浓度的有效方法。我国的微滴灌技术已由干旱地区向半干旱地区延伸,从单一的节水向施肥、调温、植保、改善作物生长环境的综合增产措施发展。微滴灌施肥对肥料的要求是:由于微滴灌系统喷头的出水口直径仅有0.4~1mm,必须提供液肥或速溶性肥料。我国主要复合肥料品种由于受原料和生产工艺限制不具备全水溶特性,因此由节水和提高肥料利用率而兴起的微滴灌技术的发展及推广应用,要求开发出适于滴喷灌用的全水溶性NPK复合肥料。新疆当地滴灌肥产量已经达到了20万吨左右,而目前新疆滴灌肥年消费量约在3万吨~4万吨(2005年,新疆滴灌肥销量约在3-3.5万吨)。
(4)有机—无机复混肥
有机—无机复混肥料是指以畜禽粪便、动植物残体、腐殖酸类、草炭、油页岩等有机物为原料,经发酵腐熟处理,添加无机肥料制成的复混肥料。进入21世纪,有机—无机复混肥在国内许多展览会、双交会上成为“新秀”,越来越受到人们的青睐。畜禽粪便在欧、美国家是引起水体污染,硝、磷酸盐富营养化的主要因素之一。我国可耕地及多年生作物面积仅为美国的75%,而鸡的养殖数量,猪、牛的存栏数分别为美国的2倍、6.9倍及1.1倍,禽畜粪便对环境的污染比美国严重。据新华网报导,1999年全国禽畜粪便产生约为19亿吨,是工业固体废弃物的2.4倍,畜禽养殖业已成为我国新的污染大户。有机肥资源除直接或经处理后返回农田外,将无机肥运至有机肥资源集中地,以调节有机肥中的养分比例,或将有机肥运至无机肥料厂,加工为有机一无机复混肥,已成为目前肥料生产发展的新趋势。
进入21世纪后,我国发展复混肥生产总的方针是:研究解决复混肥生产工艺设备等问题,获取最优化的工艺、能耗、物耗,低投入高产出。
3 复混肥与农化服务
农化服务是农业化学和现代农业发展到一定阶段的产物,它的基本概念是以化肥产品为中心,以农民和耕地为服务对象,应用系统工程思想和农业化学基本理论,对化肥的生产、销售和施用予以科学的组织和调配,以期最大限度地提高化肥的经济、社会和生态效益,提高农业劳动生产率。因此,农化服务体系的完善程度和服务水平成为反映一个国家农业现代化发展水平的重要指标之一。
当今的复混肥企业大多以单纯的生产和销售为主,而面对国内买方市场的形成和我国入世后带来的更激烈的国际竞争,单纯的生产销售型企业已远远不能适应形势的发展。在目前我国肥料市场供需基本平衡的情况下,农资市场的竞争也因此呈现出商品质量、商品价格、农化服务的多层次全方位的综合竞争,农民对化肥的需求不再只表现在产品质量和商品价格上,而对农化服务有了更高的需求。因此复混肥企业要增强市场竞争力,确保可持续发展,必须在农化服务工作上有所突破。
第三节 复混肥产业发展的市场环境
3.1 复混肥市场特征
化肥生产从单一肥料过渡到以复混肥料为主,已经成为一个国家化肥工业发展水平和农业发达水平的重要标志。目前,我国复混肥料的产量占化肥总产量的比例仅为25%,远远落后于发达国家水平。据此,我国农业部门提出今后10年,我国将继续调整化肥结构,不断加快复混肥产业的发展,提高其在化肥中的比例,力争肥料复合化率达到50%左右。因此,今后5年到10年增加复混肥料的产量,提高我国化肥的复合化率仍是我国肥料工业发展的主要任务之一。综观我国整个复混肥发展的形势,复混肥市场既面临着机遇也面临着挑战:
3.1.1复混肥市场发展潜力巨大,但同时存在诸多问题
我国的复混肥市场具有很大的潜力,但是市场中尚存在两个突出问题:一是肥料复混化发展速度缓慢。我国2009年化肥消费总量为5404万吨,复混肥消费量仅占化肥消费总量的31.4%,从1995年~2009年的15年间,复混肥占化肥消费总量的比率,仅提高13%,平均年增长率不到1%。二是进口复混肥在部分地区还占有相当比重。而且进口复合肥的价格要高得多。2011年,在华南(广东、广西、海南)肥料市场,挪威海德鲁的船牌,德国巴斯夫的狮马牌、芬兰凯米拉的星王牌,尽管市场售价达到4500元/吨~5200元/吨,仍受用户欢迎,而同样为15-15-15的国产复合肥,售价仅3200元/吨~4500元/吨。
复混肥发展缓慢与我国农业经营规模、农村经济状况以及农业经营效益有关。但在我国肥料市场供需基本平衡的情况下,高价的进口复合肥却能够抢占我国很大份额的市场,值得我们深思。不可否认,进口复合肥有其品牌效应和产品质量优势,故能经久不衰。我们常说国产复合肥与进口的一样好,实际上,国产复合肥的外观质量、防结块性能以及溶解度多数不如进口肥,更为关键的是肥效等方面的差异,加之国内肥料市场管理不规范,农民屡屡上当受骗。所以,在一些经济发达地区,用于经济价值高的作物,农民宁愿出高价购买和施用“放心肥”。国外的肥料经营理念值得我们借鉴,国内大型企业,应该有战略眼光,提高产品质量,创造自己的品牌。管理与执法部门应秉公办事,严厉打击假冒伪劣产品,规范肥料市场。总之,国内复混肥市场潜力很大,但要做好工作很难。
3.1.2 名牌产品与杂牌产品的竞争
当今,市场经济就是名牌经济,名牌产品由于拥有巨大的知名度和影响力而成为消费者购买的首选,名牌产品无论是在销售的数量上还是销售的价格上都要比杂牌产品胜出一筹。目前复混肥市场的行情是,名牌产品价格一般比杂牌价格要高出200元~500元/吨,也就说如果一个企业的产肥量达到50万吨,那么一年由于名牌效应增加的利润就可达1-2亿元左右。但是,一些小的化肥企业由于规模小,发展慢,品牌意识普遍不强,这就从一定程度上限制了复混肥行业的发展。
3.1.3 优质产品与劣质产品的竞争
由于农民的文化水平普遍不高、识别假冒伪劣肥料的能力较差、地方保护主义仍然未能根除等多种原因,目前复混肥料市场假冒伪劣现象比较常见,伪劣化肥的出现不仅严重损害了农民的利益,而且严重扰乱了市场,对优质复混肥料的生产和销售造成了很大冲击。
3.1.4 专用肥料与通用肥料的竞争
专用肥是根据作物的生长特点及当地的土壤特点而专门配制的肥料,针对性强,使用简单,肥效持续时间长,种植收益大,是最受农民欢迎也是最有发展潜力的肥料。然而目前我国化肥企业普遍对专用肥重视不够,绝大多数厂家生产的都是通用肥,产品没有特色,农民对产品的认同率低,这也是目前许多化肥企业市场竞争力不强的一个主要原因。
3.1.5有机肥料与无机肥料的竞争
目前我国无机肥施用量较大,已达5000多万吨,无机肥料虽然为我国农业生产做出了巨大贡献,但无机肥施用过多也会产生很多的负面效应,诸如土壤板结、酸化、污染地下水源、瓜果蔬菜品质下降等,有机—无机复混肥作为现代肥料的发展方向和重要补充,随市场需要应运而生。而且,从市场的需求和发展趋势来看,有机—无机复混肥具有很大的市场发展空间。
3.1.6 高浓度复混肥与低浓度复混肥的竞争
从我国的化肥发展历史看,一直是低浓度肥料“挑大梁”,如普通NPK复混肥,浓度为25%~35%的销量远远大于45%以上的销量。随着现代化农业的发展,人们认识到与低浓度化肥相比,高浓度具有易储运,运输和施肥成本低等优势。从长远来看,高浓度复混肥取代低浓度复混肥将是肥料发展的必然趋势。但是,由于目前粮食价格偏低,农民购买力不强,而低浓度肥料价格相对较为便宜,另外,广大农民受以往施肥习惯等诸多因素的影响,低浓度肥料将在相当长一段时期内仍然具有一定的市场。
3.1.7 本地产品与外地产品的竞争
计划经济时期,国家对化肥企业实行的是“统购统销”政策,为方便运输和管理,政府部门一般都是在企业的周边地区划分市场让其去销售,经过一段较长的时间,这块市场便会成为该企业最稳靠的市场。随着化肥流通体制改革的不断深入,市场壁垒被打破,外地化肥大量涌入,不少企业的本地市场占有率急剧下降。本地厂家要想有效地抵御外地产品的冲击,确保“家门口市场”不失守,最关键的一条就是要利用路途近、运输短的优势,大力发展直接送货制,把自己的产品直接送到各乡村甚至农户的家中,从而牢牢地占领市场。
3.1.8 国产肥料与进口肥料的竞争
由于长期以来农民对进口化肥的特殊偏爱,进口化肥与国产化肥相比具有明显的优势,同样的产品,进口化肥的价格往往比国产化肥每吨要高出几十元至几百元。随着我国加入WTO,必然有越来越多的进口化肥将进入我国,国产化肥与进口化肥的竞争也将更加激烈。国内化肥企业必须意识到这一问题的严重性,要大力加强与复混肥料有关的基础研究,认真研究进口复混肥料的优势和劣势,努力提高国产复混肥的科技含量,并从农化服务等方面加大力度,争取把国产复混肥料的品牌树立起来,这样才能有效地与进口复混肥相抗衡。
3.2 我国复混肥市场的前景与展望
3.2.1 复混肥产品需求多样化,企业须及时调整产品结构由于各地施肥习惯不同,或地域特点不同,对全溶性复混肥性质要求也不一样。首先产品要求肥料溶解度高,施用速溶速效肥有利于缩短每次收获的间隔时间,既可早收获,又可获得高的产量,从而实现农业高效益,高回报。积极开发全溶性滴灌肥也是产品多样化的新要求,随着节水农业的不断发展,滴灌施肥技术将逐步推广,滴灌肥是其中不可或缺的辅助部分。研究开发缓释肥料是减少养分损失、提高肥料利用率和保护环境的重要措施之一,但缓释肥料的开发生产成本较高,因此,当务之急是积极寻求市场,研究开发出成本低而又产品质量过硬的缓释肥料。另外,开发各种作物的专用肥和有机-无机复混肥,也是适应复混肥市场需要,保证产品多样化的重要途径。
3.2.2复混肥料的贸易与价格
近年来,复合肥价格总体呈上涨趋势,且价格波动幅度加大。与低浓度复合肥相比,高浓度复合肥涨幅更大。据2005年资料,每吨浓度为25%的复合肥价格平均上涨了20元~40元,较高的则超过了60元,而高浓度复合肥(45%)价格大多上涨了80元/吨~150元/吨,高的甚至超过了200元/吨。目前,25%复合肥的平均价位在760元/吨~920元/吨,有的超过了950元/吨,45%含氯复合肥平均价位在1450元/吨~1600元/吨,高的超过了1650元/吨,45%硫酸钾复合肥平均价位在1700元/吨~1850元/吨,高的超过了2200元/吨。从2005年全国复混肥料价格同比来看,国产复混肥料价格下跌,进口复合肥料价格基本持平。国产低浓度复混肥料全年平均价格928元/吨,同比下降2.7%;高浓度复混肥料全年平均价格1546元/吨,同比下降6%,上半年价格同比略有增长,下半年价格同比略有下跌;进口复合肥全年平均价格2004元/吨,同比持平。从复混肥料全年价格走势来看,低浓度复混肥料价格波动不大;高浓度复混肥料大致分为两个阶段:快速下跌阶段,价格迅速下跌,跌幅达10%左右;基本稳定阶段,价格基本稳定,波动较小;进口复合肥大致可分三个阶段:快速下跌阶段,价格大幅下跌,跌幅达12%左右;基本稳定阶段,价格稳定在1980元/吨左右;迅速反弹阶段,价格迅速回升。
原料—化肥生产—粮食生产—粮食价格,是一个食物链式的连锁,其中一方的反应势必会影响整个连锁之间的剧烈反应。化肥价格的持续攀升源于煤、电、天然气、石油等化肥原材料成本的迅速上扬。经济快速发展造成的资源紧缺虽然使一些资源大省受益不少,但也使化肥企业生产成本高居不下,不得不调高出厂价格。同时,粮食价格上扬、粮食补贴促进了农民生产积极性,使化肥需求量激增。囤积等也是造成涨价的因素;更重要的是,历来低于国内市场价格的国际价格去年以来持续走高,导致化肥企业争相出口、国内市场骤然紧张。
化肥价格的持续上涨大大抵消了粮食价格上扬带来的希望,这从很大程度上打击了农民种地的积极性。农民买肥的积极性降低将从全局上影响整个肥料市场的供求关系。对政府来讲,其对肥料企业的管理也与以往有较大不同,因为化肥价格的调控将涉及电力等诸多部门,面对当前已经搞活的市场经济,国家又很难像控制粮价那样对这些部门借助行政手段予以干预。同时,我国化肥市场也已经市场化,销售主渠道亦不复存在,因此,化肥价格的持续攀升对化肥企业是一个严峻的考验。
复混肥料对原料具有一定的要求和标准。氮素原料主要有尿素、氯化铵、硝酸铵等;用于功能肥料的磷素原料主要有过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸磷肥等;钾肥的品种繁多,其中有硫酸钾、氯化钾、硝酸钾、碳酸钾、磷酸钾、钙镁磷钾肥等,但在实际的复混肥生产中,最常用的原料主要还是氯化钾和硫酸钾。
复混肥产业本身是一项利润微薄的产业,这主要是由于原料成本占据了整个主营成本的绝大部分。在肥料生产中,煤炭(或天然气等)以及电力基本上占有生产成本的60%左右,因此,相比较而言,能源(煤炭、天然气)和电力供给及价格波动将对化肥产业的生产经营产生重要影响。受国际石油价格等因素的影响,原料肥呈现较大的价格波动,2004年中期以来,肥料价格全线飘红,大宗品种价格涨势明显,尿素和碳酸氢铵涨幅分别达到6%和16%,钾肥涨幅达到15%以上,磷酸一铵涨幅更是超过了20%。因而,如何在当前形势下,能准确地根据原料肥价格变化适时调整配方,在保证产品合格率和提高配料准确性前提下达到最佳经济效益,已成为复混肥配方研究的关键技术。一个完善的配方系统在实现最低成本的基础上,充分分析和判断价格波动对配方影响,就可能挖掘更多的辅助信息为配方设计提供服务,以快速应对市场的变化,只有这样才能使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
复混肥
第一节 复混肥产业和工业技术发展
1.1 复混肥料定义
1、定义及养分规定 按照国际惯例,氮(N)、磷(P)、钾(K)三种养分中,至少含有两种养分标明量的肥料称为复混肥料。并且,复混肥料中单质养分和总养分只能以肥料中含有的氮(N)、五氧化二磷(P2O5)、氧化钾(K2O)的含量计算。2、配合式 复混肥料中养分表示方法,按N、P2O5、K2O顺序排列,每个元素之间以“—”连接,即:N—P2O5—K2O样式,称为配合式,且以阿拉伯数字表示养分含量。
例如:①17-17-17表示含N、P2O5、K2O养分各为17%,总养分为51%的三元素复混肥料;②17-17-0表示含N、P2O5养分各为17%,总养分为34%的氮磷两元素复混肥料;③17-0-17表示含N、K2O各为17%,总养分为34%的氮钾两元素复混肥料。
1.2 我国复混肥的发展现状
我国自20世纪50年代起开始施用复混肥料,经历了较长时间才逐渐被农民所接受。至70年代的10年间,平均每年施用复混肥料(折纯养分)约27.3万吨,占年施用化肥总量的2.2% 。80年代中、后期,复混肥料施用快速增长,1990年的施用量341.6万吨,占化肥施用总量的13.2% ;1995年为670.8万吨,占化肥施用总量的18.67%;2000年全国复混肥料的施用量917.7万吨,占化肥消费总量4146.3万吨的22.1%;到2005年,全国复混肥料的施用量1225万吨,占化肥消费总量4897.5万吨的25%(表5-1)。表2-1中国近年复混肥料施用量及其在化肥用量中的比重
项目 | 年份 | ||||||
1981 | 1985 | 1990 | 1995 | 1997 | 1999 | 2005 | |
化肥用量/万吨养分 | 1334.9 | 1775.8 | 2590.3 | 2593.6 | 3980.9 | 4125 | 4897.5 |
复混肥用量/万吨养分 | 56.6 | 179.6 | 341.6 | 670.8 | 797.8 | 880 | 1225 |
复混肥占化肥用量% | 4.24 | 10.11 | 13.19 | 18.67 | 20.04 | 21.33 | 25 |
项目 | 年份 | ||||||
2006 | 2007 | 2008 | 2009 | ||||
化肥用量/万吨养分 | 4927.7 | 5107.8 | 5239.0 | 5404.4 | |||
复混肥用量/万吨养分 | 1385.9 | 1503.0 | 1608.6 | 1698.7 | |||
复混肥占化肥用量% | 28.1 | 29.4 | 30.7 | 31.4 |
我国复混肥的生产也起步较晚,但发展相对较快。目前全国已取得复混肥生产许可证的企业有4000余家,实际年产量达6000余万吨(实物),国产复合肥逐渐成为市场的主体,并具备了一定的竞争力。2004年我国进口化肥量较2003年明显减少,其中DAP的进口规模为260.63万吨,同比减少14.3%,NPK的进口也比2003年度有所减少。另外,我国的三元复混肥在2004年还实现了14.75万吨的出口量,较2003年增长了30.5%。虽然近几年我国复混肥产业取得了令世人瞩目的成绩,但同时也存在着许多亟待解决的问题。多年来,我国复混肥的施用量以及肥料复合化率一直在持续提高,但同时可以看到我国肥料的复合化程度与发达国家相比还处于较低的水平,掺混肥的产量和施用量在复混肥中的比例也较小,BB肥占氮、磷肥料总量的比例却只有10%左右,而且质量不稳定,在农民使用肥料中的信誉较低。
1.3 复混肥料分类
1.3.1 按生产工艺分类(1)化成复合肥料
指仅通过化学方法合成的复混肥料。包括2类:
一类为两元素复合肥料,通过纯化学反应合成。主要有如下品种:
①硝酸磷肥 一般总养分含量为40%,氮磷比例为1:1型和2:1型两种。
②磷酸二铵 含氮18%,含磷46%,总养分为64%。
③磷酸一铵 一般含氮为10%~12%,含磷为45%~51%,总养分为55%~60%。
由于两元复合肥含有的N、P或N、K比例不合理,多年前,在一些发达国家都已不再直接使用,只作为加工BB肥的原料。目前,我国生产的磷酸一铵多用作加工混配肥的原料。
另一类是三元复混肥料。在生产过程中既有化学反应,也有混合工艺。一般以磷酸作为主要原料,加氨进行反应,然后加入钾肥进行混合,经浓缩后成为三元素复合肥。其中磷酸与氨反应是化学过程,加钾是物理混拌过程。这一生产工艺也称为料浆法工艺,采用这种工艺的一般为大、中型企业,生产的都是高浓度肥料。从国外进口的复混肥如15-15-15、16-16-16以及国内大型企业生产的复混肥料均是采用这种工艺,这种工艺生产的复混肥料习惯上称为复合肥,复合肥是复混肥的一种。该种复混肥料的优点主要有:
①养分均匀,每个颗粒之间养分是一致的,很少有误差,所以,单个养分和总养分含量均易达标。
②物理性状好,颗粒大小均匀,抗压强度大,表面光滑,在贮、运过程中不易破碎,不易结块,肥料质量能够得到保证。
(2)混配肥料
①国内多采用干粉造粒,即采用粉状肥料(若颗粒肥如尿素必须预先破碎)经物理混合、造粒而成。采用这种工艺,一般生产规模不大,小的企业年产不足万吨,大的企业也只是5万吨~10万吨,多数在1万吨~3万吨左右。并且,生产的肥料养分浓度较低,总养分大多在25%~35%之间。
②国外混配肥以BB肥为主,即散装掺混肥料,通常以颗粒N、P、K肥,经混拌而成,但要求掺混的N、P、K颗粒大小、比重基本相当,否则会产生分离,导致养分不均匀,影响肥效。出售时可根据农户要求按一定配方装配。
1.3.2 按用途分类
(1)通用型复合肥在我国把氮、磷、钾养分含量相等的肥料称之为通用型肥料。例如,15-15-15,16-16-16。通用型肥料施用方便,但也有其明显的不足,即养分配比的针对性较差。在南方使用这种肥料,很可能造成磷浪费;而在北方,如在小麦上使用,则可能造成钾浪费。
(2)专用型复合肥
专用肥主要依据作物营养特点和土壤养分状况确定配方。考虑到复混肥主要做基肥施用,氮肥是普遍要追施的,因此在配方中重点考虑磷钾的比例。
①依据作物营养特点:按作物养分需求不同,大致可以分为喜磷作物和喜钾作物两大类。
喜磷作物:油料作物,如油菜籽、大豆、向日葵等,以及豆科牧草。
喜钾作物:瓜、果、菜、茶叶、薯类、烟草和糖料作物。
②依据土壤养分状况:主要依据区域的土壤供肥特点、施肥习惯以及各地的肥料试验结果,确定配方。目前,我国土壤大致是南方以缺钾为主,北方以缺磷为主。
因为专用肥的配方考虑了作物和土壤特点,具有更强的针对性,所以,同样是45%养分,专用肥的肥效普遍好于通用型肥料。
1.3.3 按养分形态分类
目前,在国内肥料市场上出现的肥料,大致分为以下几类:(1)尿基复合肥
主要特点是以尿素溶液喷浆造粒而成。
(2)硝基复合肥
在生产硝酸磷肥基础上,加钾而制成。其主要特点是氮源中含有硝态氮,适合于旱地北方低温区使用,尤其适合在蔬菜、果树上使用。目前进口复合肥基本是此类复合肥。
(3) 硫基复合肥
指复合肥中的钾源为硫酸钾,适宜于对氯敏感的作物。
(4)氯基复合肥
或以氯化钾为钾源,或以氯化铵为氮源,或两者兼有(也称之为双氯化肥)。
1.3.4 按养分配比分类
通常习惯上将复混肥中氮、磷、钾单个养分含量大于20%的一类复混肥称为高氮型、高磷型、高钾型复混肥。(1) 高氮型复合肥
高氮型复混肥主要用于一次性施肥和作物追肥。一次性施肥主要适用于东北春玉米底肥和山东、河南等地的小麦底肥。肥料品种主要有:28-9-11、26-10-12、25-13-10等。在华北地区,很多农民种植夏玉米时习惯不施底肥而在玉米苗期一次性追施,因此高氮型追肥主要用于华北地区夏玉米、以及小麦、棉花追肥。主要肥料品种:28-6-16、30-5-15、 30-10-10、32-6-12、 32-0-18、 34-0-16、 35-5-10、25-10-10、28-9-9、20-10-10、24-16-6、25-10-5、25-13-17;24-8-11。
(2)高磷型复合肥
高磷型复混肥可分为土壤专用型和作物专用型两类,土壤专用型针对土壤速效磷含量较低的地区和部分盐碱化土壤的小麦、玉米、棉花的种植,主要肥料品种:15-25-8、13-20-12;作物专用型应用于东北春玉米种肥、油菜专用肥、豆类专用肥。主要肥料品种:16-18-12、10-15-5、12-23-5;豆类专用15-23-10;土壤专用15-25-5、15-20-10等。
(4) 高钾型复合肥
为了满足经济作物对品质及产量的要求, 高钾型复合肥用于果树、大蒜、烟草、蔬菜等作物的基肥和追肥。这部分肥料对溶解度、外观、色泽要求较高,有的肥料还添加腐植酸等增效剂。主要肥料品种:15-15-20、18-6-24、15-10-20、20-5-30、10-6-24、16-8-20、16-10-24、15-10-20、12-8-20。
(5)氮钾型复合肥
由于我国大部分地区土壤养分氮素普遍匮乏,加之近年来钾的增产效果愈发显著;同时,熔体造粒法、转鼓造粒法、团粒法等国内应用的复混肥生产工艺提高复混肥中磷含量有所困难,因此氮钾型复混肥在国内所占比重较高。市场上存在的肥料品种有:16-0-40、20-10-20、18-9-18、14-12-14、18-8-14;20-5-30果菜类蔬菜(追肥)。
(6) 氮磷型复合肥
我国大部分地区农民有施用二铵的习惯,部分厂家根据自身生产工艺状况开发了氮磷型复混肥,不含或含有少量钾元素。如:国产和进口磷酸二铵、硝酸磷肥(27-11-0)、硝酸磷钾(22-9-9、22-9-6);16-16-8、18-18-8、10-10-5;16-18-8、18-16-6。
(7) 均衡型
由于均衡型复混肥料对于生产工艺要求不高,而且产品性能稳定,适用面积广,所以目前仍在市场上占据主要份额。主要品种有15-15-15、16-16-16、17-17-17、18-18-18等,各个工艺均有生产。
1.4 中国复混肥工艺及产品
1.4.1 团粒法复混肥料
该方法是国内外复合肥生产的主要方法,根据使用造粒设备的不同,可分为圆盘成粒、转鼓成粒、双浆混合成粒等工艺。前两种方法是目前复合肥厂生产中广为采用的方法。(1) 团粒法工艺成粒的基本原理
团粒法工艺成粒的基本原理是一定颗粒细度(粉粒状)的基础肥料借助肥料盐类的液相粘聚成粒,再借助外力使粘聚的颗粒产生运动,相互间的挤压、滚动使其紧密而成型。
(2) 团粒法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一,团粒法产品在生产过程中是将粉末状的干质混合料借助液相并受机械作用结成颗粒,因而整个流程内没有化学反应发生,这是该产品最显著的特点。第二,产品生产工艺流程较长,在整个生产过程中筛分、造粒、干燥、冷却等过程需要单独装置。第三、氮源选择面广,尿素、MAP等均可加入,但由于不能以高浓度的液氨和磷酸为原料,因而难以生产高含量复混肥料。
②优缺点:由于团粒法生产工艺相对简单,不需要加温、加压等条件限制,所以产品控制稳定、技术成熟、投资少,操作简便。但是由于造粒过程中没有化学反应仅靠液相粘结成粒,所以产品颗粒强度差,产品容易粉化结块。
1.4.2料浆法复混肥料
(1)料浆法复混肥料基本原理料浆法复混肥料是进入造粒过程中的全部或大部分物料都是料浆形式,料浆通常是硝酸、磷酸或硫酸与氨反应生成的,再经过造粒、干燥等工艺制成颗粒。按原料分类可以分为硫酸铵一磷酸铵系、硝酸铵—磷酸铵系、尿素-磷铵系等。
(2)料浆法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一、通过氨和磷酸等发生中和反应形成料浆,比团粒法造粒过程复杂。第二、原料广泛,即可是液态的也可是固体尿素、MAP、DAP等,固体原料需经熔融态处理。第三、AZF料浆法的流程复杂但产品灵活,可生产各种类型的复混肥产品,NPK产品最高含氮量可达30%左右,但硫酸氢钾工艺的工艺流程固定,配方固定。
②优缺点:整个流程装置复杂、自动化程度高,因而产品内在质量控制精确,产品类型丰富。另外可使用管式反应器,节省能耗。由于操作复杂,造成生产成本高,并且对原料(尤其是磷酸)质量要求较高。料浆法工艺中的硫酸氢钾工艺与某些生产工艺比较,氮含量难以提高,难以生产高氮型复合肥。
(3)硫酸铵一磷酸铵系复合肥料
由硫酸铵与磷酸铵、钾盐组成的一系列硫磷铵系复合肥料具有吸湿性小,呈微酸性,对碱性土壤有改良的作用,对茶叶、甘蔗有其独特的肥效,适用于多种土壤和作物。20世纪70年代中期,美国国家肥料开发中心研究成功的管道反应器用氨中和磷酸、硫酸的技术首先应用于硫磷铵系复合肥的生产,该法已在我国的复合肥生产中得到广泛的应用。原料湿法磷酸(小于40% P2O5)加入尾气洗涤系统洗涤转鼓氨化粒化器、回转干燥机—回转冷却筒等,抽出含氨、含尘尾气,得到的洗涤酸经过酸预热器加热,经计量后加入管道反应器。硫酸经计量后从反应管的另一管加入。液氨和少量水从反应管的端部加入。酸和氨在管道里高速流通时迅速混合并发生反应。反应热使物料温度上升到料液沸点以上,产生的蒸汽使管内物料处于0.3 ~0.4MPa的压力状态,高温度使磷酸铵的溶解度增大,所用原料磷酸的浓度可以稍高一些,这就意味着随磷酸进入生产系统的水量减少,中和反应热用来蒸发物料带入水分的比例增高,管道反应器工艺的造粒物料干燥负荷显著降低。
(4)硝酸铵—磷酸铵系复合肥料
硝酸铵—磷酸铵系复合肥料生产多数是把硝酸铵浓溶液加入磷酸与氨反应器的预中和器,或者把浓硝铵溶液加入回转鼓氨化粒化器,与预中和器来的磷酸铵料浆一起在氨化粒化器内造粒。少数工厂把硝酸和磷酸的混合酸用氨中和,生成的N—P料浆返料造粒,或者再加钾盐制造N—P—K复合肥料。硝酸铵的溶解度大,硝磷铵料浆的造粒更是一个典型的料浆造粒过程。20世纪60年代后期,荷兰Stannicarbon公司和挪威Norsk Hydro公司均开发了复合肥料适用的熔融体塔式喷淋粒化工艺技术,硝磷铵和硝酸磷肥工厂设计为塔式造粒的比例增多。在这种工艺技术中,硝酸铵或硝酸磷肥中和料浆浓缩至大于96%的浓度,把浓料浆用泵送至造粒塔顶,在一个快速混合的搅拌槽里把料浆和加入的钾盐细粉、返料细粉混合,料浆经旋转喷洒器从塔顶喷下,在空气流中凝固成粒。法国钾盐工程公司(PEC)在该公司的硝酸磷肥和硝磷铵系复合肥料技术中大力推广“成粒干燥器”(sphem(h—er)造粒技术— —在中国称喷浆造粒技术。该技术是美国的化学与工业公司于20世纪50年代初应用于磷酸铵生产的,法国PEC把该法用于浓度低的碳化法硝酸磷肥生产中。前苏联的料浆浓缩法磷酸铵,罗马尼亚的磷酸铵生产也用这种方法把磷酸铵浆造粒干燥。中国安徽的铜陵磷铵厂及中国数十家料浆浓缩法磷铵厂均用此法来实现料浆的造粒干燥操作。在喷浆造粒干燥工艺中,含水15%~30%的料浆被喷散成液沫,迎着转筒中固体返料和钾盐粉粒自抄板下落的料幕形成“幕障喷涂”,又称“幕帘喷涂”。干燥用的热空气自喷浆方向从转筒的前端吹入,因为颗粒多次循环地通过喷涂后才移至转筒中部,所以能够得到多次涂层,并使涂上的料液的水分迅速蒸发。从转筒出料端卸出的物产大部分显著地增大了粒度,颗粒圆润、坚硬。卸出物料的水分含量可籍控制热空气的流量、温度达到预定的要求。硝、磷酸铵系复合肥料和硝酸磷肥产品允许的水分含量一般小于1.0%。
1.4.3 浓溶液的造粒塔复混肥料
熔体造料技术是料浆法造粒技术中的一种特殊形式,随着复合肥生产技术的进步,熔体造粒技术逐渐演变成了一种独立的复合肥料生产技术。(1)造粒塔法复混肥料基本原理
熔体造粒工艺的特点是物料处于高温熔融状态,含水量很低,可流动的熔体直接喷入冷媒体中,物料在冷却时固化成球形颗粒;或者可流动熔体喷入机械造粒机内的返料粒子上,使之在细小的粒子表面涂布或粒结成符合要求的颗粒。溶液的蒸发或浓缩需要消耗能量,但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效,更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分;一般的造粒工艺,干燥机通常是造粒装置中最大的而且也是最昂贵的设备,熔体造粒工艺无需干燥,节省了投资和能耗。熔体造粒法制复合肥技术最早应用于磷酸一铵、硝酸磷酸铵、尿素磷酸铵,在这些生产方法中,可以加入钾盐或其他固体物生产颗粒状氮磷钾复合肥产品。按造粒方式的不同,熔体造粒法制复合肥工艺还可分为:造粒塔喷淋造粒工艺、油冷造粒工艺、双轴造粒工艺、转鼓造粒工艺、喷浆造粒工艺、盘式造粒工艺、钢带造粒工艺等。
(2)造粒塔法复合肥产品生产特点
①流程特点:第一、尿素、硝铵等原料需制成熔融态,可直接使用尿素厂的尿液,制作共熔体是生产的关键。第二、可轻松生产含氮25%以上的复混肥料,但氮源仅能为尿素或硝态氮,且同一套装置不同氮源间转换困难。第三、不需干燥过程,节省能耗,产品外观圆润,独特。
②优缺点:产品外观美观,不易结块,能吸引消费者。不需干燥设备,节省成本和能耗,很方便生产高氮型复合肥。造粒塔法复合肥产品生产由于自身条件制约,因此产品规格受到限制,一般不能生产高磷型和42%含量以下的复混肥料。另外,尿素在100℃以上熔融状态产生缩二脲含量较高,高塔工艺生产用尿素时极易产生缩二脲超标,施用不当就会烧种烧苗。
1.4.4掺混复混肥料
(1) 粉状肥料的掺混粉状掺混是制造复混肥料的早期工艺,按比例称取基础肥料后,在简单容器内进行混合。基础肥料在混合之前通常要经过破碎至6目左右过筛。粉状掺混肥料在贮藏中经常出现结块,早期通过加入废弃物或石灰粉来改善肥料的物理性质。另外,许多工厂将基础肥料“熟化”后进行混合,可以使化学反应完全,减少结块。目前在市场上粉状掺混肥料相对较少。
(2) 颗粒肥料的掺混
颗粒掺混肥原料全部是颗粒状,并且颗粒大小大致一致,所用原料主要是尿素、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵以及氯化钾等。颗粒掺混肥料通常的生产方法是将原料经过前期处理后,进入分隔的贮斗;然后通过称量装置分别称量后流入混合机。掺混肥料的技术要求是基础肥料颗粒大小一致。
(3)掺混法复混肥料的生产特点
①流程特点:由于没有加温、加湿、干燥等过程所以生产流程简单,环境污染少。原料利用率高,加工过程简单,容易操作,养分配比灵活,可以满足各种批量生产需要。装置规模一般为0.5万吨/年~3万吨/年。
②优缺点:生产简单、设备简单、养分配比灵活,适应性强,适合各种规模生产。建设投资最小,产投比大。对原料尤其是大颗粒尿素、大颗粒钾肥等依赖相对较大,工艺差的产品分离度较大。
1.4.5 挤压法造粒复混肥料
目前复混肥生产以盘式造粒和转鼓造粒为主。近年来也有一些厂采用挤压造粒生产NPK产品,其造粒过程是将机械作用施加压力于物料,从挤压模具孔板中挤压成粒,得到圆柱形和一些不规则形状预粒,粒径视机型不同可至几毫米不等。挤压造粒工艺生产复混肥、专用肥,规模大小在设备配套上具有很大的灵活性,流程短、无返粒、投资低。挤压造粒通常有两种,一是推压式造粒,另一种是转辊式造粒。推压造粒进料含水量通常为5%~8%,经过挤压后得到圆柱状产物,经过冷却得到含水小于5%的产品,其成粒率在85%左右。转辊式挤压造粒进料含水可以更低在0.5%~1.5%。经挤压得到的带状物料经破碎,筛分得到块状或棱角的产品,由于产品含水量低,不需要进行干燥。挤压法投资一般只占团粒法的1/5左右。它较适合热敏性物料如尿素、磷铵和水敏性物料如碳铵、氯化铵系复混肥料的造粒。缺点是受到原料可塑性的限制,品种不如团粒法多。国内现挤压机生产单位甚多,形式多样,但单机能力小、设备维修费用高、备件加工量较大,较适合有机械加工能力的厂家,不适宜较大规模的工业化生产。另外,由于它生产出来的产品不是圆粒状的,肥料为直径1~4毫米的粒状并且粒度偏大,不能适合机械化施肥。
1.5 中国复混肥发展历史及特点
我国复混肥料的发展起源于磷铵工业,1966年,南京化学工业公司建成年产3万吨磷酸二铵装置,标志着我国复混肥料正式起步。我国复混肥料50年历史大致可以分为两个阶段。1.5.1发展高浓度复混肥料技术准备阶段
20世纪50年代初,在世界高浓度化肥和复混肥料起步之时,上海化工研究院进行了湿法磷酸、热法磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥以及重过磷酸钙等产品的研制和中间试验工作,先后取得了成果,并于20世纪60年代建设了硝酸磷肥、湿法磷酸和磷酸二铵生产装置。1966年,中国石化南京化学工业有限公司建成了中国第一个年产3万吨DAP的工业化生产装置,从而揭开了中国磷铵生产的历史。上海化工院也于1976年~1980年联合开展了冷冻法硝酸磷肥的农业评价试验。这是我国第一次大规模全国性试验,共取得了近600个试验数据,为后期发展复合肥奠定了基础。第二次于1980年~1983年,全国化肥试验网对复混肥肥效和施用技术进行了研究。1982年3月下旬,由化工部规划设计院张开炎先生和中国农科院刘更另先生(原土肥所所长,现为中国工程院院士)倡议和主持在北京召开了“我国复合肥(掺混肥)发展问题研讨会”。研讨会建议学习国外先进经验,发展我国的掺混肥(后统一名称为复混肥)生产和使用。第三次1983年~1986年,国家科委组织了“高浓度复(混)合肥料品种、应用技术和二次加工技术的研究”攻关项目,对复肥与单质配肥肥效、不同养分形态复肥品种肥效、粉状和粒状复肥肥效、复混(合)肥施用技术等进行了详细研究。1986~1991年,在中国农科院和上海化工研究院的牵头下,开展了“掺合肥料施用技术研究”项目,获得试验结果355个,在掺合肥料的肥效、养分分离的田间评价方法及养分误差的许可范围等方面填补了国内空白,并对不同复混肥品种的肥料效应演变、复肥中磷素水溶率也进行了进一步研究。随着生产和使用技术的研究,从而揭开了我国复混肥生产和使用的新篇章。1.5.2 20世纪80年代以来复混肥料的快速发展阶段
(1)发展以湿法磷酸和氨为基础配料的复混肥料一方面通过自身优势和引进技术建设大、中型磷酸铵装置。如铜陵化工、大化集团、中阿化肥、贵溪化肥、红河磷肥等11个磷酸铵装置。另一方面,自主研发建设中、小型磷肥厂,如利用稀磷酸铵料浆浓缩工艺建设的73套年产3万吨和2套年产6万吨的磷酸铵装置。
(2)利用多种基础肥料发展复混肥料
1979年起,上海化工研究院采用团粒工艺,先后开发出尿素-过磷酸钙系、尿素磷铵系、氯化铵-过磷酸钙系、氯化铵-磷铵系、硝酸铵-过磷酸钙系等多种复混肥料的生产技术。90年代以前,中国生产的复混肥料大多数采用的是团粒法颗粒复混肥,属中、小规模型。
(3)大型复混肥企业的崛起
90年代以后,由于受到进口复混肥料的冲击,加之国家农资政策的调整,国有大型磷复肥企业纷纷调整思路,大规模生产高浓度复混肥料。以中阿公司为代表在1999年率先生产各种类型的专用复混肥,其它如山东鲁西化工、云南红河磷肥厂、山东红日集团、四川什邡蓥峰实业总公司、湖北洋丰集团等也都开始转向高浓度复混肥料的生产。1999年初全国取得复混肥料生产许可证的企业计2240家,总生产能力3000万吨/年。
进入90年代以后,在新的市场形式下,复混肥得到了长足的发展。复混肥产品也从80年代的低浓度、单一配比发展成高浓度、多类型的局面,产品结构由过去的磷铵系、硝酸磷肥、钙镁磷肥系发展成团粒法、硫铵一磷铵系、硝铵—磷铵系、熔体造粒、掺混肥料等多工艺、多形态的复混肥料格局。到2005年底,我国磷酸二铵的生产能力已达到960万吨(实物),按2004年装置发挥水平75%计算,2006年的磷酸二铵实际产量已达到700万吨左右(实物)。2003年和2004年复混肥的总用量达到1109.8万吨(纯养分)和1204万吨(纯养分),分别占当年化肥总用量的25.1%和25.9%。2005年NPK三元复合肥实物产量1707.0万吨,同比增长33.7%。
1.5.3 工艺发展特点
复混肥的生产工艺实质上是将各单一原料分别破碎(熔融),然后按要求制定出原料配比方案(包括选择一定比例的填料及添加剂),进行混合、造粒、干燥、冷却、筛分、包装等。复混肥生产的核心是造粒,一旦造粒工艺及设备确定以后,对前面的原料制备及配比,对后面的干燥、冷却、筛分的工艺要求就随之确定。我国复混肥的生产经过10多年的不断探索,在上述常规生产工艺基础上,根据产量、产品技术指标的特殊要求及原材料供给情况等按造粒工艺分类主要有:团粒法、料浆法、熔体造粒法、掺混法、挤压法、涂布造粒法等。各种生产工艺在复混肥发展的不同时期并存但各有侧重,根据不同时期主要特点可划分为四个阶段:第一阶段为80年代中期,各地区发展小型复混肥生产,年产5000吨左右,以挤压条状和对辊挤压大颗粒状为主。也有的广家先将磷钾肥造粒,然后与尿素掺混,由于缺点较多,现在只有少数厂家在生产。
第二阶段为80年代后期至90年代初.发展年产万吨以上的生产厂,以颗粒状为主,生产设备有圆盘造粒和转鼓造粒,这两种造粒方法各有利弊。圆盘造粒法比较直观,圆盘倾斜角度和转速稳定后,易于操作;其缺点是流程长,占地多,工人劳动强度大,需添加粘结剂方可成粒。圆盘造粒法适用于年产万吨或万吨以下复混肥生产。转鼓造粒法最早用于万吨级以上的复合肥生产,上海化工研究院将其移植用于复混肥造粒.其优点是占地面积少,工人劳动强度较小,缺点是蒸汽中含有40%~50%的水,计算物料含水量时很难掌握,工人需凭经验操作。在第二阶段,大多生产总有效养分含量≥25%的三元复混肥。
第三阶段在90年代,特别是90年代后期,随着农业生产的发展,需要更高养分浓度的复混肥。一般要求氮磷钾总有效养分含量≥40% ,而且不少地区土壤出现缺乏钙、镁、硫等中量元素的症状,仅靠氮、磷、钾大量元素已不能满足农业生产的需要。此时出现了一大批生产高浓度三元复合肥的企业。大部分企业的生产工艺采用团粒法、料浆法、熔体造粒法、涂布造粒法。
第四阶段,进入21世纪,复混肥生产得到了长足发展,复混肥浓度向着更高浓度发展,特别是平衡施肥技术的开展,生产企业开始发展专用肥生产技术,此时掺混肥也异军突起,更进一步提高了复混肥养分含量。在此时期也出现了有机-无机复混肥和控(缓)释复混肥生产工艺。
1.6 复混肥技术和产品发展展望
1.6.1欧美等发达国家复混肥发展的特点
(1)化肥养分的复合化程度较高在西班牙、英国、意大利、法国、德国等发达国家,近些年来化肥消费呈下降趋势,但其单位面积施肥量仍然较大,为143.92 kg/hm。(N+P2O5+K2O),仅次于中国(246.3 kg/hm ),但化肥养分的复合化程度却在不断提高。据上述5国2000年统计,在消费的化肥中,氮、磷、钾肥的平均复合化率分别为21.04% 、87.49%和67.38%。其中氮肥的复合化程度低于磷钾肥。这是因为有些作物,特别是大田作物,磷、钾的大部分是以复混肥的形态作底肥施用,而氮肥只有一部分以复混肥形态作底肥,另有一部分则以单质肥的形态作追肥,以便对复混肥的养分供应作进一步调控。这表明,为了满足作物不同生育期的养分需要,复混肥要与单质化肥配合施用,实行“施肥套餐”。因此,虽然化肥的复合化程度需要不断提高,但并非越高越好。在一个相当长的历史时期内,肥料的养分复合化程度没有必要,也不可能达到100%。
(2) 掺混肥在复混肥中的比例越来越大
掺混肥,即BB肥(Bulk Blend Fertilizer),主要是指散装高浓度干粒掺混肥。它具有成本低、养分浓度高(总养分可达57 ~59%),其养分配比可依据土壤、作物特点灵活调控,能使施肥水平进一步提高,因而在发达国家得到迅速发展。美国散装化肥和液体化肥在逐年增加。20世纪90年代末,固体、袋装化肥销售量降至总量的10%,散装肥和液体肥则分别上升到50%和40%。BB肥中10~15%为袋装,以适应潮湿多雨地区和园庭、花卉、草坪及出口的需要。由于机械化施肥技术和灌溉施肥技术(Fertigation)的发展,液体复合肥在液体肥料和复混肥料中占有相当大的比例,分别是液体肥料和复混肥的37.8% 和16.2%。目前美国已有约8000家BB肥厂,占二次加工肥料厂的90%,平均每家年加工肥料量约300吨~5000吨。
(3) 建立复混肥产一销一用的农化服务系统
目前几乎所有发达国家都建立了以科学技术为主导,融肥料生产、肥料营销和对农民售后服务为一体的农化服务系统,该系统对复混肥,特别是BB肥的发展起到了重要作用。例如,美国IMC农业商务公司有自己的肥料二次加工厂、营销网络和农户科学施肥服务系统,BB肥生产厂家从化肥生产企业获得粒度均匀、不易结块的化肥作为制造BB肥的原料,根据农户土壤测试结果和专家意见,提出BB肥配方,在方圆24~40 km范围内,直接为农户提供商品肥料,甚至施肥机具。在农化服务系统中,肥料的生产、营销和施用之间形成了相互依存、相互促进的良性互动机制,而我国尚无一家企业形成完备的体系。
1.6.2中国复混肥工业技术水平与先进国家的比较
我国化肥产品结构不合理,除氮、磷、钾比例不合理外,单一营养元素和低浓度的品种居多,平均养分含量为27% ,与国外的平均水平40%相差较大,复肥仅占总量的25%左右。今后我国将加大复肥和专用肥的生产力度,相对减少单质肥料,提倡三次加工,产品为多品种、小批量的颗粒掺混肥料。欧洲和美国早期发展肥料工业的做法现在大的趋势是发展包括中量及微量元素的复混肥料,据统计在美国的基本配肥站售出的复混肥料中有25%~30%添加中、微量元素,而我国由于市场相对混乱,起步较晚,复混肥料主要涉及氮、磷、钾三种大量元素,中、微量元素则很少考虑。
另外,在国外混合药剂的复混肥料也有一定比例,日本可达20%左右,而中国由于政策和工艺的限制肥药合一的产品目前还没有形成规模。国外专利报道,番茄用80%的代森锰锌(4.5kg/km2)和甲霜灵一代森锰(4.5kg/km2)处理,与硝铵—尿素溶液混用,5天后降雨lOmm,其对疫霜的防治效果达80.3%,只有15%侵染。而不与硝铵—尿素溶液混用的对照试验表明:其对疫霉的防治效果只有8.5%,侵染率达31.7%,可见,肥料对农药有明显的增效作用。在农药与化肥相混用的过程中,它们之间不仅有物理、化学上的相互作用,而且具有生物活性和生物学效应上的协同作用,研究它们之间的关系,对于合理协调混用化肥和农药,节省劳力,促进增产增效都具有重要意义。在60年代初日术就开发了掺农药肥料,其关键因素是施肥期(及施肥量)和施药期(及施药量)之间的同步,以及农药的安全性。由于上述问题的解决,日本在其后的20多年里掺农药化肥的状况发生了巨大变化。掺用的农药是除草剂和杀虫剂。日本后来又开发了掺杀菌剂的肥料,选用具有防治水稽枯萎病和促使水稻成熟度提高双重作用的稻瘟灵与水稻穗肥掺合。
欧洲各国建立大型磷酸铵和硝酸磷肥为基础的复混肥料。欧洲国家和日本已有80~85%的P2O5、85~905K2O、35~45%N加工成复混肥料。美国则迅速发展磷酸铵颗粒肥料,制成散装、便于运输的掺合肥料,所有销售复混肥料的58%和全部化肥的40%都是颗粒掺合肥料。美国是施用液体肥料最多的国家,液体肥料占整个复混肥料的15%,而在我国液体肥料的施用量较少。我国耕地面积大、各地区间人文、地理、耕作等方面具有较大相同等诸多因素,直接决定了我国复混肥料以磷铵系、硝酸磷铵系、尿素系复混肥料为主,多种类型复混肥料为辅的格局。
1.6.3 工艺技术的发展展望
(1)氨化转鼓造粒的发展传统的氨化造粒过程是用磷酸和氨为原料生产磷酸二铵时,将磷酸加入尾气洗涤系统以回收预中和器、转鼓氨化粒化器、干燥机及冷却器尾气中夹带少量氨和粉尘。然后进入预中和器的浓磷酸一道与氨中和反应。用泵送入转鼓氨化粒化器的分布器进行造粒。如在工艺中增设一套钾盐的计量和加料设备进入粒化器中即可生产出氮磷钾复合肥料。我国江西贵溪化肥厂、云南云峰化工公司、南京化学工业集团及大连大化等先后使用此工艺建成年产24万吨磷铵(20万吨氮磷钾复合肥料)装置,投产后均正常运行。
目前较先进的是添加管式反应器的氨化转鼓造粒工艺。尿素或硝酸铵以熔融的或固体形式直接进入生产系统,同时加入钾盐,因而可以生产多品级的复混肥料。磷酸与硫酸同时进入十字管式反应器与氨进行反应。反应生成的熔体喷入转鼓造粒机与返料及其它原料一起造粒。磷酸和硫酸自洗涤器加入,以回收由转鼓造粒机、干燥机逸出的尾气中的氨和粉尘、然后经酸预热器加热,再经计量后加入管式反应器。同时将液氨和少量的水自十字管式反应器的端部加入。混酸和氨高速通过管式反应器时迅速混合并反应后喷淋再造粒机内,进行造粒。当生产氮磷钾复混肥料时,则将经过计量的钾盐随着返料一同加入转鼓造粒机。秦皇岛中-阿化肥有限公司由法国引进AZF工艺,自1991年初步投产后,运行状况良好,截至2006年8月已累计生产氮磷钾复合肥1000万吨。
(2) 低温转化氯化钾产品的发展
20世纪90年代初,山东红日化工集团(原山东临沂化工总厂)率先开发出低温转化氯化钾制硫基氮磷钾复混肥技术,1998年新建年产20万吨硫基氮磷钾复混肥示范装置,投产后生产运行情况良好。之后迅速在全国推广后,仅在山东省就形成了约250万吨/年的生产能力。据目前不完全统计,利用此技术全国各地已建成和正在建设中的硫基氮磷钾复混肥装置,总生产能力约600万吨/年。其做法是将热的98%浓硫酸与氯化钾反应,生成硫酸氢钾溶液。随即将此溶液与稀磷酸混合后与气氨一同进入管式反应器进行氨化反应,生成的料浆送喷浆造粒干燥机进行造粒和干燥。物料在喷浆造粒机内实行“三内”(内分级、内破碎、内返料),合格的粒料进入冷却机,经空气冷却后,再送包裹机将粒料进行包裹,即得到硫基氮磷钾复混肥料成品。浓硫酸与氯化钾反应生成氯化氢气体经过冷却后,用水吸收成盐酸,作为副产品。例如转化氯化钾制硫基复混肥料的最主要特点是萃取磷酸不需浓缩,既节省投资,又节约能耗。该方法的缺点是由于混酸中有硫酸氢钾存在,中和过程较单纯的磷酸氨化过程要困难得多。此外在中和过程中,磷酸中的杂质也发生了一系列的化学反应,生成非水溶性化合物和不溶性磷等,磷酸中的硅可能形成氧化硅凝胶,凝胶物质的生成将严重影响料浆的黏度。硫基氮磷钾高浓度复合肥产品中氯根含量是衡量产品质量的主要指标之一,影响氯根含量的主要工艺指标是原料氯化钾的转化率。理论上氯化钾的平衡转化率可达到99.0% 以上,实际生产中要做到这一点是非常困难的,氯化钾的转化率应根据产品质量要求来确定。对于N:P2O5 :K2O(质量比)=15:15:15的产品,氯根含量要控制在2% 以下,氯化钾的转化率就必须达到84.0%以上。影响氯化钾转化率的因素主要有:氯化钾的质量、硫酸的浓度及用量、反应温度和时间。
(3) 熔料喷淋塔造粒工艺的发展
熔料喷淋塔造粒工艺在国内主要用于尿基高浓度复混肥的生产,该技术利用熔融尿素和磷酸一铵、氯化钾能形成低共熔点化合物的特点,将粉状磷酸一铵、氯化钾、添加剂等原料加热后,加入熔融尿素中,通过反应生成流动性良好的氮磷钾共熔体,然后通过专用喷头喷入造粒塔,液滴在降落过程逐渐冷却并固化成颗粒,颗粒经过筛分,筛上物送回破碎机再破碎,筛下物则送入加热器,再混合、喷淋造粒。
另外一种方法是将熔体物料喷入矿物油中冷却固化成球形颗粒,不需用高大的造粒塔,所以减少投资,简化流程,成品颗粒表面黏附极少量的油,经扑粉处理,可防止结块。在市场上已经有部分企业将油冷造粒和高塔喷淋造粒结合开发出“全熔融冷冻结晶(低塔)造粒法”生产成本比油冷节约80%、比高塔节约30%。
1.7 复混肥产业发展中的问题及解决策略
1.7.1 复混肥产业存在的问题
(1) 复混肥生产技术比较落后在肥料剂型、生产工艺、制造设备、肥料配方、产品质量及服务水平方面,我国与发达国家相比存在很大的差距。特别在肥料品种系列化方面,日本佐贺县农协的一座配肥站,生产800多个品种或规格的专用肥,而我国的一座复混肥厂,一般仅几个或十几个品种,有的甚至长期生产单一配比的复混肥,难以做到因土因作物配方施肥,有的盲目使用造成磷、钾资源浪费,增加农民负担。
(2) 复混肥料的生产量少,使用覆盖率低
2009年全国生产1698万吨复混肥,约占全部肥料使用量的31%,不仅大大低于发达国家70%的水平,也比许多发展中国家低。而肥料的复合化是化肥产业发展的趋势,一方面适销对路的复混肥料供不应求,同时相当一部分加工设备闲置,处于停产半停产状态,其原因是多方面的,工艺落后设备老化,企业管理不妥,产品质量低劣,品种单一,不适应测土配方施肥要求,肥料供应及技术指导脱节,不少农民对复混肥料还缺乏认识,或使用伪劣复混肥上当受骗,不愿购买使用等。
(3)复混肥产品检测管理不够完善
近几年来,各地加强对复混肥产品的质量检测管理,取得了显著效果。但不少地方的化肥质量检测管理机构仍然不够健全,制度不够完善,管理不透明,部分厂商生产和经销不合格产品,甚至是假冒产品,坑害了农民,败坏了配方施肥技术及复混肥料的声誉,严重影响了复混肥料的发展。
(4)复混肥料的系列化服务水平低
复混肥料的生产、流通、二次配制和使用的系列化服务,是现代化服务(包括化肥、农药、农膜等农用化工产品)的主要组成部分,由于长期以来,农工商部门分割,化肥的产、销、用脱节,市场机制很不完善,发展系列化、科学化、定量化的农化服务困难很多,不能满足农业生产发展和农民的要求。
目前,我国在总体上还没有形成具有自己特色的高水平农化服务体系,这在很大程度上制约了复混肥发展。长期以来,我国指导农民合理施肥的任务主要由各级农业技术推广部门, 特别是县级农业技术推广站承担。自20世纪90年代,我国基层农业服务机构多已名存实亡。据2002年在我国7大区7个省28个县的随机抽样调查,国家对县级农业技术推广站经费的投入增长率低于国家财政平均增长率1413 个百分点,只有23%的推广站承担有技术推广项目,用于技术推广的经费只占总经费的10%。此外,发达国家土地实行集约化耕作,如美国1个农场主拥有耕地约400 km2~600km2,而我国农民个体经营,1户农民的土地面积仅有几亩至几十亩,过于分散的农户与农田造成具体田块施肥推荐很难进行,农民也不愿意为微薄的利润承担相关的技术推广费用。自从我国肥料市场开放后,农化服务的重任主要落到了肥料生产厂家和商家的肩上。近年来许多从事肥料生产和营销的公司开展了农化服务工作,其中包括一些颇具知名度的大公司。如中化化肥公司对其控股或参股复混肥生产厂家及内部营销系统职工进行有计划的培训,对广大农民进行施肥知识广播讲座和免费电话咨询,并结合农时到农业生产第一线对农民进行科普教育和施肥指导,颇受农民欢迎。在建立肥料产、销、用农化服务系统的过程中,他们与科学院所、大专院校合作,并且正在为农户通过测土施肥进行具体施肥指导创造条件。总之,建立具有中国特色的高水平农化服务系统是复混肥发展的需要,也是农业生产发展的需要,在这方面我国各化肥企业还有很长一段路要走。
(5)市场环境较差,严重干扰正常经营活动
首先,近年来国家虽加大了对假冒伪劣产品的打击力度,但仍未能从根本上铲除制假源头。一些不法分子采用假的生产许可证、更换包装、以次充好、实际养分含量与标量不符等非法手段欺骗农户,损害了广大农民消费者和合法经营企业的利益,严重扰乱了化肥市场的正常秩序。中国消费者协会(2005年)调查结果显示:45.16%的被调查者认为当地销售的化肥质量“一般”,“比较不满意”和“非常不满意”的为61.8%和11.7%,“非常满意”和“比较满意”的为71.7% 和38.13%。另外,当调查者问及什么问题是当前化肥市场中最严重的问题时,“假冒伪劣”和“虚假宣传”仅次于“价格不合理”选项,比例分别为31.18%和16.17%。总的来看,化肥质量和虚假宣传不能使大部分被调查者感到满意,已经成为农民购肥中面临的重要问题。其次,地方保护严重对化肥市场的发展产生了阻碍。为了维护狭隘的地方利益,部门间、地方间相互设卡、相互牵制,影响了流通企业扩展销售网络,阻碍了全国大流通格局的形成。许多化肥连锁企业反映,企业在省内不同地区设点直销时,虽然总部拥有国家认可的经营资格,却要在当地申请经营资格,设立成独立的法人单位。有些地方执法部门对旺季在本地区销售的优质化肥强行采取化验措施,并且化验耗时较长,以阻止外地化肥进入本地市场,有些地方干脆明确不允许外地产品进入。
1.7.2 复混肥料品种的多样化
在现有专用复混肥的基础上,适当加快完成复混肥的专用化、多元化、药肥化、长效化目标,结合农化服务,因地致宜选择多种成分化肥品种一次性施肥,提高化肥利用率、改善作物品质、增产增收,将受到农民的欢迎。同时,还应扩大开发多剂型复混肥品种,降低成本,提高经济效益,积极开发推广液体型专用肥,如液氨直接施肥、悬浮型、清液型,开展仓膜(衣)肥粒研制和推广工作,尽快提高生产能力,使复混肥的产量由目前的1500万吨达到2000万吨。1.7.3依据我国资源情况进行复混肥工艺的开发
复混肥的发展离不开其上游产品的生产,原料的质量、数量直接影响着复混肥的发展,中国的氮肥已经完全可以自给,还有部分剩余出口。磷肥也能基本自给。中国钾比较缺乏,主要依赖进口,但在2000年,罗布泊超大型钾盐矿床的发现,已探明储量2.5亿吨,如果罗布泊钾矿得到充分开发,相信将极大缓解我国钾肥进口压力。所幸的是,我国的企业和科研单位开发和改造了一系列适合我国矿产特点的生产工艺,推动了复混肥事业的蓬勃发展。例如,20世纪50年代中期用无烟块煤代替焦炭制取合成氨原料气获得成功,为利用我国丰富的无烟块煤资源、扩大氮肥原料来源、加快发展我国氮肥工业创造了条件,做出了贡献。1964年底,化学工业部第一设计院提出“以煤为原料,采用三触媒净化流程制合成氨”的设计方案,得到化工部领导的重视和国家计委的支持。1966年10月,采用三触媒净化流程制合成氨试点的石家庄化肥厂三期扩建工程竣工投产。这一新工艺的成功,增强了广大技术人员自力更生开发建设氮肥工业的信心。此后又陆续取得了一些新成果,如含10%烯烃的焦化干气蒸汽转化法制合成氨、焦炉气蒸汽转化法制合成氨、炼厂气催化部分氧化法制合成氨等。利用这些科研成果,相继建成了一批以油、气、煤为原料的中型氮肥厂。
再如,中国的磷肥生产先后研发出料浆法磷铵生产新技术、硫基复合肥技术、磷石膏制硫酸联产水泥法和快速萃取湿法磷酸技术四大成果,基本解决了磷肥生产过程中遇到的难题,使我国磷肥装置国产化的梦想得以实现。
另外,在现有基础上继续完善适应我国农业需要和工艺改造的高塔造粒、低塔冷冻造粒、团粒法改氨化(管式反应器)造粒、油冷技术等复合肥生产工艺,对丰富我国复混肥产品类型,提高复混肥企业竞争实力都是今后复混肥工业发展的重点之一。
1.7.4 加强复混肥料的基础应用研究
过去受计划经济影响,生产企业只管生产不管销售,复混肥料的生产缺乏适用性、针对性,进入市场经济以后,企业直接面向农民,能够站在农民和农业的需求上进行复混肥料的开发。另外,企业进入市场后,原料、能源都不能向过去那样由国家直接划拨,而需要企业自身通过技术革新等手段来应对原料、能源压力。因此,加强复混肥料工业的基础应用研究,增加肥料的应用价值已成为复混肥企业技术开发的重中之重。过去由于部门分工,肥料的工业生产和农业应用是是割裂开的,这就造成了农业部门针对肥料的肥效、施用方法、植物营养方面研究较多,而由于无法进入肥料的生产乃至销售领域,许多研究成果缺乏针对性,难以转化成现实产品。另一方面,工业生产部门的精力主要投入在工艺革新、技术调整上,对于肥料的施用方式方法、肥料农业性状无法涉及,这就造成了肥料生产和应用的脱节。这些都集中表现在了对复混肥料的基础研究不足,主要表现在:(1)目前中国的农业研究多以单质肥为研究对象,较少考虑复混肥氮磷钾之间的协同作用;(2)工业生产考虑的是工艺简单化和成本优化,对原材料的选择也以成本为先,对养分形态很少考虑;(3)生产企业用工业标准来检测产品的合格与否,对影响植物养分吸收的物理、化学性状几乎不考虑,比如颗粒养分硬度、大小、养分释放速度、强度、颗粒散开速度等;(4)农业上对复混肥理化性质研究不够,导致配套的应用技术也跟不上,施肥事故层出不穷。
1.7.5 加快产业结构调整步伐
我国中、小化肥生产企业从总体讲技术和设备比较落后,能耗较高,需要用高新技术进行改造。过去所谓技术改造往往是扩大设备、增加产量,这实质是一种低水平的扩张。老企业改造要结合原料结构的调整和产品结构的调整来进行,达到节能增产、产品适销对路、提高经济效益的目的。不少化肥企业的老装置,主要矛盾是设备效率低,因此要采用新的工艺、先进的设备内件、先进的净化手段、先进的热能回收手段来提高装置的效率,而不要盲目扩大设备。第二节 中国复混肥企业及产品
2.1中国复混肥企业现状及特点
2.1.1 企业状况:包括企业数量、规模、产能、效益、产品状况
我国复混肥生产企业(持有或正在申请生产许可证的)有4000家左右,年实物生产能力约6000万吨,实际年产量约为1000多万吨,已形成一些知名度较高的品牌和一定市场占有率的企业,如中国-阿拉伯化肥有限公司、云天化集团、江西贵溪化肥有限责任公司、鲁北化工总厂、贵州息烽化肥厂、四川什邡蓥峰实业总公司、山东红日集团、金正大化工有限公司、湖北洋丰集团、山东鲁西化工集团、山东施可丰集团、西洋集团等。2.1.2 企业及产品特点
多年来我国化肥工业一直是在计划经济体制下运行,产品被农资部门垄断专营,化肥企业只管生产,基本上没有经营自主权,企业自我积累很少,包袱很重。随着改革的深化,近年来在社会大环境的变动下我国化肥系统也出现了以下3个方面的新变化。(1)以1997年化肥滞销、价格下滑为标志,化肥从多年来的卖方市场进入了买方市场。
(2)以国发[1998]139号文的发布为标志,结束了多年来化肥由农资部门垄断经营的体制。国家对化肥流通的管理体制由直接管理改为间接管理,化肥企业直接进入市场,化肥流通领域引入了竞争机制。
(3)近年来农业结构调整速度明显加快,对化肥的品种结构提出了新的要求。氮肥企业生产的单质氮肥在市场上遇到了很大挑战,农民对科学施肥和农化服务的要求越来越高。
进入90年代以后,在新的市场形式下,复混肥得到了长足的发展。复混肥产品也从80年代的低浓度、单一配比发展成高浓度、多类型的局面,产品结构由过去的磷铵系、硝酸磷肥、钙镁磷肥系发展成团粒法、硫铵一磷铵系、硝铵—磷铵系、熔体造粒、掺混肥料等多工艺、多形态的复混肥料格局。
2.2企业和产品发展展望
2.2.1企业发展展望
我国的化肥企业基本上都是靠国家投入和银行贷款建设起来的,投资较大,资本结构比较单一,缺乏活力。近来部分企业股票上市,实行股份制,但所占比重很小。最近有的小化肥厂以产权改革为突破口,通过股权多元化实现重组,给企业带来活力,增加了效益。国家鼓励氮肥、磷肥、钾肥、化肥流通企业突破原有业务领域,向氮、磷、钾,产、供、销,内外贸一体化发展,鼓励企业兼并、联合重组,以资产为纽带,逐步培育有国际竞争能力的大型肥料产业集团。2.2.2 产品发展展望
(1)高氮一次性施肥中国农科院李家康研究员认为现有复肥生产工艺要解决一次性施肥是很难的,特别是是氮肥。氮肥一次性比重过大,会导致作物前期生长过旺或者烧种、烧苗,对生长期较长的作物,如北方的冬小麦,又难免后期脱肥。根据以往研究结果,对于粘性土壤,或生长期较短的作物,如南方双季晚稻,北方的夏玉米,可以推行一次性施肥。对于沙性土和生长期长的作物,一般不可行。最好的办法是开发缓释肥与速效肥相配合的BB肥,即常规的NPK三元复合肥与缓释氮肥掺混施用。如中—阿公司农化中心推出的小麦一次性肥料24-16-6、腐植酸系列25-10-5和东北玉米一次性肥料28-10-10(东北农民称为“一炮轰”)等。
(2) 复合型追肥
作物生长期间所施的肥料,通称追肥。以前农民习惯使用单质肥作追肥,特别是在大田作物上更是如此。近年来,很多复合肥厂家针对农民的追肥习惯开发出了系列专用追肥。如中-阿公司开发的大田作物专用追肥30-5-5、25-5-10、20-10-10(2002年)、24-10-6(2003);芭田的一些高氮追肥等。
(3)全溶肥
全溶肥(水溶性肥料)的使用一般有三种方式,即土壤浇灌、叶面施肥、滴灌和无土栽培,其配方的多样性和使用方法的灵活性,使它在农业生产中得到了广泛的应用。其中,冲施肥和滴灌肥施用较为普遍,速溶的、不造粒的冲施肥料主要用于蔬菜生产,而滴灌肥的发展则是滴灌技术推广的需要。
冲施肥产品以粉剂和水剂为主,膏剂为辅,另外还有少量颗粒产品。该产品包装多为几千克至十几千克袋装,多用作冬季大棚追肥使用。冲施肥可以按照不同的指标进行分类,按化学性状及养分构成冲施肥可分为以无机养分型,有机-无机结合型,以及微生物型;按应用范围及针对作物可以将冲施肥分为广谱型、蔬菜专用型、果树专用型和特种经济作物专用型等。粉剂大量元素养分含量多在30-40%,其中较多种类含有腐植酸或氨基酸等,小部分具有中、微量元素(微量元素1-5%)。国内冲施肥多集中在山东、辽宁、广东以及江苏等地,但冲施肥产品鱼龙混杂,指标缺乏统一规范,迄今尚没有国家相关行业标准,目前辽宁等省份正在着手制订冲施肥的地方标准。一些企业中甚至将冲施肥作为一项独立的产品,以区别于复合肥、叶面肥,其特点是速溶、速效、营养全面。如澳佳肥业-腐植酸螯合冲施肥,如15-5-20和N+K2O≥30%,分叶菜型、果菜型和硫酸钾型,产品中含有中、微量元素。
灌溉施肥是利用微滴灌系统,在灌水的同时,根据作物生长不同阶段对养分的需要和气候等条件,准确地将肥料补加和均匀地施在根系或叶面附近,供植物直接吸收利用。灌溉施肥是定量供给作物水分和养分及维持适宜水分和养分浓度的有效方法。我国的微滴灌技术已由干旱地区向半干旱地区延伸,从单一的节水向施肥、调温、植保、改善作物生长环境的综合增产措施发展。微滴灌施肥对肥料的要求是:由于微滴灌系统喷头的出水口直径仅有0.4~1mm,必须提供液肥或速溶性肥料。我国主要复合肥料品种由于受原料和生产工艺限制不具备全水溶特性,因此由节水和提高肥料利用率而兴起的微滴灌技术的发展及推广应用,要求开发出适于滴喷灌用的全水溶性NPK复合肥料。新疆当地滴灌肥产量已经达到了20万吨左右,而目前新疆滴灌肥年消费量约在3万吨~4万吨(2005年,新疆滴灌肥销量约在3-3.5万吨)。
(4)有机—无机复混肥
有机—无机复混肥料是指以畜禽粪便、动植物残体、腐殖酸类、草炭、油页岩等有机物为原料,经发酵腐熟处理,添加无机肥料制成的复混肥料。进入21世纪,有机—无机复混肥在国内许多展览会、双交会上成为“新秀”,越来越受到人们的青睐。畜禽粪便在欧、美国家是引起水体污染,硝、磷酸盐富营养化的主要因素之一。我国可耕地及多年生作物面积仅为美国的75%,而鸡的养殖数量,猪、牛的存栏数分别为美国的2倍、6.9倍及1.1倍,禽畜粪便对环境的污染比美国严重。据新华网报导,1999年全国禽畜粪便产生约为19亿吨,是工业固体废弃物的2.4倍,畜禽养殖业已成为我国新的污染大户。有机肥资源除直接或经处理后返回农田外,将无机肥运至有机肥资源集中地,以调节有机肥中的养分比例,或将有机肥运至无机肥料厂,加工为有机一无机复混肥,已成为目前肥料生产发展的新趋势。
进入21世纪后,我国发展复混肥生产总的方针是:研究解决复混肥生产工艺设备等问题,获取最优化的工艺、能耗、物耗,低投入高产出。
3 复混肥与农化服务
农化服务是农业化学和现代农业发展到一定阶段的产物,它的基本概念是以化肥产品为中心,以农民和耕地为服务对象,应用系统工程思想和农业化学基本理论,对化肥的生产、销售和施用予以科学的组织和调配,以期最大限度地提高化肥的经济、社会和生态效益,提高农业劳动生产率。因此,农化服务体系的完善程度和服务水平成为反映一个国家农业现代化发展水平的重要指标之一。
当今的复混肥企业大多以单纯的生产和销售为主,而面对国内买方市场的形成和我国入世后带来的更激烈的国际竞争,单纯的生产销售型企业已远远不能适应形势的发展。在目前我国肥料市场供需基本平衡的情况下,农资市场的竞争也因此呈现出商品质量、商品价格、农化服务的多层次全方位的综合竞争,农民对化肥的需求不再只表现在产品质量和商品价格上,而对农化服务有了更高的需求。因此复混肥企业要增强市场竞争力,确保可持续发展,必须在农化服务工作上有所突破。
第三节 复混肥产业发展的市场环境
3.1 复混肥市场特征
化肥生产从单一肥料过渡到以复混肥料为主,已经成为一个国家化肥工业发展水平和农业发达水平的重要标志。目前,我国复混肥料的产量占化肥总产量的比例仅为25%,远远落后于发达国家水平。据此,我国农业部门提出今后10年,我国将继续调整化肥结构,不断加快复混肥产业的发展,提高其在化肥中的比例,力争肥料复合化率达到50%左右。因此,今后5年到10年增加复混肥料的产量,提高我国化肥的复合化率仍是我国肥料工业发展的主要任务之一。综观我国整个复混肥发展的形势,复混肥市场既面临着机遇也面临着挑战:
3.1.1复混肥市场发展潜力巨大,但同时存在诸多问题
我国的复混肥市场具有很大的潜力,但是市场中尚存在两个突出问题:一是肥料复混化发展速度缓慢。我国2009年化肥消费总量为5404万吨,复混肥消费量仅占化肥消费总量的31.4%,从1995年~2009年的15年间,复混肥占化肥消费总量的比率,仅提高13%,平均年增长率不到1%。二是进口复混肥在部分地区还占有相当比重。而且进口复合肥的价格要高得多。2011年,在华南(广东、广西、海南)肥料市场,挪威海德鲁的船牌,德国巴斯夫的狮马牌、芬兰凯米拉的星王牌,尽管市场售价达到4500元/吨~5200元/吨,仍受用户欢迎,而同样为15-15-15的国产复合肥,售价仅3200元/吨~4500元/吨。
复混肥发展缓慢与我国农业经营规模、农村经济状况以及农业经营效益有关。但在我国肥料市场供需基本平衡的情况下,高价的进口复合肥却能够抢占我国很大份额的市场,值得我们深思。不可否认,进口复合肥有其品牌效应和产品质量优势,故能经久不衰。我们常说国产复合肥与进口的一样好,实际上,国产复合肥的外观质量、防结块性能以及溶解度多数不如进口肥,更为关键的是肥效等方面的差异,加之国内肥料市场管理不规范,农民屡屡上当受骗。所以,在一些经济发达地区,用于经济价值高的作物,农民宁愿出高价购买和施用“放心肥”。国外的肥料经营理念值得我们借鉴,国内大型企业,应该有战略眼光,提高产品质量,创造自己的品牌。管理与执法部门应秉公办事,严厉打击假冒伪劣产品,规范肥料市场。总之,国内复混肥市场潜力很大,但要做好工作很难。
3.1.2 名牌产品与杂牌产品的竞争
当今,市场经济就是名牌经济,名牌产品由于拥有巨大的知名度和影响力而成为消费者购买的首选,名牌产品无论是在销售的数量上还是销售的价格上都要比杂牌产品胜出一筹。目前复混肥市场的行情是,名牌产品价格一般比杂牌价格要高出200元~500元/吨,也就说如果一个企业的产肥量达到50万吨,那么一年由于名牌效应增加的利润就可达1-2亿元左右。但是,一些小的化肥企业由于规模小,发展慢,品牌意识普遍不强,这就从一定程度上限制了复混肥行业的发展。
3.1.3 优质产品与劣质产品的竞争
由于农民的文化水平普遍不高、识别假冒伪劣肥料的能力较差、地方保护主义仍然未能根除等多种原因,目前复混肥料市场假冒伪劣现象比较常见,伪劣化肥的出现不仅严重损害了农民的利益,而且严重扰乱了市场,对优质复混肥料的生产和销售造成了很大冲击。
3.1.4 专用肥料与通用肥料的竞争
专用肥是根据作物的生长特点及当地的土壤特点而专门配制的肥料,针对性强,使用简单,肥效持续时间长,种植收益大,是最受农民欢迎也是最有发展潜力的肥料。然而目前我国化肥企业普遍对专用肥重视不够,绝大多数厂家生产的都是通用肥,产品没有特色,农民对产品的认同率低,这也是目前许多化肥企业市场竞争力不强的一个主要原因。
3.1.5有机肥料与无机肥料的竞争
目前我国无机肥施用量较大,已达5000多万吨,无机肥料虽然为我国农业生产做出了巨大贡献,但无机肥施用过多也会产生很多的负面效应,诸如土壤板结、酸化、污染地下水源、瓜果蔬菜品质下降等,有机—无机复混肥作为现代肥料的发展方向和重要补充,随市场需要应运而生。而且,从市场的需求和发展趋势来看,有机—无机复混肥具有很大的市场发展空间。
3.1.6 高浓度复混肥与低浓度复混肥的竞争
从我国的化肥发展历史看,一直是低浓度肥料“挑大梁”,如普通NPK复混肥,浓度为25%~35%的销量远远大于45%以上的销量。随着现代化农业的发展,人们认识到与低浓度化肥相比,高浓度具有易储运,运输和施肥成本低等优势。从长远来看,高浓度复混肥取代低浓度复混肥将是肥料发展的必然趋势。但是,由于目前粮食价格偏低,农民购买力不强,而低浓度肥料价格相对较为便宜,另外,广大农民受以往施肥习惯等诸多因素的影响,低浓度肥料将在相当长一段时期内仍然具有一定的市场。
3.1.7 本地产品与外地产品的竞争
计划经济时期,国家对化肥企业实行的是“统购统销”政策,为方便运输和管理,政府部门一般都是在企业的周边地区划分市场让其去销售,经过一段较长的时间,这块市场便会成为该企业最稳靠的市场。随着化肥流通体制改革的不断深入,市场壁垒被打破,外地化肥大量涌入,不少企业的本地市场占有率急剧下降。本地厂家要想有效地抵御外地产品的冲击,确保“家门口市场”不失守,最关键的一条就是要利用路途近、运输短的优势,大力发展直接送货制,把自己的产品直接送到各乡村甚至农户的家中,从而牢牢地占领市场。
3.1.8 国产肥料与进口肥料的竞争
由于长期以来农民对进口化肥的特殊偏爱,进口化肥与国产化肥相比具有明显的优势,同样的产品,进口化肥的价格往往比国产化肥每吨要高出几十元至几百元。随着我国加入WTO,必然有越来越多的进口化肥将进入我国,国产化肥与进口化肥的竞争也将更加激烈。国内化肥企业必须意识到这一问题的严重性,要大力加强与复混肥料有关的基础研究,认真研究进口复混肥料的优势和劣势,努力提高国产复混肥的科技含量,并从农化服务等方面加大力度,争取把国产复混肥料的品牌树立起来,这样才能有效地与进口复混肥相抗衡。
3.2 我国复混肥市场的前景与展望
3.2.1 复混肥产品需求多样化,企业须及时调整产品结构由于各地施肥习惯不同,或地域特点不同,对全溶性复混肥性质要求也不一样。首先产品要求肥料溶解度高,施用速溶速效肥有利于缩短每次收获的间隔时间,既可早收获,又可获得高的产量,从而实现农业高效益,高回报。积极开发全溶性滴灌肥也是产品多样化的新要求,随着节水农业的不断发展,滴灌施肥技术将逐步推广,滴灌肥是其中不可或缺的辅助部分。研究开发缓释肥料是减少养分损失、提高肥料利用率和保护环境的重要措施之一,但缓释肥料的开发生产成本较高,因此,当务之急是积极寻求市场,研究开发出成本低而又产品质量过硬的缓释肥料。另外,开发各种作物的专用肥和有机-无机复混肥,也是适应复混肥市场需要,保证产品多样化的重要途径。
3.2.2复混肥料的贸易与价格
近年来,复合肥价格总体呈上涨趋势,且价格波动幅度加大。与低浓度复合肥相比,高浓度复合肥涨幅更大。据2005年资料,每吨浓度为25%的复合肥价格平均上涨了20元~40元,较高的则超过了60元,而高浓度复合肥(45%)价格大多上涨了80元/吨~150元/吨,高的甚至超过了200元/吨。目前,25%复合肥的平均价位在760元/吨~920元/吨,有的超过了950元/吨,45%含氯复合肥平均价位在1450元/吨~1600元/吨,高的超过了1650元/吨,45%硫酸钾复合肥平均价位在1700元/吨~1850元/吨,高的超过了2200元/吨。从2005年全国复混肥料价格同比来看,国产复混肥料价格下跌,进口复合肥料价格基本持平。国产低浓度复混肥料全年平均价格928元/吨,同比下降2.7%;高浓度复混肥料全年平均价格1546元/吨,同比下降6%,上半年价格同比略有增长,下半年价格同比略有下跌;进口复合肥全年平均价格2004元/吨,同比持平。从复混肥料全年价格走势来看,低浓度复混肥料价格波动不大;高浓度复混肥料大致分为两个阶段:快速下跌阶段,价格迅速下跌,跌幅达10%左右;基本稳定阶段,价格基本稳定,波动较小;进口复合肥大致可分三个阶段:快速下跌阶段,价格大幅下跌,跌幅达12%左右;基本稳定阶段,价格稳定在1980元/吨左右;迅速反弹阶段,价格迅速回升。
原料—化肥生产—粮食生产—粮食价格,是一个食物链式的连锁,其中一方的反应势必会影响整个连锁之间的剧烈反应。化肥价格的持续攀升源于煤、电、天然气、石油等化肥原材料成本的迅速上扬。经济快速发展造成的资源紧缺虽然使一些资源大省受益不少,但也使化肥企业生产成本高居不下,不得不调高出厂价格。同时,粮食价格上扬、粮食补贴促进了农民生产积极性,使化肥需求量激增。囤积等也是造成涨价的因素;更重要的是,历来低于国内市场价格的国际价格去年以来持续走高,导致化肥企业争相出口、国内市场骤然紧张。
化肥价格的持续上涨大大抵消了粮食价格上扬带来的希望,这从很大程度上打击了农民种地的积极性。农民买肥的积极性降低将从全局上影响整个肥料市场的供求关系。对政府来讲,其对肥料企业的管理也与以往有较大不同,因为化肥价格的调控将涉及电力等诸多部门,面对当前已经搞活的市场经济,国家又很难像控制粮价那样对这些部门借助行政手段予以干预。同时,我国化肥市场也已经市场化,销售主渠道亦不复存在,因此,化肥价格的持续攀升对化肥企业是一个严峻的考验。
复混肥料对原料具有一定的要求和标准。氮素原料主要有尿素、氯化铵、硝酸铵等;用于功能肥料的磷素原料主要有过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸磷肥等;钾肥的品种繁多,其中有硫酸钾、氯化钾、硝酸钾、碳酸钾、磷酸钾、钙镁磷钾肥等,但在实际的复混肥生产中,最常用的原料主要还是氯化钾和硫酸钾。
复混肥产业本身是一项利润微薄的产业,这主要是由于原料成本占据了整个主营成本的绝大部分。在肥料生产中,煤炭(或天然气等)以及电力基本上占有生产成本的60%左右,因此,相比较而言,能源(煤炭、天然气)和电力供给及价格波动将对化肥产业的生产经营产生重要影响。受国际石油价格等因素的影响,原料肥呈现较大的价格波动,2004年中期以来,肥料价格全线飘红,大宗品种价格涨势明显,尿素和碳酸氢铵涨幅分别达到6%和16%,钾肥涨幅达到15%以上,磷酸一铵涨幅更是超过了20%。因而,如何在当前形势下,能准确地根据原料肥价格变化适时调整配方,在保证产品合格率和提高配料准确性前提下达到最佳经济效益,已成为复混肥配方研究的关键技术。一个完善的配方系统在实现最低成本的基础上,充分分析和判断价格波动对配方影响,就可能挖掘更多的辅助信息为配方设计提供服务,以快速应对市场的变化,只有这样才能使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。