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4-吕云峰硫包衣尿素(SCU)
作者:扑克王  来源:扑克王app  时间:2020-10-15 19:25  点击:

  4-吕云峰 硫包衣尿素(SCU)_能源/化工_工程科技_专业资料。硫包衣尿素(SCU)缓释肥料发展趋势分析 吕云峰 汉枫缓释肥料有限公司 副总经理、研发中心主任 印尼PT.Hanampi Sejahtera Kahuriban 技术及市场研发总监 全国肥料和土壤调

  硫包衣尿素(SCU)缓释肥料发展趋势分析 吕云峰 汉枫缓释肥料有限公司 副总经理、研发中心主任 印尼PT.Hanampi Sejahtera Kahuriban 技术及市场研发总监 全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会新型肥料分会 委员 0 一、SCU发展历史 二、SCU技术机理及特点 三、SCU发展趋势 1 1 缓控释肥料发展历史 1924年BASF公司申请第一个UF专利 1955年UF开始商业化生产 1957年美国TVA开始开发SCU 1961年,CDU、IBDU开发成功,原先德 国BASF公司用尿素与丁烯醛反应进行生产, 后来日本窒素公司经过改进,采用尿素加乙 醛通过酸催化反应制得产品。 1967年SCOTTS公司申请OSMOCOTE专利 2 缓控释肥料发展历史 1985- 日本窒素公司Nutricote ? (Meister ?, Prokote ?, Escote ?) 1989-中国郑州大学Luxecote ? 1990- 美国PURSELL公司Polyon ? 1990- 以色列海法公司Multicote ? 1990’s-加拿大爱禾瑞公司VCote ?, TR2 ?, ESN ?, Duration ? 3 4 What is SCU? Current definition is “ a coated slow release fertilizer consisting of urea particles coated with sulfur. The product is usually coated with a sealant … and a conditioner… It typically contains about 30% -40% nitrogen and about 10% to 30% sulfur.” By AAPFCO 1980 5 AAPFCO : Association of American Plant Food Control Analysis SCU发展历史 ?1957年:美国田纳西流域管理局(简称TVA) 开始研究涂硫工艺。 ?1961年:在1-7kg/h的装置上开展小试 。 ?1968年:一家每小时产量为70kg的小规模试验性工厂建成,并运行到1970年。 ?1971年:每小时产量为900kg的规模试验厂建成,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。 ?1975年:日本三井东亚化学公司在美国TVA公司公开SCU的技术基础上,生产 并注册了三井东亚的SCU及包硫复合肥料。 ?1976年:开始商业销售SCU ,产品名称为 “Gold-N” 。 ?1978年:TVA开始启动示范工厂,该工厂每小时产量为9公吨 。 ?1982年:TVA、CIL和工农业制造有限公司开始生产SCU。 ?1982年: Pursell(现在Agrium)在阿拉巴马州锡拉科加建立SCU工厂。 ?1989年:Scott公司介绍了混合聚合蜡表面涂层的方法生产SCU。 ?20世纪90年代末, Nu-gro(现Agrium公司)和LESCO(现TurfCare公司) 应用小型喷嘴,以便硫的喷涂。 ? 1993年:Purcell(现Agrium公司)开发了热固聚氨酯包膜技术生产PSCU。 ?1996年:Nu-Gro买下CIL的SCU工厂,并经过升级,产能达6.2公吨/小时。 ? 2004年4月汉枫从加拿大进口SCU在其浦东工厂与NPK肥料混拌,在此之前 中国几乎没有使用过SCU。 6 SCU发展历史(续) ? 2005年12月,汉枫该混装厂迁到了江苏省姜堰市,同时产能扩大到5万吨。 ? 2006年3月,汉枫引进Nu-gro(现Agrium公司)先进SCU生产技术并经过 升级在江苏省姜堰市生产SCU,年产能为10万吨,为中国第一条SCU生产线月,汉枫与国家杂交水稻工程技术研究中心主任袁隆平院士合作将 SCU用于超级杂交水稻节氮高产栽培。 ? 2006年12月,汉枫在黑龙江省尚志市,建立另一条10万吨生产线,生产 SCU、硫包复合肥、硫包钾肥。 ? 2007年,汉枫与山西丰喜集团合资建立10万吨大颗粒尿素、5万吨SCU生 产线月,与国家杂交水稻工程技术研究中心袁隆平院士合作试验取得成 功。袁隆平院士为汉枫题词:发展汉枫缓释肥料,促进杂交水稻高产高效。 ? 2008年7月1日,汉枫与国家化肥质监检验中心联合制定的硫包衣尿素国家 行业标准颁布。 ? 2008年8月,汉枫与山东明化集团合资建立10万吨SCU生产线,生产SCU、 PSCU。 ? 2009年4月,汉枫与印尼繁荣集团、生活集团合资建立5万吨SCU生产线万吨复混肥生产线,供应东南亚市场。 ?2010年11月,汉枫与国家化肥质量监督检验中心共同起草的硫包衣尿素国 家强制标准通过标委会专家评审。同时,已向国际标准化组织申请制定SCU国 际标准。 7 一、SCU发展历史 二、SCU技术机理及特点 三、SCU发展趋势 8 8 SCU(Sulfur Coated Urea) 提高肥料利用率技术,天然低碳肥料。是首个针对农户需求生产和销售的缓 控释肥料品种。 Sulfur-Coated Urea,是通过在尿素外面包裹硫、聚合微晶蜡密制成,硫和蜡的数 量决定氮的释放程度。1961年由美国田纳西流域管理局TVA(Tennessee Valley Authority,Alabama)国家化肥中心(NFDC)首次开发,并于1967年正式商业生产。 汉枫公司引进加拿大Agrium/Nu-gro专利技术,并经过改进升级,目前为世界规模 最大,技术最先进的SCU生产线,使SCU技术进入新的发展阶段。 产品一般含氮30%-40%,含硫10%-30%,释放期30-180天,满足不同作物营养 需要。 9 汉枫/Agrium/Hanampi工艺特点: 1 先进生产工艺 全电脑自动控制熔硫熔蜡流量、温度、转鼓角度及转速 等参数,12种释放程序调节,精确控制养分释放,释放时 间2-6个月。 2 特有聚合蜡包衣 采用专利聚合微晶石蜡作为SCU外涂层,更有效的保证养 分释放的可控性及韧性,质量更优良,适合各种掺混需要。 3 特有硫组分,氮硫互促,提高作物产量及品质 硫和氮之间密不可分的联系满足植物生长所需营养。 4 TVA国际标准的测试程序,缓释性能超出世界同类产品。 10 筛分器 原料 储存 加热器 硫包衣 涂蜡鼓 产 品 储 存 冷却器 硫泵 给 料 器 蜡泵 11 Dual layer coating – sulfur & polymer wax Hole Sulfur Fertilizer Polymer Wax Dual layer coating – sulfur & polymer wax Polymer wax coating Sulfur coating Fertilizer 13 13 SCU养分释放机制 14 SCU生物降解过程 刚施入土壤 Just applied into soil 1个月后1 month after 养分缓慢释 放 Microbial Oxidation 6个月后6 months after 养分释放完成, 硫包层开始风化 8个月后8 months after 硫包层风化并 崩解 10个月后 10months after 硫包层粉化成小碎末并 被微生物分解,为作物 提供硫营养。 硫包裹层 尿素 S0 S2O32NH4 + S4O62NO2- SO42Nitrobacter 供作物硫养分 CO(NH2)2 urease Nitrosomonas NO3- 减少氮损失 15 硫是最理想的包衣材料 ? 硫涂覆性能优良、工业化生产成熟、原料易得,成本低。 ? 硫是植物所需营养,提高作物抗性和品质,植物需要量和磷相当,为第四大 营养元素。 ? 硫能提高氮的吸收效率,硫氮互促,1+1?2. 由国际硫研究所在中国南部赞助的三项试验(2003/04)表明,施用硫肥的水稻可以每公顷多吸收 23公斤氮,氮肥利用率提高了15%。 ? 安全、环保,对人和动物安全,对环境和土壤安全。 ? 硫显著提高土壤微生物(细菌、真菌、放线菌)数量及各种酶(过氧化氢酶、 中性磷酸酶、多酚氧化酶等)的活性,改良土壤。 ? 硫在土壤中转化的中间产物(过硫代硫酸根),可抑制氮的损失。 中国科学院南京土壤研究所研究发现施用硫肥可以减少硝态氮的流失,进而促进作物对氮的吸收。硫氧化过程中的 产生的含硫中间化合物可以延缓氮硝化作用 ? 降低植物、作物及植被的病虫害感染率。 。 16 SCU的独特优点 ?减少肥料损失,淋洗、挥发,低碳、环保。 ?持续供应作物氮营养,多种养分释放模式调节,满足不同作物不同生育阶 段的养分需求,使作物稳健生长。 ?高的肥料利用效率,减少肥料用量,节肥节能。 例如,水稻,尿素的利用率30%,SCU的利用率50-60%。 ?减少施肥次数,节省劳动力、时间及施肥成本。 ?补充硫养分,提高作物品质增强抗性,氮硫增效。 SCU的另一项优势就是其包膜可以作为植物缓释硫养分源。通常包膜厚度为30微米(0.030毫米),不会迅速氧化。硫的粒径 为10微米左右,更易于在施用当年转化成作物可吸收的硫酸盐。翻动土壤会使硫包膜破裂成小颗粒。 ?使用安全,低盐指数、不会灼伤幼苗。减少氮素在土壤中累积,降低其盐 渍化程度。 ?平衡土壤C、N比,改善土壤微生态环境,改良土壤、保墒。 ?杀虫、抑制病菌,提高抗性。 ?作为掺混肥原料,提供缓释氮源,消除尿素吸湿、结块、与其它原料反应, 提高可混性,扩大配伍范围。 17 SCU的独特优点 SCU VS 树脂包膜 VS 脲酶/硝化抑制剂 控氮 抑制氮的损失 氮硫互促 提供硫营养 改良土壤/保墒 杀虫杀菌,减少病害 控氮 —— —— —— 可能带来二次污染 —— —— 抑制氮的损失 —— —— 可能抑制土壤有益菌 —— 16 18 SCU具有较低的盐分指数 SCU与其他肥料的盐指数比较 120 100 80 60 40 20 0 Urea尿素 Sodium Nitrate Ammonium Sulfate Ammonium Nitrate SCU ?减少烧苗风险; 降低土壤的盐碱化 绿色肥料 19 SCU硫与氮的协同作用 大量施用氮肥使得硫缺乏对作物产量的制约越来越严重 硫和氮之间存在协效作用: - 都为蛋白质的组成成分 -都参与叶绿素的形成 对硝酸还原酶的功效作用重大,该还原酶可以促进作物吸收硝态氮, 硫肥可降低叶类蔬菜的硝酸盐含量10%-50%。 与对照比,粮食作物吸氮量增加3.0-57kg/ha,油料作物增加为15-63 kg/ha,经济作物增加20-97 kg/ha;氮肥利用率提高4%-40%。 硫同磷、钾、镁、硼和锌等其它主要养分也具有协同作用。 注:与钼相互冲突。 20 饲料作物对氮和硫的反应 Canwood, SK; 1982 241% 5000 D.M. Yield (lbs/ac) 4000 3000 2000 1000 Nil N SO4 N+SO4 N+S* 23 % N @ 100 lb N/ac as 46-0-0-0; S @ 10 lbs S/ac, *S ave of 2 Elemental S sources 21 施用氮和硫对土壤有机碳的效果 Canwood, SK; 1981 - 1991 20000 L.F. Oreganic C. (lbs/ac) 2X 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 Nil N SO4 N+S N @ 100 lb N/ac as 46-0-0-0; S @ 10 lbs S/ac, 22 11年后,施用氮和硫对土壤pH值的影响 Canwood, SK; 1981 - 1991 7.0 6.5 pH 0-5 cm - 0.6 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 Nil N SO4 N+S - 2.8 N @ 100 lb N/ac as 46-0-0-0; S @ 10 lbs S/ac, 23 SCU在水稻氮素养分优化管理中的作用 (国家杂交水稻工程技术研究中心) ?由于氮肥施用过高(300-375公斤/公顷),马博士(2006)开始研究“节氮技术”,这项技 术现在正在研究和推广过程中。 ?这一方法可以用更少的氮(231到255公斤/公顷)获得12吨/公顷的产量 ?与传统肥料相比,施用缓释肥可以少施15%的氮同时将水稻产量提高10%到15%。 ? 在贫瘠土壤上施用大量氮肥提高作物产量这一方法非常浪费。 ? 与普通尿素相比,SCU或其它缓释氮肥产品可以促进分蘖: ? 施用缓释氮肥减缓了初期分蘖,但是中期却可以达到充分分蘖。 ? 普通尿素刺激早期大量分蘖 ? 施用低于尿素30%的N,SCU即可得出等量的有效穗数。 ? SCU通过降低施氮量减少作物病虫害风险: 通过将施氮量控制在90到135公斤/公顷,进而将稻纵卷叶螟、稻虱和水稻纹枯病对作物的 危害降至最低。 24 NPK Releasing Pattern – (BB with SCU) Slow Release 24-10-10 BB with SCU NPK releasing pattern Normal NPK SCU60 SCU90 0 20 40 60 80 100 DAT N from normal NPK 25 N from SCU 2007年湖南浏阳Y优1号水稻产量 26 一、SCU发展历史 二、SCU技术机理及特点 三、SCU发展趋势 27 27 SCU发展趋势 一、硫包衣尿素是世界缓释肥料的主要品种 据IFA统计,硫包衣尿素的以其低成本及工业化生产成熟,目前为世界缓 释肥料最主要的品种,并且逐年增加,越来越多的被用于大田作物。 二、随着国家对环境、资源的重视,SCU等缓释肥料将迎来新的发展机遇 日本等西方国家,政府规定减少化肥施用量,特别是氮肥,在过去30年, 减少30%的氮肥用量。日本农业部、林业部已经开始使用缓释肥料代替常规 肥料项目,将促使缓释肥料有一个较高增长。 目前中国缓释肥料消费量占肥料消费总量不到1%,有巨大的增长空间。相 信,在不久中国政府也将出台相关环境及资源补贴政策,鼓励和推动缓释肥 料,特别是低成本、工业化成熟的缓释肥料品种应用。 三、加强配套施肥技术及培训服务 根据作物、土壤、气候条件,设计产品配方组合 ,进一步提高产品品质 及功能。加强培训服务,形成规范化、制度化、流程化体系,指导基层农户 正确、科学使用缓释肥料,提高经济效益、社会效益及生态效益。 28 SCU发展趋势 四、国际发展动态与机遇 目前,硫包衣尿素国际市场增长速度为39万吨/年。预计 未来五年硫包衣尿素产能将增长70%。 ?中国SCU生产和应用潜力巨大。 ?印度、巴基斯坦和孟加拉国的人口正在迅猛增长,但其农 田面积有限,因此他们急需提高作物产量来解决日益严重的 粮食短缺问题。 ?预计泰国、越南、菲律宾、印度尼西亚将提高水稻产量。 ?印度尼西亚和马来西亚地区将迅速扩大棕榈油种植面积。 ?欧洲没有硫包衣尿素生产厂,这是一个很好的机会。 ?非洲、南美洲将迅速采取有效措施。 7/30/2013 29 29 Note: Figures based on Data provided by: G. DeWinne Management Inc., Canada 备注:如上数据由加拿大桂度管理公司提供。 30 7/30/2013 30 SCU中国前景展望 1、节约资源 尿素利用率,30%,造成浪费直接经济损失约300亿元。环保缓释肥料硫包衣尿素利用率60%。尿素 产量,6000万吨,换算成硫包衣尿素,则,需3500万吨,减少2500万吨尿素的产量,相当于50万吨尿素 厂50家。 生产1吨尿素,需要1.5吨标煤,2500万吨尿素,需2500万*1.5=3750万吨标煤,大大节约资源。 根据专家预测,如果采用环保缓释肥料硫包衣尿素,可以大大减少尿素施用量,不仅国家每年可以节约大 约制造2000~3000万吨尿素的原煤(约3000~4500万吨)、电力60~90亿度,而且减少了2000~ 3000万吨尿素施用后可能带来雪上加霜的环境问题。 尿素包膜后改变了其表面特性,解决了尿素散装中肥料易于吸湿潮解的问题,从而实现尿素大量散装和散 运,每年可为国家节约26~32亿元以上的包装袋费用,加上灌包短途运输和装车卸车费等,那么每年就会节 约50亿元左右。 2、减少污染气体排放 氮素肥料在土壤中还原成氮氧化物气体进入大气圈,造成全球性气候变温。一氧化氮气体在空气中的浓度 只有311ppb,二氧化碳在空气中的浓度为360ppm,但是作为一种温室效应气体,每个一氧化氮分子导致 温室效应的潜力都是二氧化碳分子的300倍以上。所以,全球气温升高与氮肥大量施用后产生的氧化氮类气 体有直接的关系。 工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳2620公斤,二氧化硫8.5公斤,氮氧化物7.4公斤。 节省3750 万吨标煤,相当于减少: 二氧化碳:3750万*2.62=9825万吨;二氧化硫:3750万 *0.0085=31.875万吨;氮氧化物:3750万*0.0074=27.75万吨。每吨尿素带来的温室气体排放量约 为10-15吨二氧化碳,生产1吨尿素排放6-11吨二氧化碳。施用1吨尿素排放15公斤氧化亚氮,相当于4.7 吨二氧化碳。 即 2500万吨尿素,相当于减少二氧化碳排放,2500万*10-15=25000-37500万吨 31 3、减少地下水的污染 尿素施入到农田中,大约10%淋洗到地下水中,2005年,通过农田流失到地下水中 的氮肥,达247万吨,(朱兆良,2005)。北京市化肥纯养分量(氮磷钾等)一年消耗 量大约14万吨,平均达到500公斤/公顷,远远超过国际上为防止水体污染而设置的225 公斤/公顷化肥使用安全上限。造成硝酸盐超标25%。 中国科学院南京土壤研究所的研究显示,每年我国有123.5万吨氮通过地表水径流到 江河湖泊,49.4万吨进入地下水,299万吨进入大气。长江、黄河和珠江每年输出的溶解 态无机氮达到97.5万吨,其中90%来自农业,而氮肥占了50%。 我国水质污染相当严重,有近160个大小湖泊受到程度不同的污染,河流不能用于灌溉的 河段约占23.3%,鱼虾绝迹占45%,不能满足Ⅲ类水质标准占85%,生态功能严重衰 退。在海洋赤潮发生频率和面积上,我国60年代赤潮仅发生几次,而现在我国近海近年来 随着局部海域富营养化加重,赤潮灾害的发生频率、持续时间和危害程不断加强。2003年 我国海域共发现赤潮119次,赤潮发现次数较上年增加40次。因此,全国每年造成环境代 价约为730亿元。 土壤中肥料流失进入水源在环境污染中称为“农业面源污染”。据对长江流域调查,来 至“农业面源污染”的程度是工业排放的5~6倍,而“农业面源污染”又常常因粮食问题 被忽视而不易发现。 2010年2月6日,由中华人民共和国环境保护部、中华人民共和国国家统计局、中华 人民共和国农业部三部委联合发布了第一次全国污染源普查公报。从普查结果看,主要水 污染物排放量有四成以上来自农业面源污染,对水环境影响较大,其化学需氧量排放量为 1324.09万吨,占化学需氧量排放总量的43.7 %。农业面源也是总氮、总磷排放的主要 来源,其排放量为270.46万吨和28.47万吨,分别占排放总量的57.2 %和67.4 %。 国家十一五/十二五国家水污染控制治理科技重大专项项目,项目经费超过几十个亿。通过 应用SCU等缓释肥料消减氮磷用量已列为防治水体面源污染的重要技术措施。 32 4、减少对土壤质量的破坏 氮肥利用率不高,造成土壤硝态氮过量富集,直接导致土壤次生盐渍化、养分 供应失衡、结构破坏等一系列问题。往往在蔬菜、花卉种植4~5 年后,作物产量即 开始大幅度衰退,农民不得不采取客土改良,深翻底土甚至更换地块等方式减缓产量 下降,维持基本生活保证 。 5、增加粮食产量、改善品质 大量的试验、示范研究表明,硫包衣尿素在粮食作物上增产效果明显,在等用量 条件下,增产幅度在12%—15%,在减少30%用量条件下仍能保持稳产或取得 10%左右的增产效果。 按目前,我国粮食产量5亿吨计算,增产10%,相当于增加粮食5000万吨, 相当于一个河南省的粮食产量,数量惊人! 6、节省劳动力 使用SCU缓释肥料,可以大大简化施肥程序,节省劳动力,平均减少2-3次劳工, 按每亩每次50元计算,可以节省18亿*2*50=1800亿元。省下来的劳工,可以出 去工作,赚取更高的收益。 33 7、补充硫营养 据国际硫研究所报告,中国 30%的耕地缺硫,面积为4千万公顷;有20% 的耕地潜在缺硫,面积为2千万公顷。 1997-2003年,15个中国研究机构进行的117项大田试验表明,施用硫肥可 以把水稻产量平均提高11%。117项大田试验还证明了施用硫肥带来显著经 济效益。每投入1元硫肥可获得15元收益(价值成本比为15:1) 近10年来,在主要农作物上完成了600多个田间试验,85%以上的试验结 果表明,施硫能显著提高作物产量,增产率为7%-15%,平均达到10%。 柑橘、大豆、甘蔗、甘薯、花生和茶叶等施用硫肥增产效果最佳,一般 在10%或更高。 硫肥可分别提高水稻和小麦粗蛋白的含量10%-27%,花生和菜籽的含油 量6.5%,甘蔗和香蕉含糖量10%-23%,茶叶的氨基酸含量6.6%,柑橘的Vc 含量4.4%。 硫肥可降低叶类蔬菜的硝酸盐含量10%-50%。 34 Thank you ! 35

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