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化肥生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的總有機(jī)碳TOC含量評(píng)估
簡(jiǎn)介
化肥生產(chǎn)廠將空氣和巖石等原料轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)養(yǎng)料供給植物。長(zhǎng)期以來(lái)，化肥生產(chǎn)的流程未變，但生產(chǎn)技術(shù)和技巧已經(jīng)有了顯著變化。1
化肥生產(chǎn)廠致力于改進(jìn)工藝、限制排放、節(jié)約成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)確保工作環(huán)境的安全1。要想實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，至關(guān)重要的一點(diǎn)就是控制生產(chǎn)過(guò)程中的有機(jī)碳水平。
挑戰(zhàn)
原料質(zhì)量不穩(wěn)
化肥廠使用各種來(lái)源的無(wú)機(jī)原料，包括硝酸、鹽酸或磷酸鹽，其質(zhì)量和有機(jī)污染物常有差別。如果原料中的有機(jī)污染物含量過(guò)高，就會(huì)嚴(yán)重影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。如果能夠盡快、盡早確定進(jìn)料的質(zhì)量，就能控制生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，從而節(jié)省時(shí)間、資金、材料。
硝酸類化肥的含碳量
當(dāng)可燃性物質(zhì)（即有機(jī)物）的含量超過(guò)一定水平時(shí)，硝酸化肥的燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加。在造粒過(guò)程中，脂族長(zhǎng)鏈等有機(jī)化合物是不可少的，它們能提供顆粒強(qiáng)度和支持。出于運(yùn)輸和儲(chǔ)存目的，規(guī)則要求硝酸化肥的總碳含量不超過(guò)0.2%。2,3
顆粒的抗結(jié)塊性
控制硝酸化肥的抗結(jié)塊性也有助于確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量?？菇Y(jié)塊劑是長(zhǎng)烴鏈，加入化肥顆粒中使其分子穩(wěn)定。控制顆粒結(jié)塊的關(guān)鍵是評(píng)估噴灑工藝質(zhì)量的能力。
測(cè)定尿素硝酸液態(tài)化肥中的酰胺氮
尿素硝酸（UAN，Urea Ammonium Nitrate）溶液被稱為21世紀(jì)的化肥。該化肥含有氮的所有形式，即使在植物休眠期，也能滿足植物對(duì)氮元素的需求。必須分別量化UAN液體化肥中三種形式的氮 [即銨離子NH4+、硝酸根離子NO3-、酰胺NH2（來(lái)自尿素CO(NH2)2]，以確定該化肥的強(qiáng)度。目前這種量化是通過(guò)人力和時(shí)間密集型的實(shí)驗(yàn)室工作來(lái)完成的4。只有快速測(cè)出數(shù)據(jù)才能及時(shí)有效地批準(zhǔn)放行產(chǎn)品批次。6
在尿素生產(chǎn)中損失的尿素
尿素越來(lái)越多地用作化肥生產(chǎn)的重要原料，每個(gè)硝酸生產(chǎn)廠都有尿素生產(chǎn)車間。尿素是由氨和一氧化碳在需要多個(gè)熱循環(huán)的過(guò)程中產(chǎn)生的。尿素生產(chǎn)中有一項(xiàng)非常重要的工作，就是精確檢測(cè)生產(chǎn)中損失的尿素，或隨廢水、冷卻水、冷凝物一起被排放掉的尿素。但尿素是一種難以氧化的化合物，因此很難檢測(cè)。目前人們用復(fù)雜的滴定方法來(lái)檢測(cè)尿素，通常需要1-3天才能完成，這對(duì)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)管理人員提出了挑戰(zhàn)。只有找到快速定量分析排放物中的有機(jī)氮的方法，才能將尿素含量同其它形式氮（硝酸鹽和氨）的含量區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而使高效生產(chǎn)所需的實(shí)時(shí)決策成為可能。
解決方案
生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)室等部門的管理人員需要快速可靠的分析方法?？傆袡C(jī)碳（TOC，Total Organic Carbon）分析是一種兼有包容性和非專屬性的測(cè)試方法，能夠檢測(cè)所有的有機(jī)碳分子的濃度5。同歐盟條例4所述的方法相比，以實(shí)時(shí)（在線）或抓樣（實(shí)驗(yàn)室）模式進(jìn)行的有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)提供化肥生產(chǎn)和產(chǎn)品的寶貴和準(zhǔn)確的信息。
Sievers® InnovOx TOC分析儀用超臨界水氧化技術(shù)（SCWO, Super Critical Water Oxidation），將有機(jī)碳分子氧化成二氧化碳，然后用非分散紅外（NDIR, Nondispersive Infrared）檢測(cè)法對(duì)其進(jìn)行定量分析。在用SCWO技術(shù)時(shí)，有機(jī)物高度可溶，而無(wú)機(jī)鹽即使?jié)舛群芨咭膊豢扇?，這就提高了氧化效率，以及檢測(cè)侵蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC的能力。Sievers InnovOx分析儀能夠檢測(cè)含有懸浮、膠狀、溶解化合物的樣品中的TOC顆粒（< 800 μm）和溶解的TOC。
優(yōu)勢(shì)
TOC分析是快速而簡(jiǎn)便的分析方法
可以在幾分鐘內(nèi)（5-20分鐘，取決于具體方法）完成TOC檢測(cè)。
TOC分析是可重復(fù)和準(zhǔn)確的分析方法
TOC分析只需有限的人為干預(yù)和實(shí)驗(yàn)室操作，分析的準(zhǔn)確性和重復(fù)性高。TOC分析儀能檢測(cè)復(fù)雜基質(zhì)中的TOC（Z低濃度甚至在2 ppm以下），能充分氧化樣品中的有機(jī)分子。分析儀能夠精確分析含有微粒、高濃度多種離子、低pH或高pH等各種樣品。
TOC分析是工作安全的技術(shù)
TOC分析不使用或產(chǎn)生有毒或?qū)Νh(huán)境有害的物質(zhì)。分析儀只用環(huán)境空氣、去礦物質(zhì)水和簡(jiǎn)單試劑進(jìn)行分析?？梢詫x器產(chǎn)生的廢液排放到普通廢液排放處。
結(jié)論
在化肥生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格的分析控制，對(duì)工藝優(yōu)化和最終產(chǎn)品質(zhì)量保障來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。TOC分析法允許工廠在質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或生產(chǎn)流程中檢測(cè)和監(jiān)測(cè)有機(jī)物。6
Sievers InnovOx分析儀提供化肥生產(chǎn)廠所需的準(zhǔn)確、快速、可靠的分析。分析儀有理想的穩(wěn)健性和樣品處理能力，能夠?qū)?fù)雜基質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的TOC檢測(cè)，甚至可以應(yīng)用于難氧化分子（如尿素）。
參考文獻(xiàn)
IFA-International Fertilizer Association. Retrieved January 17, 2018
GUIDANCE FOR UN TRANSPORT CLASSIFICATION OF AMMONIUM NITRATE BASED SUBSTANCES [PDF file]. (2011, December). Retrieved January 17, 2018
UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Model Regulations. (2009), Sixteenth edition, United Nations, ISBN` 978-92-1-139136-7.
EUR-Lex Access to European Union law. Safe and effective fertilisers on the EU market. Retrieved January 17, 2018
ASTM D5173 - 15. Standard Guide for On-Line Monitoring of Total Organic Carbon in Water by Oxidation and Detection of Resulting Carbon Dioxide. Retrieved January 17, 2018
Zych, D., Stańczyk, ?, Kalisz, I., ?ak, K., & Pankalla, E. (2017). New Methods for Determination of Composition of Urea-Ammonium Nitrate Solution - Control Of the Final Product. International Journal of Research in Chemistry and Environment, 23-27. Retrieved January 17, 2018
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