周程，苏礼勇
［靖远煤业甘肃刘化（集团）有限责任公司，甘肃 永靖731603］
［摘 要］甘肃刘化（集团）有限责任公司各主装置生产污水中的氨氮含量本来就偏高，而合成氨高温变换催化剂制备过程中会产生高总氮含量的废水，若将此废水直接引入现有的污水处理系统，污水处理肯定满足不了环保要求。为此，甘肃刘化通过技术合作，实施了将合成氨高温变换催化剂制备废液通过三效蒸发系统提浓后与粉尘尿素混合生产尿素硝酸铵液体肥的技改。尿素硝酸铵液体肥生产装置于2018年11月开始施工，2019年6月进入调试阶段，2019年7月底进行了72 h满负荷性能测试，其后转入正式生产阶段，至今一直运行正常，其液体肥产品质量完全符合《尿素硝酸铵溶液》（NY 2670—2015）的要求。此举不仅解决了高温变换催化剂制备过程中高氨氮废水的排放问题，减轻了污水处理系统的压力、降低了污水处理的成本，而且将废液中的硝酸铵用于生产尿素硝酸铵液体肥，达到了环保、节能、增效的目的。
［关键词］高温变换催化剂制备；硝酸铵废液；三效蒸发系统；尿素硝酸铵液体肥；调试运行；产品质量；经济效益分析
［中图分类号］TQ441.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）06-0038-03
0 引 言
靖远煤业甘肃刘化（集团）有限责任公司（简称甘肃刘化）可生产多种规格型号的化工、化肥催化剂，合成氨用催化剂产能为5 000 t/a，其中高温变换催化剂产能为3 000 t/a；目前主要产品有高温变换催化剂（NB113、NB113-1）、低温变换催化剂（LB208）、甲烷化催化剂（J105）、浸渍催化剂、铜锰催化剂。甘肃刘化的合成氨高温变换催化剂制备过程中一般会产生（含）硝酸铵废水200 m3/d以上，其总氮含量高达14 000 mg／L。
甘肃刘化（永靖工业园）主产品产能为400 kt/a合成氨、700 kt/a尿素、100 kt/a甲醇，主生产装置污水产生量为360 m3/h；原污水处理系统建成时间较早，后经逐步扩建改造，现污水处理系统采用预处理+生化处理工艺，设计处理能力为420 m3/h。主生产装置生产污水中氨氮含量本来就偏高，若再将高温变换催化剂制备过程中产生的高氨氮废水引入现有污水处理系统，污水处理系统难以消纳，所排废水肯定满足不了环保要求，因此，如何杜绝污水中氨氮等污染物含量超标、做到达标排放，成为甘肃刘化面临的环保难题；在目前国家环保政策日趋严格的大背景下，氨氮的超标排放不但直接关系到催化剂生产企业的生存，而且成为制约企业可持续健康发展的瓶颈，对氨氮废水进行有效治理成为催化剂生产企业的首要环保任务［1-3］。
针对上述问题，甘肃刘化与徐州水处理研究所合作，开发出利用合成氨高温变换催化剂制备废液（硝酸铵废液）生产尿素硝酸铵液体肥的新工艺，达到了环保、节能、增效的目的。以下对有关情况作一介绍。
1 高温变换催化剂制备废水处理方案的选择
甘肃刘化催化剂生产的01、02工段在生产过程中要使用硝酸溶解金属，溶解金属过程中的过量硝酸又要用氨水中和，沉淀物料洗涤过程中产生高氨氮、高硝态氮废水，废水产生量一般在200～250 m3/d，废水总氮含量约14 000 mg/L（其中，氨氮约7 000 mg/L、硝态氮约7 000 mg/L），折算成硝酸铵浓度在3%～4%，此废水直接进入污水处理系统会造成技改投资和系统运行费用都高，且污水处理系统运行会不稳定，因此须将其进行预处理后方可并入污水处理系统。
对于合成氨高温变换催化剂制备废水的预处理，可选择的方法主要有吹脱法、汽提法、蒸发浓缩法等。如果采用吹脱法或汽提法，需向水中加入大量的碱将废水pH调至11～12以上，加碱量在6 t/d以上，不仅运行费用很高，而且还增加了硝态氮、亚硝态氮的总量（均为总氮的组成部分）；如果采用反渗透法、电渗析法进行预提浓，由于合成氨高温变换催化剂制备废水中其他污染因子的影响，也会造成污水处理系统运行不稳定，投资还大，运行费用也不低，而且硝酸铵废水只能提浓至10%左右。
若采用蒸发浓缩法预处理合成氨高温变换催化剂制备废水，废水经高效滤器过滤杂质和吸附器吸附铁、铬等重金属后纯度更高，至中间水池后再由泵送去多效蒸发器，在多效蒸发器内硝酸铵溶液被提浓至60%左右后送入储罐，作为液体肥外销，或作为生产其他肥料的原料，或回用于生产系统，多效蒸发气相冷凝后的淡水则可并入污水生化处理系统。
经对比分析与论证，最终甘肃刘化选择采用蒸发浓缩法预处理合成氨高温变换催化剂制备废水，将其提浓至60%左右后按比例添加尿素制成尿素硝酸铵液体肥外销。
尿素硝酸铵液体肥即尿素硝酸铵溶液（UAN溶液），其中含有硝态氮、铵态氮和酰胺态氮，其多元性氮形态可满足不同作物对不同氮形态的喜好，将肥料的速效、高效、长效相结合，是新一代的液体氮肥，具有如下特点：① 产品为氮肥中的“复合肥”，具有3种形态氮元素，极大地拓宽了作物对氮元素的吸收波谱，营养元素利用率高，且产品内含促进作物快速生长的因子，养分可快速到达植物的根、茎，能为作物提供快速且持久的营养补给，适用于各种农作物，在蔬菜、瓜茄、水果等作物上施用后增产效果尤为明显，既可用作播种前底（基）肥，也可在播种后立即施用（可避免灼伤叶子），后期追肥效果更佳；② 产品为常压液态氮肥，呈浅黄色或无色，水溶性100%，无任何杂质，性状稳定，利用率达90%，安全环保，具有施用方便、省时省工以及可配合滴灌、喷灌、圈灌等现代化水肥一体设备的液体肥的特点；③ 产品极微腐蚀性，性价比高，市场限制少；④ 产品可实现高效存储及配送，分销过程无损耗。
2 尿素硝酸铵液体肥生产新工艺
合成氨高温变换催化剂制备废液生产尿素硝酸铵液体肥新工艺，利用催化剂制备过程中的硝酸铵（高氮）废液，通过三效蒸发系统提浓后与尿素混合生产尿素硝酸铵液体肥，其工艺流程见图1。合成氨高温变换催化剂制备所产生的高氮废液，首先进入过滤器除去废液中的悬浮物，再进入吸附器除去废液中所含的微量铁、铬等金属离子，然后进入中间水箱，中间水箱达到一定的液位后，通过进料泵送入预热器，与三效蒸发分离器的气相进行间接换热；废液预热后进入三效蒸发加热器，被二效蒸发分离器来的气相直接加热，加热后进入三效蒸发分离器进行气液分离，分离出的气相去预热器作为热源，分离出的液相通过三效循环泵一部分返回三效蒸发加热器用以控制三效蒸发分离器的液位，另一部分进入二效蒸发加热器；进入二效蒸发加热器的废液，被一效蒸发分离器来的气相直接加热后进入二效蒸发分离器进行气液分离，分离出的气相去三效蒸发加热器作为热源，分离出的液相通过二效循环泵一部分返回二效蒸发加热器用以控制二效蒸发分离器的液位，另一部分进入一效蒸发加热器；进入一效蒸发加热器的废液，被300 kt/a尿素装置副产的0.4 MPa蒸汽间接加热后进入一效蒸发分离器进行气液分离，分离出的气相去二效蒸发加热器作为热源，分离出的液相通过一效循环泵返回一效蒸发加热器进一步增浓，增浓后硝酸铵溶液经出料泵打循环，检测其浓度达到60%以上后送入提浓水箱；三效蒸发分离器气相经预热器换热后进入循环水冷凝器冷凝，冷凝液进入冷凝水罐分离，分离出的凝液由泵外送至污水处理厂生化处理系统，分离出的气相由真空泵抽出外排，确保三效蒸发系统处于真空状态下运行；提浓水箱中的硝酸铵溶液达到一定液位后，由外供泵送入溶液搅拌槽，溶液搅拌槽达到一定液位后，按比例添加粉尘尿素或熔融尿液（添加前即启动搅拌器），搅拌均匀后由充装泵送入成品贮槽储存。
更多内容详见《中氮肥》2020年第6期