田拥军，潘德寿
（奎屯锦疆化工有限公司，新疆 奎屯833200）
［摘 要］奎屯锦疆化工有限公司尿素项目于2012年6月投产，配套气化装置采用GE水煤浆气化激冷流程，污水处理系统采用以“预处理+强化两级A/O生物脱氮+MBR”为主体的废水处理工艺。2016年奎屯锦疆化工尿素项目实现达产，但由于疆内优质原料煤紧缺，原料煤与设计煤种偏差大，实际生产中污水产生量大于设计值等，造成污水处理系统PVDF材质MBR膜经常出现污堵、反洗失效、产水率大幅下降等问题。为解决污水处理系统MBR单元运行中存在的问题，通过调查研究与对比分析，在2019年4月12日—5月17日PTFE膜组中试试验成功的基础上，奎屯锦疆化工于2019年9—10月系统大修期间完成了PTFE材质MBR膜的安装调试，投运后彻底解决了MBR膜使用寿命短、通量衰减快等问题，确保了生产系统的长周期稳定运行。
［关键词］尿素项目；GE气化装置；污水处理系统；PVDF材质MBR膜污堵；PTFE材质MBR膜；中试情况；应用情况
［中图分类号］X703.1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0066-04
0 引 言
煤化工装置因原料煤种类（成分）、气化工艺及操作条件等的不同，废水水质也不尽相同，煤化工废水中的污染物有300多种，主要包括COD、BOD5、总氨、石油类物质、总酚、硫化物、氰化物、SS等；如德士古水煤浆气化工艺排放废水硬度高达3 000 mg/L左右、氨氮含量300～500 mg/L，全态二氧化硅含量200～300 mg/L，且含有机污染物包括酚类物、含氮化合物、硫的杂环化合物等，是一种典型的高硬度、高氮氮、易结垢、难处理的工业废水。近年来，新兴煤化工产业在我国储煤丰富但水源贫乏的地区如内蒙古、新疆、陕西等地得到蓬勃发展，但煤化工行业普遍存在耗水量大、废水组成不一、污染物情况复杂、外排污水量大等问题，而煤化工装置都需要大量的水资源来保障其正常运转，这就要求煤化工企业在废水处理及回用设备与生产用水设施两方面均需投入大量资金，达到节约用水（尽量实现污水零排放，以减少新鲜水耗量）、外排水达标排放（符合环保要求）的目的。
1 生产装置概况
奎屯锦疆化工有限公司（简称奎屯锦疆化工）尿素项目于2012年6月投产，设计产能为300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素，是新疆第一个建成投产的煤基合成氨/尿素项目。合成氨装置采用美国GE水煤浆气化、华烁科技股份有限公司耐硫变换、大连理工大学低温甲醇洗、杭州中泰深冷技术股份有限公司液氮洗、瑞士卡萨利低压氨合成工艺，尿素装置采用改进型CO2汽提工艺；配套1套55 000 m3/h空分装置，采用杭州杭氧股份有限公司深冷精馏工艺（采用德国曼透平空气压缩机）,分离出高纯度的氧气和氮气，分别供给气化系统、氨合成系统及净化系统。总体而言，生产系统工艺技术先进、自动化信息化水平高，本质安全环保条件好。
奎屯锦疆化工气化装置采用GE（德士古）水煤浆气化激冷流程。德士古气化一般有3种流程：① 激冷流程——气化炉出口粗合成气直接与激冷水接触，可为合成氨装置变换系统提供生产所需水蒸气；② 废锅流程——生产加热用或燃气透平机燃烧用的燃料气，羰基合成装置配套德士古水煤浆气化系统一般也采用废锅流程；③ 激冷+废锅流程——后系统仅需要CO部分变换的如甲醇装置，其配套德士古水煤浆气化系统通常采用激冷+废锅流程，即气化炉出口粗合成气经辐射废锅冷却到700 ℃左右，然后用水激冷，粗合成气显热产生的蒸汽能满足后系统CO部分变换的需要。奎屯锦疆化工气化装置设置3台气化炉（两开一备），单台气化炉设计投煤浆量53 m3/h，正常生产时投煤浆总量90～96 m3/h（折合原煤75～80 t/h），所产粗合成气中有效气（CO+H2）含量78%～80%；水煤浆制备采用传统棒磨机制浆技术（属第一代水煤浆制备技术），设2条Φ3.6 m×6.0 m棒磨机生产线（两开无备），单台磨机处理原煤50 t/h，原煤全水12%，折合干煤量为88 t/h，正常生产时所制煤浆浓度为59%～61%。正常生产时浓度约60%的煤浆经高压煤浆泵加压后与空分装置来的高压氧气（纯度99.6%以上）通过工艺烧嘴进入气化炉内，在0.1 s内煤浆中的水被汽化，煤粒子被气体隔开，各煤粒独立地在煤灰熔点以上的温度发生反应，固体在气化炉内停留约3～5 s，粗合成气中的甲烷含量极少（一般在0.1%以下），碳转化率高达98%，由于气化反应温度高，不生成渣油、酚及高级烃等可凝聚的副产物。
2 污水处理系统简况及运行问题
GE气化装置生产中会产生大量的污水，属硬度及氨氮含量极高的废水，并含有少量COD、氰化物和焦油等。奎屯锦疆化工污水处理系统采用以“预处理+强化两级A/O生物脱氮+MBR”为主体的废水处理工艺，特别是膜生物反应器（MBR）将膜分离技术与传统活性污泥生化技术相结合，替代二沉池进行固液分离，具有适应性强、占地小、出水水质好、水力停留时间及污泥停留时间可控等优点，可获得较高浓度污泥、提高污水处理能力、保持出水稳定，出水水质达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）要求，系统出水可直接外排或回用（奎屯锦疆化工于2015年新上300 m3/h中水回用系统对MBR产清水进行回收利用，以减少新鲜水用量）。
奎屯锦疆化工尿素项目于2012年投产，因市场方面的原因及气化炉运行不稳定等问题导致项目迟迟不能达产，投产初期产量较低，装置负荷大致在60%，污水处理系统总体运行状况较好；经过几年的不断摸索与优化改进，2016年项目实现达产，但随着疆内煤制合成氨/尿素等煤化工企业的陆续投产，优质原料煤紧缺，原料煤与设计煤种偏差不断加大，实际生产中存在污水产生量大于设计值、外排灰水水质差等问题，使污水处理系统承受了较大的压力，表现为MBR膜性能快速下降、污水处理量下降等，进而影响合成氨与尿素的产量。
2.1 气化外排污水及污水处理系统运行情况
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期