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   第6版:中国石化报06版
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中国石化 2020 年“十条龙”出龙项目之“中安联合煤化高盐废水零排放处理技术研究”

黑白转换间 废水零排放

2021年04月06日 来源: 中国石化报  作者: 王松涛 冯吉飞
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2019年12月25日,中安联合污水装置员工欣喜地捧起带着余热的工业盐。
中安联合污水装置。

    □王松涛  冯吉飞

 

    中安联合位于淮河之滨,主要工艺是通过煤制甲醇并转化为烯烃,将江淮大地富藏的煤炭转化为洁白晶莹的聚乙烯、聚丙烯粒子,为落实国家能源安全新战略提供保障。建成投产以来,该公司认真贯彻“绿水青山就是金山银山”理念,大力践行“不让一滴污水排入淮河”的承诺,成功探索、研发形成煤化工高盐废水零排放处理和“分质化”利用技术,在“黑白变化”的琴键上,弹奏出高昂激越的绿色发展主旋律,成为千里淮河岸边的一颗璀璨明珠。

 

    用水先“治水”  大胸怀推进大治理

 

    中安联合毗邻淮河流域,生态环境较为脆弱,环保标准极为严格。一方面,中安联合需要大量优质水资源供应;另一方面,污水若处理不好,则会对淮河流域的水源造成污染。尤其是气化工艺产生的高盐废水,包含有机物和溶解性固体质量分数大于3.5%,成分复杂且治理难度大,如直接排入水体,污染危害极大。2009年2月,当时的国家环保部在项目批复中,明确要求中安联合煤化工项目供排水系统“清污分流、雨污分流、一水多用”,在任何情况下污染物都不得进入淮河。如此严苛的环保要求,加上当时市场、技术等综合因素影响,项目从2015年10月起暂缓建设。

 

    2017年初,集团公司作出中安联合煤化工项目复建的决策。复工初期,百业待举,中安联合坚持把生态发展的重托扛在肩上,组织集团内外部专家、设计施工单位,反复研究如何确保废水“全部回用、不得外排”,如何确保零排放稳定运行,如何确保不让一滴污水流入淮河。污水处理工艺路线几易其稿,投资计划不断改进。最终,该公司在项目总投资中规划出20.3亿元作为环保投资,其中污水处理投资12亿元、“零排放”项目投资7亿元,大大超过最初设计。

 

    对于中安联合在煤化工污水处理方面的先行先试,集团公司给予大力支持,2017年9月,成立了由长城能化牵头,SEI、大连院、北化院和中安联合组成的联合攻关团队,致力于把中安项目打造成为煤化工高盐污水零排放的“吃螃蟹者”。

 

    众志成城攻难关  打造硬核“膜法师”

 

    2017年,我国煤化工高盐废水的分质分盐处理技术基本处于空白阶段。中安联合煤化工污水零排放项目,不仅对中国石化来说是第一次,放眼整个煤化工行业,长周期稳定运行分盐、零排放的案例也非常罕见,没有完全成功和成熟的先例可借鉴。而淮河流域的自然禀赋,使中安联合与其他煤化工企业相比,具有环境风险高、气化废水水量水质波动大,及处理过程产生的高盐水水质成分复杂、浓度高、波动大等技术难点。攻关团队不仅要解决高盐条件下有机物高效协同去除的系统性技术障碍,而且要兼顾处理产品的全部回用,可谓困难重重。

 

    集团公司副总工程师王子宗领衔挂帅项目攻关,2017年底两次组织项目推进专题会议,抽调集团内最优秀的设计、研发、工程和生产方面的专家骨干组成攻关团队,仅用3个月就形成高盐水处理分盐工艺路线及工艺包。该项目于2018年1月通过集团科技部的审查,列入集团公司 “十条龙”攻关项目之一。

 

    作为项目攻关的组长单位,长城能化派出了“集团公司突出贡献专家”获得者张骏驰,作为中安项目技术攻关总联络人。不管是项目前期技术方案调研和论证,还是工艺包、基础设计工艺流程及关键参数的确定,以及项目建设过程中长周期设备订货、系统外开车专家人员协调等问题,张骏驰都全程参与。在工艺技术路线研究阶段,他牵头组织项目开发人员,在10余天内辗转多地,到包头、鄂尔多斯、榆林、银川、太原等系统内外煤化工企业展开深度调研,实地考察制约高盐废水处理装置运行的关键瓶颈,明确了中安项目的技术攻关方向,提出了符合实际的工艺技术路线方案。

 

    高盐废水预处理及纳滤分质分盐技术是煤化工污水处理的重中之重,前者要将对后道工序产生影响的钙镁硅氟同时去除;后者要解决淮河原水存在的硝(硫酸根)盐(氯根)比例接近且波动大、不易分离问题。北化院临阵受命,组织攻关团队夜以继日深入研究,综合自身在污水处理及资源化利用领域的多项自主技术,将高强度有机膜过滤和化学除硬创新性结合,开发出低压力、大通量高效膜法快速除硬除硅反应过滤一体化工艺技术(NMF)。这一技术实现了钙镁硅氟等多种污染物的协同去除,出水钙镁离子少于10毫克/升、溶硅少于20 毫克/升,保证了纳滤单元的稳定运行。开发的前置纳滤分盐二级二段工艺,实现一、二价离子的高效分离,解决了淮河水丰、枯水季盐硝倒挂问题,为实现后续盐硝的分质结晶奠定基础。在整个过程中,他们将微滤膜、反渗透膜、纳滤膜等先进技术使用得淋漓尽致,堪称创新“膜法师”。

 

    倒排工期马蹄疾  跑出建设“加速度”

 

    2019年12月,当洁白的盐硝产品散发着热气呈现在大家面前时,在场的所有攻关团队和装置员工的心都温暖起来。当初,谁能想到这个采用了大量“三新”(新技术、新工艺、新材料)的项目,从通过设计审查至今,只用了不到两年时间就能获得成功。喜人成果的背后,是无数人艰辛的付出。

 

    2017年8月,当中安污水场EPC项目授标给SEI时,集团公司早已明确了中安项目2018年装置建成中交、2019年7月投料试车的总体进度。污水场如不能先于装置投运,中安项目就无法实现环保“三同时”(即建设项目中防治污染的措施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用),中交、试车计划将被迫顺延。当时,他们算了一笔账:中安联合晚一天开车,费用将增加500万元。

 

    SEI污水项目团队和中安联合装置建设者面临着前所未有的压力和挑战,一场交织着项目设计、技术考察、方案优化、施工建设、中交生产的“大会战”在北京、大连和中安现场同步打响。SEI联合北化院、大连院,强强联手,克服时间紧、技术少的困难,一边进行科研开发,一边进行工程设计。技术团队马不停蹄地深入同行企业调研,与国内外近30家环保、水处理公司进行交流,最终研发形成了“预处理-反渗透浓缩-纳滤预处理-纳滤分盐浓缩-热法分质结晶”技术路线,按时高质地完成了高盐水零排放工艺包设计、基础设计、设备采购,以及详细设计。

 

    从2018年12月开始,高盐水项目施工也在争分夺秒地推进。常常是设备采购刚宣布中标,他们立即派出技术人员和中标单位对接土建条件。SEI组织了近20支施工队伍,挂图作战、夜以继日,以时保天、以天保周、以周保月,克服了工艺技术路线复杂、工期紧张、工程量大等困难,用一年时间完成了35万寸管道焊接、8万立方米混凝土浇筑、1190台工艺设备安装、542公里电气电缆和597公里仪表电缆铺设等施工作业任务,确保了污水处理场项目顺利建成投用。同时,为保证主体装置试车进度不受影响,他们还在污水装置现场新建了8台共40万立方米的储罐,用于暂存气化装置试生产期间浓缩过的高盐污水。

 

    作为SEI污水处理专业负责人,厉阳无疑是现场最忙碌的人。他一人承担了设计经理、高盐水单元零排放主项负责人、高盐水工艺包开发负责人、十条龙科研主流程开发等多项职责,在设计工作完成后又长期扎根现场,配合施工和调试试车工作。SEI环保室技术副总监薛旭勇挑重担,除了担任中安污水项目的审核人,还承担着总部“十条龙”科研开发负责人的重任。中安联合煤化工项目部更是以我为主,从一开始就组织人员主动参与技术论证、项目设计和施工安装的全过程。公用工程部专家余志峰作为现场工程和开车负责人,放弃节假日休息,紧盯现场,积极做好各方协调工作。

 

    2019年12月25日,中安联合高盐水系列蒸发结晶单元顺利打通全流程,成功分离出硫酸钠、氯化钠产品。至此,中安联合成为首家攻克“分质化处理、资源化利用”这个世界难题的企业。

 

    精细管理降成本  实现运行高质量

 

    高盐污水装置一经投运,就必须满足主装置满负荷运行。针对实际情况,中安联合污水装置在设计、研发单位的帮助下,严格精细管理,稳扎稳打提升运行质量。

 

    2019年6月,在SE-东方炉试车期间,排出的气化污水中氰化物浓度远超设计值,对生物系统造成了严重冲击,出水氨氮浓度明显升高。装置技术人员在大连院技术团队的帮助下,采取气化炉更换输煤载气源头减量、生物系统氰化物耐受能力梯级驯化、预处理单元药剂除氰应急保安的“三保险”应对措施,使气化污水直接进入生物系统处理,出水总氮低于20毫克/升,为装置稳定运行提供了有力保障。随后,他们又相继攻克了干燥、包装、耙式干燥等“拦路虎”,不仅实现了连续正常产出盐硝和杂盐,而且盐硝双侧能同时长时间运行。2020年,蒸发结晶生产实现良性循环,连续运行233天,高盐水膜系统实现长时间高性能运行。

 

    经过8个多月的连续运行及优化,中安联合煤化工高盐废水处理装置在2020年9月达到性能考核标定条件,经过72小时的满负荷连续运行,各项指标均优于设计值。随后,“中安联合煤化高盐废水零排放处理技术研究”通过集团公司科技部组织的技术鉴定。专家组一致认为,中安联合煤化工高盐废水处理装置成功实现了高盐废水的零排放和氯化钠、硫酸钠的分质结晶资源化利用,氯化钠、硫酸钠总质量收率达78%,产品质量指标分别达到国家工业盐二级标准、工业无水硫酸钠Ⅲ类标准。中安联合高盐废水零排放成套技术具有回收率高、能耗低、集成化、模块化的技术特征,为煤化工高盐废水零排放提供了解决方案,整体技术达到国际领先水平。2020年12月10日,在中国石化“十条龙”科技攻关工作会上,中安联合高盐废水零排放技术用不到3年的时间成功“出龙”。

 

    中安联合高盐废水零排放系统的连续稳定运行,标志着其成套工艺包技术在国内外煤化工行业已具备强劲的竞争能力和良好的示范作用,一举攻克了煤化工高盐废水处理这一世界性难题,成为中国石化首个煤化工污水零排放分盐项目,也是国内煤化工零排放、分盐长周期稳定运行的首例。目前,我国高盐废水产生量约占总废水量的5%,且每年以2%速度增长。中安联合高盐废水处理技术的探索成功,在助力本企业实现绿色发展的同时,也将在煤化工行业污水处理技术应用方面继续起到引领和示范作用,为石化沿江企业减少污水排放、提升污水回用水平提供经验和借鉴,推动中国石化煤炭清洁高效利用走在世界前列。

 

    本版文字素材由长城能化 SEI 大连院 北化院联合提供  图片由 赵天奇 提供

 

 

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