FCC废催化剂综合利用新工艺研究

【摘要】流化催化裂化(FCC)催化剂是石油化工行业的重要催化剂，使用量巨大，因此每年FCC废催化剂的产量巨大。该废催化剂以氧化铝为载体，以稀土为催化活性组分，富含铝、镧、铈等具有回收价值的金属元素，对该废催化剂进行合理综合利用，不仅使具有回收价值的金属元素得到二次回收，保护环境，而且符合国家关于科学处理危险废物固体的政策，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。本文以某FCC废催化剂为研究对象，对废催化剂中铝和稀土的浸出、浸出液中铝和稀土的分离回收、硫酸稀土复盐中稀土的净化富集及水处理循环进行了实验探索。通过正交实验确定了最佳工艺条件，检测方法主要有电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）。基于以上实验研究，进行企业工艺设计。本文主要研究内容如下：1.FCC废催化剂的浸出由于本文FCC废催化剂稀土含量不高（2%左右），因此硫酸也能像其他酸一样对铝和稀土起到很好的浸出效果，但不如硝酸和盐酸那样易挥发，增加了运行成本和废水量。 FCC废催化剂硫酸浸出的最佳条件为：硫酸实际用量与理论用量的摩尔比为1，浓度为6mol/L，浸出温度为90℃，浸出时间为7h，浸出结束前5min加入体积比为0.7的水和硫酸，恒速搅拌。在此实验条件下，FCC废催化剂中铝、镧、铈的浸出率分别为67.8%、92.0%和81.7%，废催化剂中活性氧化铝和稀土氧化物大部分被浸出。

2、回收铝、稀土制备稀土盐及铝盐本文研究了氢氧化钾法、硫酸钾法回收稀土和铝，制备硫酸稀土复盐及钾明矾的工艺条件。氢氧化钾法最佳条件：稀土复盐制备条件，向浸出液中加入30%氢氧化钾，反应结束时pH值为1.7，反应温度为80℃，反应时间10min，剧烈搅拌；钾明矾制备条件，氢氧化钾总量为理论量的0.9倍，反应温度为80℃，匀速搅拌。此时稀土转化率在99%以上，100g废催化剂可制备出3.3g稀土复盐，复盐中稀土总含量为22.3%，钾明矾产量为125.1g。硫酸钾法最佳条件：稀土复盐制备条件，硫酸钾液固比10/1，反应温度90℃，反应时间50min，搅拌均匀；钾明矾制备条件，硫酸钾总量为理论量的1.3倍，反应温度90℃，反应时间10min，搅拌均匀。此时稀土转化率在99%以上，100g废催化剂可制备出3.3g稀土复盐钠，复盐中稀土总含量为22.3%，同时产出钾明矾237.3g。两种方法对比，在稀土回收条件相同的情况下，硫酸钾法制备出的钾明矾更多，且硫酸钾的市场价格低于氢氧化钾，因此制备稀土复盐和钾明矾时均选用硫酸钾法。 3.硫酸稀土复盐的纯化与富集本文研究了采用草酸转化焙烧法和氢氧化钾碱转化法两种方法对硫酸稀土复盐中稀土的纯化与富集。

草酸转化焙烧法最优条件为：草酸用量为理论量的1.81倍、液固比为15/1、反应时间5h，室温下，高温煅烧使滤饼完全氧化。此时草酸转化焙烧所得稀土氧化物总稀土含量为66.8%，其中La40.9%，Ce25.9%。氢氧化钾碱式转化法最优条件为：氢氧化钾用量为理论量的1.6倍、液固比为7.5/1、反应时间10min、反应温度60℃。此时氢氧化钾碱式转化所得碱性稀土总稀土含量为47.6%，其中La 29.5%，Ce 18.1%。4.水处理循环在废催化剂利用转化过程中，很多工艺过程都需要水洗。在工艺研究的整个过程中，水的有效回收处理是衡量工艺实用性的关键，同时在充分考虑各工段最优工艺参数和工艺总物料衡算的前提下，收集各工段洗液作为浓硫酸稀释液循环使用，从而得到实验室研究废催化剂综合利用最优工艺流程图。5、某年处理3600吨FCC废催化剂企业的工艺设计，根据实验结果和实际情况，确定适合该企业的硫酸浸出-稀土络合盐及钾明矾生产-水处理循环工艺；各工段物料衡算及水循环计算；工艺设计设备选型及时间安排；工艺设计中可能产生的污染；生产车间设备布置图；并撰写初步生产操作标准及规范。