催化裂化(Fluid Catalytic Cracking)催化剂
特约作者 Yucca
催化裂化（FCC）是炼油工业中最重要的二次工艺，全球每年FCC催化剂销售量约90万吨，我国对FCC催化剂需求量巨大，约占全球销量的20%。对于催化裂化装置来说，废旧FCC催化剂在使用过程中失活后不能保持所要求的活性和反应选择性，所以必须定期排出。废旧FCC催化剂失活的主要原因有结焦、积碳以及机械磨损和冲击等。原油中所含的金属离子镍（Ni）、铁（Fe）和钒（V）沉积在FCC催化剂表面，导致催化剂中毒失活。由于磨损，约有1/3的FCC催化剂粉末从FCC反应器和再生器中跑掉，随烟气进入烟气脱硝、除尘和脱硫（SCR）系统。 含有催化剂粉末的烟气经过除尘、洗涤、废水处理等一系列工序，最终形成脱硫废渣，因此烟气脱硫废渣的主要成分就是废FCC催化剂。
目前，国内外许多炼油厂和科研机构为了解决这一困扰炼油厂的问题，对废催化裂化催化剂的处理进行了大量研究。废催化裂化催化剂的脱金属再生方法主要分为物理分离法（磁分离技术）和化学再生法，还有其他用途。
物理隔离
磁分离技术主要利用各种物质之间磁性的差异，实现物质的有效分离。废催化裂化催化剂（FCC）的磁分离回收技术早在上个世纪国外就已开始研究并实现工业化。其原理是：废催化裂化催化剂沉积在原料油中的重金属离子表面，在外界增强电场作用下，在强磁力作用下，磁矩取向平行而呈现磁性。催化剂颗粒上沾染的重金属越多，其磁化性就越强。这就使利用磁分离方法对废催化剂进行分离回收成为可能。
催化裂化废催化剂磁选回收技术早期主要采用电磁高梯度磁选技术，由于生产成本高，分离效果不理想，一直未能在工业上获得进一步发展。1987年，日本石油公司在横滨炼油厂渣油FCC装置上安装了连续磁选机，随后与该公司合作开发了采用永磁体的磁选工艺，经过两年的工业试验，效果良好。国内磁选技术开发虽然起步较晚，但也已开展了此项技术的研究。目前，经磁选后低磁剂中重金属Ni、V含量可分别降低25%和15%以上，微反应活性和比表面积比处理前分别提高8%和10%以上。
化学再生
化学再生法是催化裂解平衡催化剂在一定条件下与一系列化学品发生化学反应，除去催化剂上沉积的重金属镍、钒等有毒物质，同时扩大被杂质堵塞的通道，恢复催化剂的比表面积、孔隙等性能。
针对废FCC催化剂镍污染重、钒污染轻的问题，国内多数研究者对废FCC催化剂进行了脱镍处理，主要实验流程为：焙烧-酸浸-水洗-活化-干燥。焙烧除去催化剂表面积碳，恢复内部孔隙；酸浸是除去Ni、V的重要步骤；水洗是冲洗掉催化剂上附着的重金属可溶性盐；活化是恢复催化剂的活性；干燥是除去水分。有研究者提出了废FCC催化剂的气相活化脱镍技术，对气相活化条件、酸洗条件以及脱镍后催化剂的活性和稳定性进行了考察，得出该技术对催化剂脱镍效果显著，镍脱除率可达80%以上，脱镍后催化剂微反应活性大大提高，稳定性良好。
作为废水吸附剂
废FCC催化剂主要由分子筛组成，具有多孔结构，虽然废FCC催化剂已经失去活性，但是其内部结构并未被破坏，因此具有一定的吸附能力，可以用来吸附废水中的有害物质或金属离子。
回收实验
在正式进行回收处理之前，对两种处理方法进行了实验，实验试剂及仪器包括废FCC催化剂固体粉末、氢氧化钠（分析纯）、盐酸（分析纯）、马炉、坩埚、电子天平、磁力加热搅拌器、200mL烧瓶、X射线荧光光谱仪、等离子体发射光谱仪。
称取一定量的废FCC催化剂粉末置于烧杯中，加入固液比为1:8的20%盐酸溶液，搅拌后在80℃恒温水浴中浸泡2h，过滤、洗涤至中性，在105℃下完全干燥，即得废FCC残渣粉末。
实验结果：
废催化剂经酸浸处理后，Fe、Ni元素含量不降反升，在酸浸后的滤液中加入适量氢氧化钠溶液，有白色沉淀生成，继续加入，白色沉淀消失，经测定该白色沉淀为氢氧化铝，说明酸浸浸出了部分Al，而Fe、Ni的去除效果很不理想。
实验原理：将废催化剂与碱按一定的摩尔比在高温下焙烧，铝、钒、钼首先转化成氧化物，然后V2O5、MoO3、Al2O3与碱发生如下反应：
Al2O3 + 2NaOH → + H2O
MoO3 + 2NaOH → + H2O
V2O5 + 6NaOH → + 3H2O
氧化铝的制备：
+CO2+3H2O→2Al(OH)3+
Al(OH)3→Al2O3+H2O
步骤：用NaOH，Na2O与Al2O3的摩尔比为1.2，在750℃恒温煅烧30min，然后用热水溶解、过滤；在煅烧、溶解、过滤后得到的铝酸钠母液中通入过量的CO2气体，生成白色沉淀，在160℃煅烧至恒重，制得Al2O3固体，分析固体中Al2O3含量；将过滤后的镍渣在一定条件下用30%H2SO4酸浸，固液比为8:1，恒温80℃，反应时间2h，搅拌速度800r/min，过滤，滤渣用水洗至中性，将滤渣在105℃下烘干，测定其Ni含量。
实验结果：
固体中Ni含量降至0.2%，Ni去除率为52%。另外，滤渣中仍有9.95%的单质Al，说明FCC废催化剂Al2O3与烧碱反应不仅形成了偏铝酸盐，还有其他物质参与了反应，且产物不易溶解。
从以上实验可以看出，钠化焙烧法处理废FCC催化剂比无机酸浸出法效果更好。但遗憾的是，镍去除率为52%，并未达到《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中镍含量小于0.1%的标准。先从FCC废催化剂中提取有价值的金属元素，再利用或处理剩余的残渣，不仅可以回收重要的战略资源，还可以产生巨大的经济效益。因此，能否更彻底、更经济地回收利用废FCC催化剂是一个值得研究且尚未解决的问题，也是任重道远。
参考
张光林,孙殿成. 炼油催化剂［M］第2版。 北京:中国石油化工出版社,2012,3-13,105-132。
刘腾, 邱兆富, 杨吉, 等. 我国废炼油催化剂的产生、危害及处理方法[J]. 化工与环保, 2015, 35(2): 159-164.
M, A, E. 花费：，，，和 [M] ，2010 年。
M, A, CJ, 等. 废料的分析与处理[J], 1989, 47(1): 85-96.
袁启敏, 田华, 翟英, 等. 气相活化法脱除催化裂化废催化剂镍的研究[J]. 石油大学学报:自然科学版, 2005, 28(6): 111-114.
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