RU14373U1 - Установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства - Google Patents

Abstract

1. Установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства на основе оксида алюминия, отличающаяся тем, что включает в себя связанные между собой в единую технологическую цепь следующие элементы: участок подготовки сырья, участок автоклавного выщелачивания, участок аффинажа.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что участок автоклавного выщелачивания включает в себя установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными трубопроводами, по крайней мере, один автоклав, один цементатор, одну емкость для отстаивания, один нутч-фильтр, один вакуум-сборник, два центробежных насоса, один вакуум-насос, одну промывочную емкость.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что при автоклавном вскрытии отработанных катализаторов не менее, чем 40%-ым раствором щелочи используется шлам аффинажного производства, содержащий не менее, чем 0,05% (мас.) драгметалла.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в цементатор подается промывная вода аффинажного производства с целью уменьшения потерь драгметаллов с раствором и уменьшения объемов технологических растворов.5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что потери технологических растворов через уплотнение центробежных насосов при помощи вакуумной линии направляются в вакуум-сборник и далее в цементатор.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что осветленный алюминат натрия направляется на производство катализаторов, адсорбентов, осушителей.7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на участке подготовки сырья производится обжиг отработанного катализатора от кокса нагретым до температуры 400-600С воздухом и отделение механическ

Description

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.

Установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства.

Полезная модель относится к области нефтепереработки и нефтехимии, а именно к области переработки отработанных катализаторов на основе оксида алюминия

В пропессе эксплуатации алюмоплатиновые катализаторы, содержащие от 0.1 до 0.7 % масс, благородных металлов, снижают свою активность, селективность и другие важные характеристики. По окончании срока службы их выводят из процесса нефтепереработки и направляют в переработку, как отработанные (дезактивированные). Кроме того, при производстве катализаторов риформинга и гидрирования на основе оксида алюминия образуются выпарные отходы, содержащие 0.25 -1.5 % (масс.) платины (палладия).

В результате проведённого поиска было установлено, что области переработки отработанных катализаторов, в том числе автоклавному «вскрытию концентрированным раствором щёлочи, посвящено множество публикаций, например: М. Ситтич, Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. Пер. с англ., М., Металлургия, 1985г., С.288; М.А. Меретуков, A.M. Орлов, Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт), М., Металлургия, 1991г.; Благородные металлы, Справочн. изд. под ред. Е.М. Савицкого, М., Металлургия, 1984г.; Металлургия благородных металлов, изд. 2-е под ред. Л.В. Чугаева, М., Металлуггия, 1987 г., с. 426; патенты: RU № 2111791, кл. б В01J23/96; RU №2124572 кл. 6 С22 В 11/00,7/00, - которые затрагивают отдельные звенья технологической цепочки. Однако, сведений об использовании выпарных отходов катализаторного производства, а так же вторичном использовании внутренних технологических продуктов в ходе поиска не обнаружено. Очевидно, что нахождение технологических решений по использованию продуктов образующихся при переработке платино 2 .,-0 .- -о- ,--0:., 1- -.О 2, о

содержащего сырья позволит снизить затраты на нрризводство, уменьшить потери драгметаллов и сократить объёмы отходов предприятия.

Задачей предложенной полезной модели является создание установки переработки отработанных катализаторов с целью получения раствора алюмината натрия, который может быть использован в производстве носителей для катализаторов, осушителей газов, адсорбентов, а так же - пропиточных растворов, например платинохлористоводородной кислоты. Кроме того, на предлагаемой установке возможна переработка собственных отходов катализаторного производства, которые представляют собой неоднородную твёрдую массу состоящую главным образом из соединений различного состава и структуры, алюминия с кислородом и хлором, а также платины (0.10 - 1.5 % масс.), железа, натрия.

Установка может быть реализована с использованием выпускаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью аппаратов и материалов.

Установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства состоит из трёх участков: участка подготовки сырья (рис. 1); участка автоклавного выщелачивания (рис. 2), участка аффинажа (рис. 3).

Переработка отработанных катализаторов представляет собой периодический процесс. Установка способна перерабатывать как платиносодержащие, так и палладосодержащие отработанные катализаторы. Палладосодержащие отработанные катализаторы и отходы катализаторного производства можно перерабатывать на этой же установке, используя известные технологические режимы и материалы.

На рис. 1 представлена технологическая схема участка подготовки сырья. Участок предназначен для обжига отработанного катализатора от коксовых (углеродоводородных) отложений нагретым до 400 - 600 С воздз сом, при чём содержание кокса не

должно превышать более 1 % (масс.), и отделения механических примесей (фарфоровых шаров, металлических примесей и т.п.).

Участок подготовки сырья включает в себя установленные но ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными трубопроводами следующие технологические аппараты: теплообменник; прокалочный аппарат; транспортёр; электромагнит; вибросито; циклон; вентилятор; скруббер с содовым раствором.

Участок включает в себя следующую последовательность операций: нагрев воздуха до температуры 400 - 600 °С в теплообменнике; загрузка отработанного катализатора в прокалочный аппарат и его обжиг; выгрузка из нрокалочного аппарата; отделение магнитных примесей электромагнитом; разделение отработанного катализатора на вибросите на целевую фракцию и фракцию механических примесей.

Участок подготовки сырья (рис.1) работает следующим образом.

Прокалочный апнарат имеет вертикально расположенную рабочую зону, ограниченную с двух сторон (по всей высоте аппарата) сетками (размер ячеек менее 1 мм), куда и загружается отработанный катализатор.

Отработанный катализатор засыпают в прокалочный аппарат и обжигают нагретьм 400 - 600 °С воздухом в течение 2-6 часов. Прокалочный анпарат снабжён загрузочным бункером с сеткой для отделения механических примесей размером более 20 мм, которые направляются в отвал. Нагрев воздуха до температуры 400 - 600 С осуществляется в теплообменнике топочными газами, образзтощимися при сжигании природного газа. Пагретый воздух подаётся в нижнюю часть прокалочного аппарата, проходит через слой отработанного катализатора и выводится через верхнюю часть аппарата в направлении циклона. Обожённый катализатор выгружается на транспортёр, где при помощи электромагнита происходит отделение магнитных примесей. Далее транспортёр подаёт отработанный катализатор на вибросито известной конструкции. Вибросито установлено

под углом 2-6 град., совершает возвратно-поступательные движения при помощи электродвигателя с эксцентриковым механизмом. Вибросито снабжено сетками (два уровня) с ячейками различных размеров таким образом, что механические примеси размером более 3,5 мм (верхний уровень) собираются в отдельную тару, и направляется в отвал, а целевая фракция менее или равная 3,4 мм (нижний уровень) собирается в специально отведённую тару и направляется на участок автоклавного выщелачивания.

Выходящий из прокалочного аппарата отработанный воздух частично уносит мелкие частицы отработанного катализатора, которые оседают в циклоне, установленным между прокалочный аппаратом и вентилятором. Накопленные в циклоне частицы выгружаются в отведённые ёмкости и направляются на участок автоклавного выщелачивания.

Кроме того, отработанный воздух из прокалочного аппарата проходит дополнительную очистку в скруббере. Скруббер представляет собой емкость, в которой при помощи насоса циркулирует раствор соды. Раствор соды в противоток отработанному воздуху подаётся сверху в виде струй, равномерно распределённых по площади ёмкости, при помощи дущирующих элементов известной конструкции. Таким образом, происходит очистка отработанного воздуха с целью уменьщения выброса в атмосферу продуктов, которые образуются при обжиге катализатора.

Полученные на участке подготовки сырья механические и магнитные примеси содержать на своей поверхности пыль отработанного катализатора с примесями драгметалла, поэтому для уменьщения потерь благородных металлов примеси направляются для отмывки химобессоленной водой в промывочную ёмкость ПЕ (рис.2) участка автоклавного выщелачивания. Промывочная ёмкость установлена выще уровня автоклава и представляет собой цилиндрический сосуд, снабженный съёмной сеткой с размером ячеек не более чем 3.5 мм. На сетку загружают механические и магнитные примеси и проводят отмывку химобессоленной водой. Промывочный раствор с взвесью отработанного катализатора самотёком сливается в автоклав АВ.

На рис. 2 изображена технологическая схема участка автоклавного выщелачивания отработанных катализаторов не менее чем 40-ым % (масс.) раствором щёлочи.

Участок автоклавного выщелачивания включает в себя установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными трубопроводами следующие технологические аппараты: автоклав АВ, цементатор Ц, ёмкость для отстаивания раствора алюмината натрия Е-1, нутч-фильтр НФ, вакуум-сборник ВС, центробежные насосы 1,2, вакуум-насос, промывочная ёмкость ПЕ.

Представленная технологическая схема (рис.2) включает в себя следующую последовательность операций: автоклавное выщелачивание отработанного катализатора в автоклаве АВ не менее чем 40-ьм % раствором щёлочи при температуре 160 - 200 С; цементацию пульпы, состоящей из алюмината натрия и нерастворимого осадка, алюминиевым порощком (стружкой) в цементаторе Ц; отстаивание пульпы в ёмкостиотстойнике В - 1; перекачивание осветлённого раствора алюмината натрия из верхней части ёмкости Е-1 на производство носителей для катализаторов, адсорбентов, осушителей газов; фильтрация пульпы, взятой из нижней части ёмкости Е-1, на нутч-фильтре ПФ.

Технологическая схема работает следующим образом.

В автоклав АВ заливается отмеренное количество не менее чем 40-ого % раствора щёлочи. Затем в автоклав АВ засыпается необходимое количество отработанного катализатора, отходов катализаторного производства, шлама с участка аффинажа (содержанием драгметалла не менее чем 0.05 % масс.). Автоклав АВ герметизируется и в его рубащку подаётся пар для нагревания смеси до температуры 160-200 С (давление составляет 4-6 ати) и проведения растворения в течение 4-8 часов. Для равномерного распределения отработанного катализатора по объёму раствора и увеличения интенсивности процесса растворение проводится при постоянном перемешивании имеющейся в автоклаве мешалкой.

В процессе автоклавного вьщелачивания большая часть оксида алюминия переходит в раствор в виде алюмината натрия, а часть, устойчивых к действию ш;ёлочи, форм оксида алюминия остаётся в нерастворимом остатке. Платина в основной своей массе остаётся в нерастворимом осадке, но не большая часть окисных соединений платины может перейти в раствор, что приведёт к потере драгметалла. Для этого необходимо провести цементацию драгметалла известными восстановителями, например алюминиевым порошком (стружкой).

Перед перекачкой из автоклава АВ полученной пульпы цементатор Ц заполняется необходимым количеством химобессоленной воды (ХОВ) и сбросовым хлоридным раствором с участка аффинажа для создания необходимого температурного режима и предупреждения кристаллизации раствора алюмината натрия. Полученная пульпа за счет давления в автоклаве АВ но трубопроводу 1 передавливается в цементатор Ц, где охлаждается до температуры 40-60 С при помоши подачи в рубашку цементатора Ц охлаждающей воды. Далее проводится анализ на содержание драгметалла в растворе, и при перемешивании, имеющейся в цементаторе мешалкой, проводят цементацию, порционно загружая алюминиевую стружку (порошок), в случаи, если концентрация драгметалла превышает 0.002 г/л. Остатки пульпы из автоклава АВ при помоши насоса 1 по трубопроводу 1 пульпа перекачивается в цементатор Ц. В процессе цементации пульпы алюминиевым порошком (стружкой) вьщеляется водород, поэтому для обеспечения безопасности процесса в цементатор Ц предусмотрена подача азота для создания взрывобезопасной концентрации водорода с выводом смеси азота и водорода в атмосферу.

После проведения цементации нульпа насосом 1 направляется по трубопроводу 2 в ёмкость-отстойник Е-1 для отстаивания. В результате отстаивания пульпы в нижней части ёмкости-отстойника Е-1 собирается нерастворимый осадок (кек), содержащий до 7 -10 % (масс.) драгметалла, а верхней - осветлённый раствор алюмината натрия.

Осветлённый раствор алюмината натрия по трубопроводу 5 при помощи насоса 2 подаётся в производство носителя для катализаторов, адсорбентов и осушителей газов.

Нерастворимы осадок из нижней части емкости Е-1 по трубопроводу 3 насосом 1 направляется для фильтрации и промывки химобессоленной водой (ХОВ) (трубопровод 3) на нутч-фильтр НФ. Перед фильтрацией ложное днище нутч-фильтра НФ прокладывается фильтровальными материалами. По мере накопления кек затаривается в ёмкости и передаётся на участок очистки. Фильтрация на нутч-фильтре НФ проводится за счет создания вакуума под ложным днищем при помощи вакуум-насоса (трубопровод 6). Маточный раствор алюмината натрия по трубопроводу 4 за счет вакуума попадает в вакуумсборник ВС. По мере накопления раствор алюмината натрия насосом 1 по трубопроводу 4 подаётся в емкость-отстойник Е-1.

При работе насосов 1 или 2 через уплотнение возможны утечки технологических растворов, которые собираются в установленных под насосами поддонах и при помощи вакз умной линии 6 по трубопроводу 7 направляются в вакуум-сборник ВС и далее в ёмкость Е - 1.

На рис. 3 изображена технологическая схема участка очистки кека полученного на участке автоклавного выщелачивания.

Участок аффинажа концентрата включает в себя установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными трубопроводами следующие технологические аппараты: реактор растворения платиносодержащего кека Р 1, нутч-фильтр НФ - 1, сборник ВС - 1, реактор осаждения платинового концентрата Р 2,нутч-фильтр НФ - 2, сборник ВС - 2, реактор растворения платинового концентрата Р3,нутч-фильтр НФ - 3, фильтр тонкой очистки Ф - 4, заполненный активированным углём, ёмкость Е - 1 для сбора хлоридных растворов, ёмкость Е - 2 для нейтрализации кислых наров из ректоров Р - 1,2,3- Для разбавления до безопасных концентраций выделяющегося водорода реактора снабжены трубопроводом 4 для подвода инертного газа (азота).

Представленная схема работает следующим образом.

Кек, полученный на линии автоклавного выщелачивания, или отходы катализаторного производства подвергается двух стадийному растворению в реакторе Р - 1, снабженного паровой рубащкой, механической мещалкой и трубопроводом для отвода паров. На первой стадии растворение проводится раствором соляной кислоты при температуре 80-100 . Далее раствор охлаждается до температуры 30-40 Си проводится вторая стадия растворения при помощи перекиси водорода. В результате растворяется 90 - 95 % кека и образуется раствор с содержание нлатины 5-10 г/л, суммой примесей (железа, алюминия, кальция и т. д.) 100 - 200 г/л, содержанием соляной кислоты 100-150 г/л. Полученный раствор по трубопроводу 5 подаётся на нутч-фильтр НФ - 1, для отделения нерастворимого остатка (шлама). В качестве фильтрующей перегородки используется фторлоновая (полипропиленовая) ткань. Разряжение на нутч-фильтре НФ - 1 создаётся за счет вакуумирования - Р сборника ВС - 1.

Шлам содержащий более 0.05 % (масс.) платины передаётся на участок автоклавного выщелачивания. Как правило, щлам составляет 0.5 -1 % (масс.) от массы отработанного катализатора.

Раствор из сборника ВС - 1 сжатым воздухом +Р передавливается в реактор Р 2 по трубопроводу 6.

Реактор Р - 2 снабжен внутренним сниральным теплообменником, механической мешалкой и трубопроводом для отсоса паров

Для цементационного вьщеления из раствора требуется снизить концентрацию соляной кислоты раствором щёлочи. При цементации платины алюминиевым порошком концентрация соляной кислоты должна составлять 5 - 10 г/л. Цементация проводится до концентрации платины в растворе менее 0,001 г/л. Полученная смесь платинового концентрата и раствора хлоридов по трубопроводу 7 подаётся на нутч-фильтр ПФ - 2 для отделения твердой фазы. Разряжение нутч-фильтре НФ - 2 создаётся за счёт вакуумирования - Р сборника ВС - 2. Маточный раствор из сборника ВС - 2 сжатым воздухом + Р передавливается по трубопроводу 8 в фильтр тонкой очистки Ф - 4, где проводится дополнительная очистка раствора активированным углём, то есть сбора возможных проскоков взвеси платины, адсорбции следов платины оставшейся в растворе.

Ёмкость Е - 1 заполняется раствором ш;ёлочи для нейтрализации сбросовых растворов.

Платиновый концентра с содержанием платины 95 - 98 % (масс.) с нутч-фильтра ПФ - 2 загружается в реактор Р - 3, снабженный внутренним теплообменником, механической мешалкой и трубопроводом для отсоса паров.

Для получения платинохлористоводородной кислоты необходимой чистоты необходимо провести переосаждеиие илатииы с последующим её растворением в этом же реакторе.

Для этого концентрат растворяют в смеси азотной и соляной кислот (объёмной соотношение кислот берётся равным 1 : 3 - 4) при температуре 70-100 °С до полного растворения концентрата. Для удаления избытка азотной кислоты в раствор добавляют этиловый спирт в качестве восстановителя. Далее проводится корректировка кислотности раствора ш;ёлочью и переосаждение платины алюминиевым порошком. Цементацию

проводят до содержания платины в растворе менее 0,001 г/л. При этом образуется тонкодисперсный осадок платиновой черни, который отделяют на нутч-фильтре НФ - 3.

Переосажденная платина снова растворяется смесью азотной и соляной кислот в реакторе Р - 3 для получения очищенной платинохлористоводородной кислоты, которая по трубопроводу 9 сливается в бутыли и направляется па производство катализаторов.

Маточный раствор, образовавшийся в результате переосаждения платиновой черни, за счет вакуумирования - Р собирается в сборнике ВС - 3, а затем сжатым воздухом + Р передавливается через слой активированного угля фильтра тонкой очистки Ф - 4 в ёмкость Е - 1.

Со временем активированный уголь снижает свои фильтрующие и адсорбционные свойства и направляется на озоление в электропечь с целью получения остатка содержащего платину, который подвергается растворению в реакторе Р - 3 с целью получения пропиточного раствора (платинохлористоводородной кислоты).

Представленная технологическая схема также дополнительно снабжена ёмкостью-адсорбером Е - 2, заполненной раствором щёлочи, для нейтрализации паров поступающих из реакторов Р - 1,2,3.

Накопленные в емкостях Е - 1,2 сбросовые хлоридные растворы направляются в цементатор Ц участка автоклавного выщелачивания.

Для промывки осадков на путч-фильтрах НФ - 1,2,3 и промывки реакторов Р 1,2,3 используется химобессоленная вода (ХОВ).

Использование в технологической линии дополнительного фильтра Ф - 4, позволяет повысить степень извлечения платины на 0,05 - 0,3 % (масс.).

Нейтрализация и использование сбросовых хлоридных растворов на линии автоклавного выщелачивания позволяет уменьшить на 10 - 15 % объём использования химобессоленной воды (ХОВ) и соответственно уменьшить сброс стоков.

Таким образом, предлагаемая установка по переработке отработанных катализаторов позволяет решить проблему утилизации отходов нефтехимической и нефтеперерабатываюш,ей промышленности, самого катанизаторного производства и тем самым снизить затраты на закупку сьфья и экологическую напряженность. Установка позволит сделать замкнутой цепочку: готовый катализатор - переработка нефти - отработанный катализатор - готовый катализатор.

Claims (9)

1. Установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства на основе оксида алюминия, отличающаяся тем, что включает в себя связанные между собой в единую технологическую цепь следующие элементы: участок подготовки сырья, участок автоклавного выщелачивания, участок аффинажа.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что участок автоклавного выщелачивания включает в себя установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой транспортными трубопроводами, по крайней мере, один автоклав, один цементатор, одну емкость для отстаивания, один нутч-фильтр, один вакуум-сборник, два центробежных насоса, один вакуум-насос, одну промывочную емкость.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что при автоклавном вскрытии отработанных катализаторов не менее, чем 40%-ым раствором щелочи используется шлам аффинажного производства, содержащий не менее, чем 0,05% (мас.) драгметалла.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в цементатор подается промывная вода аффинажного производства с целью уменьшения потерь драгметаллов с раствором и уменьшения объемов технологических растворов.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что потери технологических растворов через уплотнение центробежных насосов при помощи вакуумной линии направляются в вакуум-сборник и далее в цементатор.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что осветленный алюминат натрия направляется на производство катализаторов, адсорбентов, осушителей.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на участке подготовки сырья производится обжиг отработанного катализатора от кокса нагретым до температуры 400-600^oС воздухом и отделение механических примесей с использованием электромагнита и вибросита.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что образующиеся при аффинаже сбросовые хлоридные растворы дополнительно фильтруются через слой активированного угля.

9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механические и магнитные примеси дополнительно промываются химобессоленной водой, полученный промывочный раствор направляется в автоклав.