FCC废催化剂综合利用新工艺研究

论文摘要

流化催化裂化（FCC）催化剂是重要的石化行业催化剂,使用量巨大,因此每年FCC废催化剂产量巨大。这种废催化剂以氧化铝为载体,稀土为催化活性成分,富含铝、镧、铈等有回收价值金属元素。对这种废催化剂合理的综合利用,不仅使有回收价值金属元素可以二次循环利用,保护环境,而且符合国家对危险废固科学处理的政策,具有良好的经济、环境和社会效益。本文以一种FCC废催化剂为研究对象,进行废催化剂中铝与稀土的浸取;浸出液中铝和稀土分离、回收;硫酸系稀土复盐的稀土提纯与富集;以及水处理循环等实验探究,最佳工艺条件通过正交实验确定,检测的方法主要有电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等。在以上实验研究的基础上进行企业工艺设计。本文主要内容如下:1、FCC废催化剂的浸取由于本文的FCC废催化剂稀土含量不高（2%左右）,所以硫酸也可以像其他酸一样,对铝、稀土有良好的浸出效果,却不会像硝酸、盐酸易挥发,增加运行成本和废水量。硫酸浸取FCC废催化剂最佳条件:硫酸实际用量与理论用量摩尔比为1、浓度6mol/L,浸取温度90℃,浸取时间7h,浸取结束前5min补加与硫酸体积比为0.7的水,匀速搅拌。在此实验条件下FCC废催化剂中铝、镧和铈的浸出率分别为67.8%、92.0%和81.7%,废催化剂中的活性氧化铝、氧化稀土绝大部分被浸出。2、铝和稀土回收制备稀土盐和铝盐本文研究氢氧化钾法和硫酸钾法两种方法回收稀土和铝,制备硫酸系稀土复盐和钾明矾工艺条件。氢氧化钾法最佳条件:稀土复盐制备条件,向浸出液中滴加30%氢氧化钾,反应终了pH值1.7,反应温度80℃,反应时间10min,剧烈搅拌;钾明矾制备条件,氢氧化钾总用量是理论用量0.9倍,反应温度80℃,匀速搅拌。此时稀土转化率均在99%以上,100g废催化剂可以制备稀土复盐3.3g,复盐中稀土总含量22.3%,钾明矾产量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,匀速搅拌;钾明矾制备条件,总硫酸钾的用量是理论用量的1.3倍,反应温度90℃,反应时间10min,匀速搅拌。此时稀土转化率均在99%以上,100g废催化剂可以制备稀土复盐钠3.3g,复盐中稀土总含量22.3%,同时生产钾明矾237.3g。对比两种方法,在稀土回收情况相同时,硫酸钾法制备的钾明矾更多,同时硫酸钾市场价格低于氢氧化钾,所以制备稀土复盐和钾明矾时选择硫酸钾法。3、硫酸系稀土复盐的提纯与富集本文研究草酸转化焙烧法和氢氧化钾碱转化法两种方法对硫酸系稀土复盐中稀土进行提纯与富集。草酸转化焙烧法最佳条件:草酸用量是理论用量的1.81倍,液固比为15/1,室温反应时间5h,滤饼高温煅烧完全氧化。此时草酸转化焙烧得到的稀土氧化物稀土总含量66.8%,其中La40.9%、Ce25.9%。氢氧化钾碱转化法最佳条件:氢氧化钾用量是理论用量的1.6倍,液固比7.5/1,反应时间10min,反应温度60℃。此时氢氧化钾碱转化得到的碱式稀土中稀土总含量47.6%,其中La 29.5%、Ce 18.1%。4、水处理循环在废催化剂利用与转化过程中,多处工艺过程需要用水洗涤,在整个工艺研究过程中,水的有效循环利用与处理是衡量工艺实用性的关键。同时充分考虑各工段最佳工艺参数和整体工艺物料衡算的前提下,将各工段洗液收集、作为浓硫酸稀释之用,进行水循环利用,从而获得实验室研究综合利用废催化剂的最佳工艺流程图。5、年处理FCC废催化剂3600吨的企业工艺设计根据实验结果,联系实际,确定适合于企业的硫酸浸取—稀土复盐和钾明矾生产—水处理循环工艺流程;对各工段的进行物料衡算和水循环计算;工艺设计设备选择和时间安排;工艺设计中可能的污染;生产车间设备布置图;并撰写了初步的生产操作标准和规范。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 概述
•   1.2 铝、稀土资源现状及二次回收再生
•   1.3 国内外对FCC废催化剂处理的研究
•   1.4 研究的内容和技术路线
• 2 对FCC废催化剂处理制备铝盐与稀土盐的研究
•   2.1 实验试剂和仪器
•   2.2 浸取实验
•   2.3 稀土复盐和钾明矾的制备
•   2.4 从稀土复盐中提纯和富集稀土
•   2.5 水循环及各处用水量的控制
•   2.6 实验室中FCC废催化剂的综合处理工艺
• 3 年处理3600吨FCC废催化剂的企业工艺设计
•   3.1 工艺流程设计
•   3.2 工艺设计中的物料衡算和循环
•   3.3 工艺设计中的设备选择与时间安排
•   3.4 生产车间设备分布图
•   3.5 工艺设计的可能的污染
•   3.6 工艺生产操作标准与规程
• 4 结论与展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李光明

导师: 杨高文,王建林

关键词: 废催化剂,铝回收,稀土回收,硫酸钾,氢氧化钾

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工,环境科学与资源利用

单位: 中国矿业大学

分类号: TQ426;X705

总页数: 87

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