Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация обращения с отходами производства и потребления"-2003
(Ярославль, 15-16 апреля 2003 г.):

К вопросу о создании классификации методов утилизации отработанных катализаторов

Суворин Александр Викторович, заведующий кафедрой ТНВЭ Северодонецкого технологического института Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля, к.т.н., доцент (Северодонецк, Украина)

Острая необходимость утилизации отработанных катализаторов с целью возврата цветных металлов в производство возникла в начале 80-х годов, когда обнаружился дефицит отечественного катализаторного сырья не только для расширения намеченных тогда объемов крупнотоннажных производств аммиака, метанола, формальдегида и нефтепродуктов, но и для действующих производств. Несмотря на большое количество проведенных в этом направлении исследований и разработку значительного числа технологий утилизации отработанных катализаторов, наиболее распространенным в настоящее время является металлургический способ. Его применимость ко всем типам катализаторов не рациональна [1]. Предлагаемая на обсуждение классификация методов утилизации отработанных катализаторов (рис. 1) основана на сочетании физико-химических характеристик этих катализаторов и предназначена для выбора наиболее рационального пути их возврата в производство.

Статистический анализ условий эксплуатации и физико-химических характеристик отработанных катализаторов, изложенных например в [2, 3, 4, 5] и многих других публикациях, позволил сгруппировать известные способы их утилизации следующим образом. Катализаторы нанесенного типа (в первую очередь с использованием механически прочных носителей) содержащие металлы платиновой группы в процессе эксплуатации сохраняют механическую прочность и пористую структуру. Их наружная поверхность чаще всего блокирована исходными веществами или продуктами реакций и реже - наносными примесями Na, K, Ca, Fe и др. Наиболее рациональный путь их возврата в производство - реактивация известными в промышленности методами. В меньшей степени реактивация может быть применена к катализаторам, содержащим Ag, Ni, Co, Cu, или их соединения. В процессе эксплуатации они чаще притягивают перекристаллизацию (иногда спекание). Их поверхность блокирована не только наносными примесями, но и частично отравлена каталитическими ядами. Такие катализаторы наиболее рационально подвергать регенерации. Причем глубина переработки должна определяться степенью, достаточной для устранения дезактивирующих факторов [6, 7].

Для катализаторов смешанного типа характерны не только блокировка поверхности, перекристаллизация, частичное отравление и спекание, но и потеря механической прочности. Кроме того, большая часть их активных центров часто оказывается сильно окисленной, что обусловлено условиями пассивации катализаторов перед выгрузкой из каталитического реактора. Для такого типа катализаторов, содержащих в качестве активных компонентов Ni, Co, Cu, Zn, V, W, Mo или их соединения наиболее рациональным методом следует считать глубокую переработку в непосредственное катализаторное сырье [8, 9]. Причем глубина переработки в катализаторное сырье смешанных катализаторов также может определяться степенью, достаточной для устранения дезактивирующих факторов [6, 7, 10, 11]. Описанные выше методы утилизации катализаторов позволяют содержать в обороте до 80–90% катализаторов и катализаторного сырья.

Механически малопрочные, сильно запассивированные, необратимо отравленные и спеченные катализаторы, в которых соединения каталитически активных металлов чрезвычайно трудно поддаются химической переработке в традиционное катализаторное сырье, могут быть утилизированы другими методами. К этим методам можно отнести: металлургические, электрохимические, плазмохимические, карбонильные. Конечным продуктом последних методов являются металлы (реже - оксиды и другие соединения). Для получения из них традиционного катализаторного сырья необходимы дополнительные энерго-материальные затраты. Возможна также утилизация отработанных катализаторов в других отраслях, например, в качестве пигментов в керамической или лако-красочной промышленности. Варианты использования некоторых видов отработанных катализаторов и отходов после их переработки представлены в материалах данной конференции. Однако такой вариант представляет полное устранение металлов из оборотного цикла. Рациональность последнего метода должна определяться, по-видимому, соотношением цен на классические пигменты и отработанные катализаторы (с учетом их предварительной подготовки).

Таким образом, предлагаемая классификация на основании сочетания физико-химических характеристик отработанных катализаторов и реакционной способности их компонентов, позволяет выбрать наиболее рациональный метод (группу методов) их утилизации и оборотного использования.

ЛИТЕРАТУРА:

3. Суворин А.В., Суворин В.А. Промышленный круговорот катализаторов// Вісник Східноукраїнського університету № 4 (26), 2000. - с. 209-216.
4. Суворін В.О., Суворін О.В. Пориста структура, склад та залишкова активність спрацьованих каталізаторів парової конверсії метану// Хімічна промисловість України, № 6, 2000. - с. 41-44.
5. Суворін О.В. Характеристика відпрацьованого нікель-хромового каталізатору каталізаторної сировини// Хімічна промисловість України, № 4, 1997. - с. 10-14.
6. Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев Р.Р. Промышленные катализаторы гидрогенизационных процессов нефтепереработки. - М.: Химия, 1988. - 234 с.
7. Масагутов Р.М., Морозов Б.Ф., Кутепов Б.И. Регенерация катализаторов в нефтепереработке и нефтехимии. - М.: Химия, 1987. - 144 с.
8. Суворин В.А., Каут В.М. и др. Извлечение никеля и палладия из отработанных катализаторов с использованием оксидов азота.// Материалы всесоюзной конференции по технологии неорганических веществ. Алма-Ата, Наука, 1985, с 101-104.
9. Suvorin V.A., Rudenko V.D. EXAMINATION OF THE REACTIVATION OF DISCHARGED ALUMINIUM-NICKEL CATALYSTS, LAUED ON A CARRIER.// INTERNATIONAL WORK MEETING AND SYMPOSIUM OF REGENERATION AND UTILIZATION OF DISCHARGED CATALYSTS AZ FEED FOR THE CATALYSTS MANUFACTURE. Vratza, 1989, p.II-1 - II-4.
10. Suvorin V.A., Diakonov Ia.I. STADY OF THE PROCESS OF UTILIZATION OF THE DISCHARGED NICKEL-CONTAINING CATALYSTS FROM A MIXED TYPE.// INTERNATIONAL WORK MEETING AND SYMPOSIUM OF REGENERATION AND UTILIZATION OF DISCHARGED CATALYSTS AZ FEED FOR THE CATALYSTS MANUFACTURE. Vratza, 1989, p.V-1 - V-4.
11. Велинова Ц., Кабасова Н. Некоторые возможности утилизации отработанных никелевых катализаторов.//Материалы международного симпозиума по регенерации и утилизации отработанных катализаторов с целью получения исходного сырья для производства катализаторов. Болгария, Враца, 1989г., с.XII-1 - XII-5. 12. Суворин А.В. Ресурсосберегающая технология никель-хромового катализатора. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.01 - технология неорганических веществ. 1989 г, Харьков, ХГПУ, 15 с. 13. Овсиенко О.А., Барышок И.Г., Илько Э.Г. и др. Разработка технологий и опыт промышленной эксплуатации катализаторов низкотемпературной конверсии оксида углерода СНК-1 и СНК-2.// Тезисы докладов 1-ой Украинской научно-технической конференции по катализу. Северодонецк, 1997, с 57 - 58.