Способ извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия

 

Изобретение может быть использовано в нефтепереработке, а именно при извлечении платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия, в частности риформинга и гидрирования. Сущность изобретения состоит в следующем. Отработанный платиносодержащий катализатор на основе оксида алюминия подвергают выжигу кокса в среде кислородсодержащего газа при 400 - 600°С. Затем катализатор обрабатывают водяным паром при 450 - 600^oС в течение 4-6 ч, при этом давление паров воды составляет 0,02-0,1 мПа, а воздуха 0,1-2,0 мПа. После этого катализатор подвергают выщелачиванию при 150 - 180^oC с последующим внесением восстановителя, отделением осадка от раствора алюмината натрия и выделением конечного продукта известными приемами. Причем, в качестве восстановителя используют алюминий или цинк с размером частиц 1-3 мм, а раствор алюмината натрия после отделения платиносодержащего осадка направляют на синтез цеолита. Новый способ извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия позволяет: - повысить степень извлечения платины до 99,0-99,5%; - повысить производительность процесса примерно в 2 раза за счет увеличения скорости фильтрации до 15,0 дм³/ч · м² (по прототипу - 8,0 дм³/ч · м²); - утилизировать растворы алюмината натрия в систезе цеолитов. Разработанный способ может быть реализован в промышленных условиях без значительных экономических затрат. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к нефтепереработке, а именно к способам извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия, в частности риформинга и гидрирования.

Известен способ извлечения платины из отработанных алюмоплатиновых катализаторов, сущность которого заключается в том, что алюмоплатиновый катализатор обрабатывают горячей разбавленной серной кислотой, взятой в избытке к стехиометрическому количеству при 102-112^oС и отношению Т : Ж = 1 : 10-20 при перемешивании в течение 2-4 ч [1]. В раствор после отделения шлама вводят глинозем или гидрат окиси алюминия и после охлаждения получают кристаллический сульфат алюминия. Шламы, содержащие 30% платины, подвергают прокаливанию при 550^oС и повторной обработке серной кислотой.

Данный способ основан на кислотном выщелачивании платины из отработанных алюмоплатиновых катализаторов. Использование 10-20-кратного избытка серной кислоты приводит к образованию больших количеств кислых растворов, содержащих сульфат алюминия, утилизация которых представляет значительные трудности.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ регенерации рения и платины из отработанных катализаторов, в частности катализаторов риформинга, которые кроме указанных металлов содержат в качестве основного компонента оксид алюминия [2]. Данный способ осуществляют путем выжига кокса в среде кислородсодержащего газа при 400-600^oС и обработки катализатора концентрированной щелочью при 160-200^oС. При этом получают раствор алюмината натрия с содержанием 100-200 г/л Аl₂О₃ и 150-300 г/л Nа₂О, платина в металлическом виде остается в осадке. Для более полного извлечения платины из раствора алюмината натрия вводят восстановитель, например металлический алюминий, гидразин, формалин и/или двухвалентное железо. Осадок, содержащий металлическую платину, отделяют фильтрованием, промывают и сушат. Затем полученный осадок обрабатывают известными приемами для получения чистой платины или гексахлорплатиновой кислоты.

Известные условия проведения технологического процесса переработки отработанного катализатора дают возможность выделить платину с недостаточно высокой степенью извлечения, порядка 98%.

Кроме того, на стадии выщелачивания получают мелкодисперсный платиносодержащий осадок с размером частиц порядка 1 мкм, что значительно затрудняет его отделение от фильтрата. Скорость фильтрации при перепаде давления, равном 0,1 мПа, составляет 8,0 дм³/ч·м². В связи с тем, что стадия фильтрации является лимитирующей во всем технологическом процессе, то недостаточно высокая ее скорость приводит к значительному увеличению времени фильтрации и существенно снижает его производительность.

Задачей изобретения является создание способа извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия, который позволил бы при высокой степени извлечения платины повысить производительность процесса за счет увеличения скорости фильтрации на стадии отделения платиносодержащего осадка от раствора алюмината натрия.

Данный технический результат достигается способом извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия, включающем выжигание кокса в среде кислородсодержащего газа при 400-600^oС, отработку катализатора щелочью при 150-180^oС с последующим внесением восстановителя, отделением осадка от раствора алюмината натрия и выделением конечного продукта известными приемами, причем после выжига кокса катализатор обрабатывают водяным паром при 450-600^oС в течение 4-6 ч, при этом давление паров воды составляет 0,02-0,1 мПа, а воздуха 0,1-2,0 мПа.

В качестве восстановителя платины из раствора алюмината натрия используют алюминий или цинк с размером частиц 1-3 мм. Причем раствор алюмината натрия после отделения плитиносодержащего осадка можно направлять на синтез цеолита.

Проведенные исследования показали, что выбранные оптимальные условия обработки отработанного платиносодержащего катализатора на основе оксида алюминия, позволяют: повысить степень извлечения платины до 99,5; повысить производительность процесса за счет увеличения скорости фильтрации на стадии отделения платиносодержащего осадка от раствора алюмината натрия. При этом скорость фильтрации увеличивается до 15,0 дм³/ч·м², т.е. в 2 раза по сравнению с прототипом. Такое увеличение скорости фильтрации стало возможным за счет укрупнения частиц выделяемой металлической платины.

Проведение стадии обработки водяным паром при выбранном интервале времени в пределах 4-6 ч при температуре выше 600^oС приводит к снижению растворимости носителя при выщелачивании, что снижает степень выделения платины, а снижение температуры ниже 450^oС не дает эффекта укрупнения частиц платиносодержащего осадка. Кроме того, увеличение времени обработки не приводит к улучшению показателей процесса.

Выбранное соотношение давления паров воды и воздуха является оптимальным, так как уменьшение его при выбранном температурном режиме значительно снижает эффективность обработки, а увеличение не улучшает показатели процесса по степени извлечения и скорости фильтрации.

Использование в качестве восстановителя алюминия или цинка с размером частиц менее 1 мм, не дает полного выделения платины из раствора алюмината натрия и может привести к ее потерям до 1%. Увеличение размера частиц более 3 мм приводит к увеличению времени проведения стадии восстановления или расхода восстановителя.

Кроме того, предлагаемый способ с выбранными оптимальными условиями позволяет использовать раствор алюмината натрия после отделения платиносодержащего осадка в синтезе цеолита, что способствует повышению экономичности процесса в целом.

Сравнение заявляемого технического решения с признаками прототипа позволило установить соответствие его критерию "Новизна". Анализ известных технический решений показал, что отличительные признаки предлагаемого способа соответствуют критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Отработанный платиносодержащий катализатор на основе оксида алюминия подвергают обработке в среде кислородсодержащего газа при температуре 400-600^oС для выжигания кокса. Затем катализатор обрабатывают водяным паром при 450-600^oС в течение 4-6 ч при давлении паров воды, равном 0,02-0,1 мПа, и воздуха 0,1-2,0 мПа. После такой обработки катализатор загружают в автоклав, заполненный концентрированным раствором щелочи (300-350 г/л) и массу нагревают при перемешивании до 150-180^oС. Процесс выщелачивания ведут в течение 12-15 ч. По окончании получают раствор алюмината натрия с содержанием Аl₂О₃ порядка 150-200 г/л и Nа₂О порядка 200-250 г/л, при этом платина содержится в нерастворимом остатке в металлической форме. В полученный раствор алюмината натрия для более полного извлечения платины вносят восстановитель - алюминий или цинк в виде порошка или стружки с размером частиц 1-3 мм. Процесс восстановления ведут при 30-80^oС в течение 1,5 ч. После стадии восстановления отделяют платиновый осадок фильтрованием при перепаде давления 0,1 мПа. Полученный осадок промывают водой и вместе с фильтром прокаливают при 700-750^oС.

Затем осадок обрабатывают концентрированной серной кислотой, отделяют его на фильтре и прокаливают при 750^oС. Платиновый концентрат растворяют в царской водке и переосаждают платину раствором хлорида аммония. Полученный осадок гексахлорплатината аммония прокаливают до получения губчатой платины.

Степень извлечения платины составляет около 99,5%.

Пример 1. Отработанный алюмоплатиновый катализатор риформинга АП-56, содержащий, мас. %: платина 0,52, оксид алюминия - остальное, подвергают обработке в среде кислородсодержащего газа при 400-600^oС для выжига кокса. Затем его обрабатывают водяным паром при 500^oС в течение 5 ч. При этом давление паров воды составляет 0,1 мПа, а воздуха 1,0 мПа. Отбирают навеску катализатора в количестве 1000 г и загружают в автоклав, заполненный концентрированным раствором щелочи (300-350 г/л) и реакционную массу нагревают при перемешивании до 150-180^oС. Процесс ведут в течение 12 ч. Получают раствор алюмината натрия с содержанием Аl₂О₃ 220 г/л и Nа₂О 250 г/л, платина в металлической форме в осадке. Для полноты извлечения платины из раствора алюмината натрия вводят алюминий с размером частиц 1,5 мм. Процесс восстановления растворенной платины ведут при 50^oС в течение 1 ч, после чего раствор алюмината натрия фильтруют при перепаде давления 0,1 мПа и скорости фильтрации 15,0 дм³/ч·м². Время фильтрации раствора составляет 20 ч. Полученный осадок промывают водой и прокаливают при 700-750^oС. Затем осадок обрабатывают 46-48%-ной серной кислотой. Платиносодержащий осадок отделяют на фильтре и прокаливают при 750^oС. После чего платиновый концентрат растворяют в царской водке и переосаждают платину хлоридом аммония. Полученный осадок гексахлорплатината аммония после отделения на фильтре прокаливают до получения губчатой платины.

Степень извлечения платины из отработанного катализатора риформинга АП-56 составляет 99,5%. Производительность процесса с учетом скорости фильтрации, равной 15,0 дм³/ч, составила 1,2 кг/сут.

Пример 2. Отработанный алюмоплатиновый катализатор гидрирования АП-15, содержащий мас. %: платина 0,15%, оксид алюминия - остальное, подвергают обработке аналогично, как указано в примере 1. При этом давление паров воды составляет 0,08 мПа, а воздуха 1,2 мПа. В качестве восстановителя используют цинк металлический с размером частиц 3,0 мм. Процесс восстановления платины из раствора алюмината натрия ведут при 60^oС. Скорость фильтрации платиносодержащего осадка составляет 16,0 дм³/ч·м². Время фильтрации 20 ч.

Степень извлечения платины из отработанного катализатора гидрирования АП-15 составляет 99,0%. Производительность процесса составляет 1,2 кг/сут.

Пример 3 (сравнительный). Отработанный алюмоплатиновый катализатор риформинга АП-56, содержащий, мас.%: платина 0,52, оксид алюминия - остальное, подвергают обработке для выжига кокса аналогично примера 1, но без обработки водяным паром. Навеску катализатора после выжига кокса в количестве 1000 г загружают в автоклав и выщелачивают по условиям примера 1. Платиносодержащий осадок отделяют на фильтре при скорости фильтрации 8,0 дм³/ч·м². Время фильтрации составило 43 ч. Остальные условия обработки и выделения платины, как указано в примере 1.

Степень извлечения платины из отработанного катализатора риформинга АП-56 составляет 98%. Производительность процесса с учетом скорости фильтрации, равной 8,0 дм³/ч·м², составляет 0,56 кг/сут.

Анализируя полученные данные по проведенным экспериментальным исследованиям (примеры 1-3), можно сделать вывод, что дополнительная обработка отработанных катализаторов риформинга и гидрирования водяным паром при выбранных оптимальных условиях позволяет получить более высокую степень извлечения платины 99,0-99,5% при увеличении производительности процесса примерно в 2 раза.

Таким образом, разработанный новый способ извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия позволил повысить степень извлечения платины до 99,0-99,5%, повысить производительность процесса за счет увеличения скорости фильтрации до 15,0 дм³/ч·м² на стадии отделения платинового осадка от раствора алюмината натрия; утилизировать растворы алюмината натрия в синтезе цеолитов.

Разработанный способ может быть реализован в промышленных условиях без значительных экономических затрат.

Формула изобретения

Способ извлечения платины из отработанных платиносодержащих катализаторов на основе оксида алюминия, включающий выжигание кокса в среде кислородсодержащего газа при 400 - 600^oС, обработку катализатора щелочью при 150 - 180^oС с последующим внесением восстановителя, отделением осадка от раствора алюмината натрия и выделением конечного продукта известными приемами, отличающийся тем, что после выжига кокса катализатор обрабатывают водяным паром при 450 - 600^oС в течение 4 - 6 ч, при этом давление паров воды 0,02 - 0,1 мПа, а воздуха 0,1 - 2,0 мПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют алюминий или цинк с размером частиц 1 - 3 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отделения платиносодержащего осадка раствор алюмината натрия направляют на синтез цеолита.