基于石油煉制過程的廢催化劑除油實驗分析

程紅衛

（中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600）

當前世界各國環境問題日益突出，使用環保的方式來實現針對有價金屬的利用及回收就變得尤為重要。目前，我國的石油消耗量已經達到了年均52070萬噸，而隨著全球可持續發展的呼聲不斷相應，采取必要的措施來促使石油產品更好更快地達到環保清潔的要求，是我國取得繁榮發展的必經之道。催化劑在當代石油化工中有著十分重要的地位，大約92%以上的石油化工反應都需要催化劑來協助進行，因此，其已經成為當代石油化工產業的核心技術，而加氫脫硫（HDS）是將原油轉化為常用石油產品的重要工藝。當前，我國國內已經擁有數目龐大的廢舊催化劑回收公司，這對促使催化劑實現充分的回收及利用具有重要的意義。基于此，筆者將于下文對石油煉制過程的廢催化劑除油實驗作出分析，并對出油的單因素實驗及其結果作出研究，以供讀者參考。

1 石油煉制過程的廢催化劑除油實驗探究

1.1 實驗原料、試劑及設備

本研究所使用的原料取自中國某石油公司生產的加氫脫硫催化劑MoNiCo/Al2O3，其為長3～5mm，粒徑1～2mm的棒狀顆粒。該樣品催化劑的表面被黑色的油狀物質包被，因此，可以使用化學滴定法來實現對于實驗原料主要成分的確定工作。該項實驗所使用的乙醇選購于天津的致遠化學試劑有限公司，其為純度分析試劑，實際操作時，應當確保所有限定濃度的試液都是使用去離子水來配制的。該項研究所使用的實驗設備是國產SKTC-500超聲波裝置，其頻率為20.22kHz，而且更要確保該超聲波裝置的功率能夠在0～1000W的范圍內實現有效的調控。

實際操作時，要把三頸燒瓶放置于PF-101S集熱恒溫器中，將磁力攪拌器的攪拌速度控制在600rpm。執行焙燒作業時，所使用的管式微波爐是由教育部重點實驗室自主研發出來的，其功率在0～1000W的范圍內都能夠實現有效的調控，并且其溫度也能夠實現自動的控制。

1.2 實驗操作流程

因為該項實驗所使用的廢催化劑具有一定的特殊性，所以可以通過實施三個步驟對這種催化劑執行有效的回收工作，其具體的工藝流程為先將廢Mo-Ni/Al2O3催化劑和乙醇加入超聲波裝置中以促使乙醇實現快速的脫油進程。爾后，再向該實驗裝置中加入脫油廢催化劑，之后再把實驗材料放入焙燒爐中執行相應的常規以及微波氧化焙燒操作。再將氧化廢催化劑以及碳酸鈉溶液加入反應容器中，以這種方式促使后續的浸出過濾操作得以有效運行。浸出過濾操作后得到的產物主要有含鉬浸出液以及浸出渣。

1.3 測定廢加氫脫硫催化劑的除油率

該項實驗所使用的煉油廢催化劑的最初油含量可以以15%來計算，這個數值是基于真空燜燒環境下催化劑質量的減少量而有效換算出來的，其具備較高的代表性。其除油率的計算方法為：

其中：α(%)表示脫油率，其單位為%；m0表示除油前的最初質量，其單位為g；mα表示除油后的質量，其單位為g。

1.4 測定廢加氫脫硫催化劑的鉬浸出率

鉬浸出率的計算方法為：

式中，α(%)表示浸出率，其單位為%；W1表示浸出料中Mo的含量，其單位為%；W2表示浸出渣中Mo的含量，其單位為%；m1表示浸出料的質量，其單位為g；m2表示浸出渣的質量，其單位為g。

2 除油的單因素實驗及其結果分析

2.1 單因素條件實驗

根據實驗所得的超聲波的單因素實驗結果，可以明確對相關的實驗結論作出總結。即依照超聲波使用之后溫度對除油率的影響數據，可以明確得出，當溫度從25℃升至55℃時，其除油率從71.65%上升至99.21%，而當溫度處于55℃以上時，其除油率會呈現出明顯的下降態勢。通過分析，可以將這種現象的產生原因歸納為，溫度升高，溶液中溶質的擴散系數會明顯增大，相應的傳質過程會實現明顯的強化，相應地，其化學反應速率會明顯加快，廢催化劑和其表面油質的黏接程度會相應降低，油質向溶液的擴散進程因而會呈現出明顯的加快態勢。但是，溫度過高時，反應裝置內的蒸氣壓會特別的大，超聲波的空化效應會明顯降低。而且，乙醇的沸點為78℃，溫度過高時，乙醇的蒸發速度會明顯加快，進而導致乙醇的濃度降低，因而除油率會顯著下降。基于此，可以認為，55℃是實驗進行的最佳溫度。再根據超聲時間對除油率的影響數據，可以明確得出，在0.5～2h的時間區間內，除油率會隨著時間的推遲而相應增大，這種現象產生的主要原因可以歸結為，由于超聲波具有較強的機械作用以及空化作用，固液反應界面的邊界層會表現出明顯的減弱趨勢，而且油質的轉移以及擴散進程會明顯加快。2h之后，廢加氫脫硫催化劑的內部結構會因超聲波的作用而相應改變，催化劑的顆粒會相應地被粉碎掉，因而催化劑的表面會再吸附油質，脫油率因而會明顯得下降。基于此，可以認為，2h是實驗運行的最佳實施時間。

2.2 XRD分析

根據實驗得到的除油廢催化劑的XRD數據，可以明確判斷出，除油廢催化劑中的Ni、Mo、Co主要是以硫化物的形式存在，而且其中還含有三氧化二鋁，出現這種情況的主要原因，是加氫脫硫催化劑在未使用時其本身就是以三氧化二鋁為基質，而且其內部還負載有NiO、MoO3、CoO等金屬離子氧化物，研究表明MoO3在加氫脫硫反應中有著非常重要的作用，該催化劑在合成階段，NiO是作為輔助劑而與三氧化二鋁產生較強的相互作用力，而且其會優先在其表面的四配位不飽和的鋁原子位置處反應，反應進行當中，載體表面的NiO負載含量會逐漸增大，相應地，作用于六配位鋁位置的比例會顯著增高，因此，該催化劑的活性會逐漸升高。同樣，作為常用的輔助劑之一，CoO也具有明顯的使用優勢，因為CoO能夠促使MoO3在載體三氧化二鋁表面的分散作用得以加強，該催化劑的活性因而就實現了相應的提升。石油煉制過程中，催化劑在發生加氫脫硫化學反應時，催化劑表面的氧化物會發生硫化反應，所以廢催化劑中的金屬會以硫化物的形式存在于反應裝置內部。

2.3 接觸角分析

根據試驗得出的除油前后的接觸角對比示意圖，可以明確對相關結論作出如下分析。先對脫油催化劑以及廢催化劑實施壓片作業，以此實現針對接觸角的測量工作。基于原料的最初與水的接觸角狀況，可以看出，原料的滲透時間較長，原料壓縮盤的最初接觸角要比脫油催化劑的最初接觸角高出許多，這充分說明含油催化劑具有較強的疏水性質，而且其在壓片的表面上會長時間以該種形式存在。但是，在脫油催化劑表面上產生的水滴會被瞬間吸收，因此，其無法在壓片上維持著穩定的狀態。廢催化劑中含有硫化物、氧化物等物質，其結構組成以及化學性質比較復雜，但是，其都屬于親水性物質。脫油料和原料的潤濕性有著顯著的差異，這表明超聲波的空化功能能夠協助乙醇洗滌法而有效除去廢催化劑表面上的油質。

3 結語

總而言之，有效運行石油煉制過程的廢催化劑除油實驗，對于發展我國石油產業具有重要的戰略意義，為此，筆者已于上文對相關的實驗設備、實驗流程等要素作出了詳細的分析，并對相關的主導因素實驗實現了必要的探討，希望能對相關人員有所幫助，也相信未來我國在石油煉制過程的廢催化劑除油實驗會實現更完備的研究，中國石油產業也實現更繁榮的發展。