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触媒贵金属回收,石化与汽车产业的环保竞争力
 

【作者: 籃貫銘】2015年10月07日 星期三

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降低成本与提高收入是企业经营的铁律。而对石化和汽机车业者来说,触媒的贵金属回收,就是其改善营运的最佳对策,不仅能够降低经营成本,甚至可以成为其营运的资产,是该产业永续营运的关键。


对石化产业而言,触媒裂解(Catalytic Cracking)程序是炼化原油的重要流程。原油中有过渡金属如钒、镍、铬、锌、​​铅的存在,使得炼化程序中使用的流体裂解触媒(Fluid Catalytic Cracking Catalyst, FCC)或是残渣油裂解触媒(Residue Fluidized Catalytic Cracking, RDOC),因为这些过渡金属的污染而逐渐失去活性,导致最终需要汰换。



图一: 原油炼化所产生的废触媒,台湾每年因炼油而产生的FCC废触媒就超过一万吨
图一: 原油炼化所产生的废触媒,台湾每年因炼油而产生的FCC废触媒就超过一万吨

废触媒蕴藏丰富贵金属

以台湾台塑石化及台湾中油为例,一年各约有五千至六千吨FCC废触媒的产生,亦即台湾每年本土因炼油而产生的FCC废触媒就超过一万吨。而在这些废触媒当中,便含有许多的贵重金属,此外,废触媒中有含量不少的有毒金属成份,若未能妥善处理,也会对环境造成严重危害。


过去,石化业的废触媒是采取掩埋的方式处理,不仅无益于资源再利用,更对生态环境产生严重的危害。到了近几年,废触媒的再利用技术开始问世,为石化业带来了全新的视野。


然而,现今的废触媒回收方式却存在着巨大的缺失,虽然回收了部分的贵金属,却在过程中产生了其他的污染物,同时并造成其他资源的损失。


「目前绝对大多数的废触媒回收,在国外都是使用焚烧的方式,将部分的贵金属分离出来。」优胜奈米科技总经理许景翔说。


他指出,使用焚烧法需要透过焚化炉来进行,但焚化炉每启用一次就需要大量的燃油,同时也会产生废气。这个方法不仅会消耗地球资源,所衍生的废气处理也有空污的疑虑。


此外,焚烧法会彻底破坏底材,让触媒材料完全失去再回收的可能性。


1年回收1.5亿美元的环保贵金属剥除技术


而为了改善这项缺失,让废触媒回收能够更具效益,同时对生态与人体更加友善,优胜奈米科技推出一项专为废触媒贵金属回收的环保剥除产品:UW-195。该产品为环保剥除剂,能在常温中迅速剥除废触媒中的贵金属钯(Pd)、铂(Pt)。


依据优胜奈米的内部实验,以含钯的废触媒为例,在没有粉碎的情况下,他们能达到1.435 g Pd/Kg的回收率。若以一年产生五千吨的废触媒换算,约能回收7175公斤的钯,价值超过1.5亿美元。



图二: 优胜奈米将140克的废触媒泡入50ml的剥金剂中,一分钟后,便得到浓度4.59 g Pd/L的钯溶液
图二: 优胜奈米将140克的废触媒泡入50ml的剥金剂中,一分钟后,便得到浓度4.59 g Pd/L的钯溶液

「我们将2克的废触媒浸到100ml的剥金溶液里(浓度68%的硝酸50ml,混入50ml的UW-195剥金剂),在25℃的室温里,只需要几十秒,就能完成钯的剥除。」许景翔说。


若将废触媒的数量增加,则剥除的钯浓度则还会进一步的增加。优胜奈米也尝试将140克的废触媒泡入50ml的剥金剂中,一分钟后,便得到浓度4.59 g Pd/L的钯溶液。


更重要的是,整个环保剥除流程都不会损害触媒的底材,外观看起来就如同直接还原触媒,让触媒还可做进一步的回收。


汽车触媒转换器是另一大资源

而对汽机车业者来说,触媒则是一项制造成本。在目前的法规要求下,触媒转换器已是车辆出厂必须安装的标准配备,以减轻有害废气的排放。


图三: 目前已是触媒转换器的更换高峰期,若能在转换器废弃淘汰时,将贵金属回收,对改善制造成本会有立即的协助
图三: 目前已是触媒转换器的更换高峰期,若能在转换器废弃淘汰时,将贵金属回收,对改善制造成本会有立即的协助

同样的,生产汽机车触媒转换器也须用到稀有贵金属,包含金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)等。根据市场研究机构Global Information的预测,全球汽车用触媒转换器市场在2019年将达到1亿4,339万台的市场规模。


另一方面,触媒转换器属消耗品,使用约8万公里就必须更换,约等于8年至10年的寿命。而从法规推行的时间点估算,目前已是触媒转换器的更换高峰期。


因此,若能在转换器废弃淘汰时,将这些贵金属回收,对改善制造成本将会有立即的协助。



图四: 一般触媒转化器的外壳以不锈钢或铸铁制成,内含陶瓷或金属担体作为铂族金属附着或散布的固体结构
图四: 一般触媒转化器的外壳以不锈钢或铸铁制成,内含陶瓷或金属担体作为铂族金属附着或散布的固体结构

以汽车为例,一般触媒转化器的外壳以不锈钢或铸铁制成,内含陶瓷或金属担体作为铂族金属附着或散布的固体结构。一部汽车使用的触媒转化器重量约4至7公斤重,其中担体约1至3公斤重,而其中的铂、钯或铑约占4公克(0.13盎司)。


目前触媒转化器依据汽车的排气量而有所不同,而铂、钯与铑的成本则占了约10%~ 20%。


立即提升10%的获利率

同样采用UW-195环保剥除配方,优胜奈米也成功地从废汽车触媒转换器中把贵金属分离出来。


由于汽车触媒转换器体积庞大,且外层有不锈钢等金属包覆,必须先行加工后,才能进行贵金属剥除。优胜奈米的团队先将汽车触媒转换器本体取下,再研磨成粉末,接着浸泡至UW-195溶液里。三个小时后,便能将汽车触媒转换器里的贵金属剥除至溶液里。


而经由ICP光谱检测,溶液里的贵金属含量,包含黄金(92.58 ppm)、铂(1411.6 ppm)与铑(163.9 ppm)。


「若以1公斤的汽车触媒转换器样品来估算,约可得到1.4克的黄金,0.14克的铂与0.13克的铑,目前的市价约为美金53元。底材还有其他金属可以再处理」许景翔说。



图五: 优胜奈米将汽车触媒转换器本体取下,再研磨成粉末,接着浸泡至UW-195溶液里。三个小时后,便能将汽车触媒转换器里的贵金属剥除至溶液里
图五: 优胜奈米将汽车触媒转换器本体取下,再研磨成粉末,接着浸泡至UW-195溶液里。三个小时后,便能将汽车触媒转换器里的贵金属剥除至溶液里

这个成果着实惊人,让汽车业的生产成本直接减少10%以上,换句话说,就是让获利提升了10%,而这对汽车制造业者来说,将是个巨大的优势。


产业与环境双赢的最佳见解

而从环保的观点来看,优胜奈米的解决方案将可以让已经产生或未来即将产生的大量废触媒转换器,有更具效益且更加环保的处理方式。不仅增加业者的获利空间,同时大量减少环境污染的危害,为产业和环境带来双赢的局面。


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