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觸媒貴金屬回收,石化與汽車產業的環保競爭力
 

【作者: 籃貫銘】   2015年10月07日 星期三

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降低成本與提高收入是企業經營的鐵律。而對石化和汽機車業者來說,觸媒的貴金屬回收,就是其改善營運的最佳對策,不僅能夠降低經營成本,甚至可以成為其營運的資產,是該產業永續營運的關鍵。


對石化產業而言,觸媒裂解(Catalytic Cracking)程序是煉化原油的重要流程。原油中有過渡金屬如釩、鎳、鉻、鋅、鉛的存在,使得煉化程序中使用的流體裂解觸媒(Fluid Catalytic Cracking Catalyst, FCC)或是殘渣油裂解觸媒(Residue Fluidized Catalytic Cracking, RDOC),因為這些過渡金屬的污染而逐漸失去活性,導致最終需要汰換。



圖一 :   原油煉化所產生的廢觸媒,台灣每年因煉油而產生的FCC廢觸媒就超過一萬噸
圖一 : 原油煉化所產生的廢觸媒,台灣每年因煉油而產生的FCC廢觸媒就超過一萬噸

廢觸媒蘊藏豐富貴金屬

以台灣台塑石化及台灣中油為例,一年各約有五千至六千噸FCC廢觸媒的產生,亦即台灣每年本土因煉油而產生的FCC廢觸媒就超過一萬噸。而在這些廢觸媒當中,便含有許多的貴重金屬,此外,廢觸媒中有含量不少的有毒金屬成份,若未能妥善處理,也會對環境造成嚴重危害。


過去,石化業的廢觸媒是採取掩埋的方式處理,不僅無益於資源再利用,更對生態環境產生嚴重的危害。到了近幾年,廢觸媒的再利用技術開始問世,為石化業帶來了全新的視野。


然而,現今的廢觸媒回收方式卻存在著巨大的缺失,雖然回收了部分的貴金屬,卻在過程中產生了其他的汙染物,同時並造成其他資源的損失。


「目前絕對大多數的廢觸媒回收,在國外都是使用焚燒的方式,將部分的貴金屬分離出來。」優勝奈米科技總經理許景翔說。


他指出,使用焚燒法需要透過焚化爐來進行,但焚化爐每啟用一次就需要大量的燃油,同時也會產生廢氣。這個方法不僅會消耗地球資源,所衍生的廢氣處理也有空污的疑慮。


此外,焚燒法會徹底破壞底材,讓觸媒材料完全失去再回收的可能性。


1年回收4億美元的環保貴金屬剝除技術

而為了改善這項缺失,讓廢觸媒回收能夠更具效益,同時對生態與人體更加友善,優勝奈米科技推出一項專為廢觸媒貴金屬回收的環保剝除產品:UW-195。該產品為環保剝除劑,能在常溫中迅速剝除廢觸媒中的貴金屬鈀(Pd)、鉑(Pt)。


依據優勝奈米的內部實驗,以含鈀的廢觸媒為例,在沒有粉碎的情況下,他們能達到2.83 g Pd/Kg的回收率。若以一年產生五千噸的廢觸媒換算,約能回收14150公斤的鈀,價值超過4億美元。



圖二 :   優勝奈米將140克的廢觸媒泡入50ml的剝金劑中,一分鐘後,便得到濃度4.59 g Pd/L的鈀溶液
圖二 : 優勝奈米將140克的廢觸媒泡入50ml的剝金劑中,一分鐘後,便得到濃度4.59 g Pd/L的鈀溶液

「我們將2克的廢觸媒浸到100ml的剝金溶液裡(濃度68%的硝酸50ml,混入50ml的UW-195剝金劑),在25℃的室溫裡,只需要幾十秒,就能完成鈀的剝除。」許景翔說。


若將廢觸媒的數量增加,則剝除的鈀濃度則還會進一步的增加。優勝奈米也嘗試將140克的廢觸媒泡入50ml的剝金劑中,一分鐘後,便得到濃度4.59 g Pd/L的鈀溶液。


更重要的是,整個環保剝除流程都不會損害觸媒的底材,外觀看起來就如同直接還原觸媒,讓觸媒還可做進一步的回收。


汽車觸媒轉換器是另一大資源

而對汽機車業者來說,觸媒則是一項製造成本。在目前的法規要求下,觸媒轉換器已是車輛出廠必須安裝的標準配備,以減輕有害廢氣的排放。


圖三 :   目前已是觸媒轉換器的更換高峰期,若能在轉換器廢棄淘汰時,將貴金屬回收,對改善製造成本會有立即的協助
圖三 : 目前已是觸媒轉換器的更換高峰期,若能在轉換器廢棄淘汰時,將貴金屬回收,對改善製造成本會有立即的協助

同樣的,生產汽機車觸媒轉換器也須用到稀有貴金屬,包含金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)等。根據市場研究機構Global Information的預測,全球汽車用觸媒轉換器市場在2019年將達到1億4,339萬台的市場規模。


另一方面,觸媒轉換器屬消耗品,使用約8萬公里就必須更換,約等於8年至10年的壽命。而從法規推行的時間點估算,目前已是觸媒轉換器的更換高峰期。


因此,若能在轉換器廢棄淘汰時,將這些貴金屬回收,對改善製造成本將會有立即的協助。



圖四 :   一般觸媒轉化器的外殼以不鏽鋼或鑄鐵製成,內含陶瓷或金屬擔體作為鉑族金屬附著或散佈的固體結構
圖四 : 一般觸媒轉化器的外殼以不鏽鋼或鑄鐵製成,內含陶瓷或金屬擔體作為鉑族金屬附著或散佈的固體結構

以汽車為例,一般觸媒轉化器的外殼以不鏽鋼或鑄鐵製成,內含陶瓷或金屬擔體作為鉑族金屬附著或散佈的固體結構。一部汽車使用的觸媒轉化器重量約4至7公斤重,其中擔體約1至3公斤重,而其中的鉑、鈀或銠約佔4公克(0.13盎司)。


目前觸媒轉化器依據汽車的排氣量而有所不同,而鉑、鈀與銠的成本則占了約10%~ 20%。


立即提升10%的獲利率

同樣採用UW-195環保剝除配方,優勝奈米也成功地從廢汽車觸媒轉換器中把貴金屬分離出來。


由於汽車觸媒轉換器體積龐大,且外層有不鏽鋼等金屬包覆,必須先行加工後,才能進行貴金屬剝除。優勝奈米的團隊先將汽車觸媒轉換器本體取下,再研磨成粉末,接著浸泡至UW-195溶液裡。三個小時後,便能將汽車觸媒轉換器裡的貴金屬剝除至溶液裡。


而經由ICP光譜檢測,溶液裡的貴金屬含量,包含黃金(92.58 ppm)、鉑(1411.6 ppm)與銠(163.9 ppm)。


「若以1公斤的汽車觸媒轉換器樣品來估算,約可得到1.4克的黃金,0.14克的鉑與0.13克的銠,目前的市價約為美金53元。底材還有其他金屬可以再處理」許景翔說。



圖五 :   優勝奈米將汽車觸媒轉換器本體取下,再研磨成粉末,接著浸泡至UW-195溶液裡。三個小時後,便能將汽車觸媒轉換器裡的貴金屬剝除至溶液裡
圖五 : 優勝奈米將汽車觸媒轉換器本體取下,再研磨成粉末,接著浸泡至UW-195溶液裡。三個小時後,便能將汽車觸媒轉換器裡的貴金屬剝除至溶液裡

這個成果著實驚人,讓汽車業的生產成本直接減少10%以上,換句話說,就是讓獲利提升了10%,而這對汽車製造業者來說,將是個巨大的優勢。


產業與環境雙贏的最佳見解

而從環保的觀點來看,優勝奈米的解決方案將可以讓已經產生或未來即將產生的大量廢觸媒轉換器,有更具效益且更加環保的處理方式。不僅增加業者的獲利空間,同時大量減少環境汙染的危害,為產業和環境帶來雙贏的局面。


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