摘要:研究了利用旋轉閃蒸干燥機干燥裂化催化劑的可行性。試驗結果表明:在進風溫度為180～400 ℃,尾氣溫度小于150 ℃的操作條件下,催化劑的最終水質量分數(shù)為6 %～30 %變化,而且在試驗過程中,催化劑沒有破碎現(xiàn)象,旋轉閃蒸干燥器完全可以用于干燥裂化催化劑。
    關鍵詞:干燥;裂化催化劑;閃蒸干燥;粉體

    　裂化催化劑是重油加工過程中使用的一種重要的催化劑,其功能是把渣油和重油裂化成汽油、柴油等輕質燃料油及其他化工原料。裂化催化劑一般由高嶺土、氧化鋁和分子篩組成,其制備過程包括膠體制備、噴霧干燥、洗滌和干燥,最終得到產(chǎn)品。催化劑的顆粒分布一般為20～80μm ,中位粒徑為60μm左右[1 ] 。目前,催化劑的干燥多采用直管氣流干燥方式,這種干燥方式存在很多不足之處,如由于直管較長導致占地面積很大;固體顆粒與熱空氣之間相對速度較小而使得溫度梯度較小,熱利用率不高;氣固兩相流湍動程度小,傳熱系數(shù)低等。相比而言,旋轉閃蒸干燥機具有很多優(yōu)點,如單位體積蒸發(fā)能力高,可使物料迅速干燥,達到高效、快速,小設備大生產(chǎn)的效果。物料在設備內(nèi)作旋轉運動,增大了物料行程,即增大了物料的停留時間,因此,使用的干燥管可不必太長。設備中心區(qū)域為氣流干燥,使旋轉閃蒸干燥中心管區(qū)得以強化,提高了干燥速度和干燥產(chǎn)量。由于旋流與上升氣流同時存在,增大了氣流間、氣流與物料間相互湍動,形成渦流流化干燥,提高了傳熱、傳質系數(shù),加快了物料的干燥速度,有利于降低產(chǎn)品的濕含量。另外,系統(tǒng)為負壓操作,避免了環(huán)境污染。因此,旋轉閃蒸干燥機是干燥裂化催化劑的較好選擇[2 - 3 ] 。
    該試驗主要研究催化劑在旋轉閃蒸干燥機上的干燥特性,探討利用閃蒸干燥機干燥催化劑的可行性,為催化劑生產(chǎn)企業(yè)工藝流程的改進和設備選型提供基本依據(jù)。
1 　試驗部分
1.1 　試驗流程
    試驗所用設備是根據(jù)裂化催化劑的特點設計的,主要由儲料倉、喂料機、流化床干燥塔、鼓風機、引風機、熱風爐、旋風分離器、除塵器和控制系統(tǒng)等單元操作設備組成,其流程示意圖見圖1。
    鼓風機使系統(tǒng)外空氣沿切向進入熱風爐,引風機使系統(tǒng)內(nèi)氣流呈負壓狀態(tài),從而使得燃燒器燃燒形成的火焰在熱風爐內(nèi)旋轉混合,最終在熱風爐出口端獲得理想的熱風。熱風從干燥機底部的旋流器沿切向進入干燥機內(nèi),產(chǎn)生高速回旋的上升氣流。待干燥的濕物料由螺桿輸送機定量送至干燥室內(nèi)。在高速回旋氣流和底部攪拌器的共同作用下,團塊狀濕物料不斷破碎、分散、沸騰和干燥。干燥合格后的物料被氣流從干燥機上部出口帶出,經(jīng)旋風分離器捕集得到干燥成品,同時尾氣排至布袋除塵器繼續(xù)收集細粉。干燥塔內(nèi)顆粒太大或濕度較高的物料被干燥室上部的分級堰板阻擋,在干燥室內(nèi)繼續(xù)被破碎、干燥,直至被氣流帶出。
   
1.2 　分析方法及儀器
    催化劑水含量的測定是通過將樣品在馬弗爐中800 ℃時焙燒1 h 后測定殘余固體量,然后計算水分含量。顆粒粒徑分布用激光粒度儀測量。
1.3 　試驗步驟
    (1) 將控制柜操作控制方式設置為“手動”,按順序啟動引風機和鼓風機,并調(diào)節(jié)引風機、鼓風機的進風閥門開度,使干燥塔體底部以上呈微負壓狀態(tài)。
    (2) 點燃熱風發(fā)生爐的燃燒器,并調(diào)節(jié)其熱風出口溫度到工藝操作設置值。
    (3) 對熱風全系統(tǒng)進行預熱,待尾氣溫度達到設定值并穩(wěn)定后,再啟動干燥機的底部攪拌器和螺旋喂料機,同時加料投入生產(chǎn)。
    (4) 在開始加料初期,應由低向高逐漸手動調(diào)節(jié)螺旋喂料機的轉速,待干燥機尾氣溫度接近或達到設定值后,將操作方式設置為“自動”,即可由計算機根據(jù)尾氣溫度設定值及當前狀態(tài)來自動調(diào)節(jié)物料的加料速度。干燥過程進入正常的自控狀態(tài)。
    (5) 系統(tǒng)穩(wěn)定約30 min 后取樣分析顆粒粒徑分布和水含量,繼續(xù)調(diào)節(jié)進風溫度進行試驗。
    (6) 試驗結束后將操作控制方式切換為“手動”。
    (7) 停止螺旋喂料機加料,同時關閉熱風發(fā)生爐的燃燒器。
    (8) 待系統(tǒng)風溫降至50 ℃以下時,再依次關閉干燥機攪拌器、鼓風機、引風機、冷卻水閥門。
    (9) 清理旋風分離器及袋式除塵器內(nèi)的殘料。
    (10) 關閉控制總電源。
2 　試驗結果與討論
    試驗用的干燥原料為過濾得到的裂化催化劑濾餅。噴霧干燥得到的催化劑粉料含有一定量的雜質組分,必須用洗滌的方法除去雜質。將催化劑粉料根據(jù)配比加入到配制好的溶液中進行攪拌洗滌,用過濾機過濾得到催化劑濾餅,把濾餅直接輸送到閃蒸干燥機,干燥后得到產(chǎn)品。濾餅初始水質量分數(shù)為3415 % ,顆粒平均粒徑為71174 mm。由于收集細粉用的袋式除塵器耐溫上限為150 ℃,考慮到水汽結露和布袋耐受溫度的限制,閃蒸干燥的尾氣溫度一般控制為100～150 ℃,設定尾氣溫度為120 ℃,通過改變進風溫度,考察產(chǎn)品的水含量,從而研究催化劑粉體的干燥規(guī)律。干燥過程中,由于系統(tǒng)有些波動,因此, 進風和出風溫度以現(xiàn)場測定為主。見表1。
    
    從表1 數(shù)據(jù)可以看出,調(diào)節(jié)進風溫度,可以控制產(chǎn)品水分質量分數(shù)為3 %～5 % ,這個范圍完全復合裂化催化劑產(chǎn)品的出廠要求。為了考察尾氣溫度對產(chǎn)品水含量的影響,該試驗還將尾氣溫度調(diào)到高限即150 ℃,在進風溫度360 ℃時,水分質量分數(shù)可以降到4 %以下,由此進一步說明,閃蒸干燥完全可以用于催化劑洗滌干燥過程,并且,可以根據(jù)產(chǎn)品出廠要求調(diào)節(jié)產(chǎn)品水含量。
    
    從表2 可以看出,濾餅經(jīng)過破碎后在熱氣流的作用下脫除水分,這個過程中,催化劑粉體基本沒有破碎,維持了原有的理化性質。
3 　結論
    旋轉閃蒸干燥系統(tǒng)是比較成熟的干燥設備,在化工、醫(yī)藥、冶金、采礦等領域有廣泛的應用,但在裂化催化劑干燥過程中的應用尚無先例。該研究測定了裂化催化劑在閃蒸干燥機上的干燥特性,結果表明,閃蒸干燥系統(tǒng)連續(xù)性好、設備體積小、處理量大、易于控制,完全可以替代直管氣流干燥設備用于干燥裂化催化劑,其干燥后的水分含量和顆粒分布也符合裂化催化劑產(chǎn)品出廠的需求。

參考文獻
[1] 潘永康,王喜忠. 現(xiàn)代干燥技術[M] . 北京: 化學工業(yè)出版社,1998.
[2] 孟巍,孟祥春. 氣流式旋轉閃蒸干燥器[J ] . 化工裝備技術,1998 ,19(3) :37 - 39.