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為6 %～30 %變化,而且在試驗過程中,催化劑沒有破碎現象,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,傳熱系數低等。相比而言,旋轉閃蒸干燥機具有很多優點,如單位體積蒸發能力高,可使物料迅速干燥,達到高效、快速,小設備大生產的效果。物料在設備內作旋轉運動,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。設備中心區域為氣流干燥,使旋轉閃蒸干燥中心管區得以強化,提高了干燥速度和干燥產量。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,加快了物料的干燥速度,有利于降低產品的濕含量。另外,系統為負壓操作,避免了環境污染。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,為催化劑生產企業工藝流程的改進和設備選型提供基本依據。
1 　試驗部分
1.1 　試驗流程
    試驗所用設備是根據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、除塵器和控制系統等單元操作設備組成,其流程示意圖見圖1。
    鼓風機使系統外空氣沿切向進入熱風爐,引風機使系統內氣流呈負壓狀態,從而使得燃燒器燃燒形成的火焰在熱風爐內旋轉混合,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,產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。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收集細粉。干燥塔內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,在干燥室內繼續被破碎、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,并調節引風機、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。
    (2) 點燃熱風發生爐的燃燒器,并調節其熱風出口溫度到工藝操作設置值。
    (3) 對熱風全系統進行預熱,待尾氣溫度達到設定值并穩定后,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。
    (4) 在開始加料初期,應由低向高逐漸手動調節螺旋喂料機的轉速,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”,即可由計算機根據尾氣溫度設定值及當前狀態來自動調節物料的加料速度。干燥過程進入正常的自控狀態。
    (5) 系統穩定約30 min 后取樣分析顆粒粒徑分布和水含量,繼續調節進風溫度進行試驗。
    (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,同時關閉熱風發生爐的燃燒器。
    (8) 待系統風溫降至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,干燥后得到產品。濾餅初始水質量分數為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,考察產品的水含量,從而研究催化劑粉體的干燥規律。干燥過程中,由于系統有些波動,因此, 進風和出風溫度以現場測定為主。見表1。
    
    從表1 數據可以看出,調節進風溫度,可以控制產品水分質量分數為3 %～5 % ,這個范圍完全復合裂化催化劑產品的出廠要求。為了考察尾氣溫度對產品水含量的影響,該試驗還將尾氣溫度調到高限即150 ℃,在進風溫度360 ℃時,水分質量分數可以降到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,可以根據產品出廠要求調節產品水含量。
    
    從表2 可以看出,濾餅經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
    旋轉閃蒸干燥系統是比較成熟的干燥設備,在化工、醫藥、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,閃蒸干燥系統連續性好、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品出廠的需求。

參考文獻
[1] 潘永康,王喜忠. 現代干燥技術[M] . 北京: 化學工業出版社,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.