摘要:研究了利用旋转闪蒸干燥机干燥裂化催化剂的可行性。试验结果表明:在进风温度为180～400 ℃,尾气温度小于150 ℃的操作条件下,催化剂的最终水质量分数为6 %～30 %变化,而且在试验过程中,催化剂没有破碎现象,旋转闪蒸干燥器完全可以用于干燥裂化催化剂。
    关键词:干燥;裂化催化剂;闪蒸干燥;粉体

    　裂化催化剂是重油加工过程中使用的一种重要的催化剂,其功能是把渣油和重油裂化成汽油、柴油等轻质燃料油及其他化工原料。裂化催化剂一般由高岭土、氧化铝和分子筛组成,其制备过程包括胶体制备、喷雾干燥、洗涤和干燥,最终得到产品。催化剂的颗粒分布一般为20～80μm ,中位粒径为60μm左右[1 ] 。目前,催化剂的干燥多采用直管气流干燥方式,这种干燥方式存在很多不足之处,如由于直管较长导致占地面积很大;固体颗粒与热空气之间相对速度较小而使得温度梯度较小,热利用率不高;气固两相流湍动程度小,传热系数低等。相比而言,旋转闪蒸干燥机具有很多优点,如单位体积蒸发能力高,可使物料迅速干燥,达到高效、快速,小设备大生产的效果。物料在设备内作旋转运动,增大了物料行程,即增大了物料的停留时间,因此,使用的干燥管可不必太长。设备中心区域为气流干燥,使旋转闪蒸干燥中心管区得以强化,提高了干燥速度和干燥产量。由于旋流与上升气流同时存在,增大了气流间、气流与物料间相互湍动,形成涡流流化干燥,提高了传热、传质系数,加快了物料的干燥速度,有利于降低产品的湿含量。另外,系统为负压操作,避免了环境污染。因此,旋转闪蒸干燥机是干燥裂化催化剂的较好选择[2 - 3 ] 。
    该试验主要研究催化剂在旋转闪蒸干燥机上的干燥特性,探讨利用闪蒸干燥机干燥催化剂的可行性,为催化剂生产企业工艺流程的改进和设备选型提供基本依据。
1 　试验部分
1.1 　试验流程
    试验所用设备是根据裂化催化剂的特点设计的,主要由储料仓、喂料机、流化床干燥塔、鼓风机、引风机、热风炉、旋风分离器、除尘器和控制系统等单元操作设备组成,其流程示意图见图1。
    鼓风机使系统外空气沿切向进入热风炉,引风机使系统内气流呈负压状态,从而使得燃烧器燃烧形成的火焰在热风炉内旋转混合,最终在热风炉出口端获得理想的热风。热风从干燥机底部的旋流器沿切向进入干燥机内,产生高速回旋的上升气流。待干燥的湿物料由螺杆输送机定量送至干燥室内。在高速回旋气流和底部搅拌器的共同作用下,团块状湿物料不断破碎、分散、沸腾和干燥。干燥合格后的物料被气流从干燥机上部出口带出,经旋风分离器捕集得到干燥成品,同时尾气排至布袋除尘器继续收集细粉。干燥塔内颗粒太大或湿度较高的物料被干燥室上部的分级堰板阻挡,在干燥室内继续被破碎、干燥,直至被气流带出。
   
1.2 　分析方法及仪器
    催化剂水含量的测定是通过将样品在马弗炉中800 ℃时焙烧1 h 后测定残余固体量,然后计算水分含量。颗粒粒径分布用激光粒度仪测量。
1.3 　试验步骤
    (1) 将控制柜操作控制方式设置为“手动”,按顺序启动引风机和鼓风机,并调节引风机、鼓风机的进风阀门开度,使干燥塔体底部以上呈微负压状态。
    (2) 点燃热风发生炉的燃烧器,并调节其热风出口温度到工艺操作设置值。
    (3) 对热风全系统进行预热,待尾气温度达到设定值并稳定后,再启动干燥机的底部搅拌器和螺旋喂料机,同时加料投入生产。
    (4) 在开始加料初期,应由低向高逐渐手动调节螺旋喂料机的转速,待干燥机尾气温度接近或达到设定值后,将操作方式设置为“自动”,即可由计算机根据尾气温度设定值及当前状态来自动调节物料的加料速度。干燥过程进入正常的自控状态。
    (5) 系统稳定约30 min 后取样分析颗粒粒径分布和水含量,继续调节进风温度进行试验。
    (6) 试验结束后将操作控制方式切换为“手动”。
    (7) 停止螺旋喂料机加料,同时关闭热风发生炉的燃烧器。
    (8) 待系统风温降至50 ℃以下时,再依次关闭干燥机搅拌器、鼓风机、引风机、冷却水阀门。
    (9) 清理旋风分离器及袋式除尘器内的残料。
    (10) 关闭控制总电源。
2 　试验结果与讨论
    试验用的干燥原料为过滤得到的裂化催化剂滤饼。喷雾干燥得到的催化剂粉料含有一定量的杂质组分,必须用洗涤的方法除去杂质。将催化剂粉料根据配比加入到配制好的溶液中进行搅拌洗涤,用过滤机过滤得到催化剂滤饼,把滤饼直接输送到闪蒸干燥机,干燥后得到产品。滤饼初始水质量分数为3415 % ,颗粒平均粒径为71174 mm。由于收集细粉用的袋式除尘器耐温上限为150 ℃,考虑到水汽结露和布袋耐受温度的限制,闪蒸干燥的尾气温度一般控制为100～150 ℃,设定尾气温度为120 ℃,通过改变进风温度,考察产品的水含量,从而研究催化剂粉体的干燥规律。干燥过程中,由于系统有些波动,因此, 进风和出风温度以现场测定为主。见表1。
    
    从表1 数据可以看出,调节进风温度,可以控制产品水分质量分数为3 %～5 % ,这个范围完全复合裂化催化剂产品的出厂要求。为了考察尾气温度对产品水含量的影响,该试验还将尾气温度调到高限即150 ℃,在进风温度360 ℃时,水分质量分数可以降到4 %以下,由此进一步说明,闪蒸干燥完全可以用于催化剂洗涤干燥过程,并且,可以根据产品出厂要求调节产品水含量。
    
    从表2 可以看出,滤饼经过破碎后在热气流的作用下脱除水分,这个过程中,催化剂粉体基本没有破碎,维持了原有的理化性质。
3 　结论
    旋转闪蒸干燥系统是比较成熟的干燥设备,在化工、医药、冶金、采矿等领域有广泛的应用,但在裂化催化剂干燥过程中的应用尚无先例。该研究测定了裂化催化剂在闪蒸干燥机上的干燥特性,结果表明,闪蒸干燥系统连续性好、设备体积小、处理量大、易于控制,完全可以替代直管气流干燥设备用于干燥裂化催化剂,其干燥后的水分含量和颗粒分布也符合裂化催化剂产品出厂的需求。

参考文献
[1] 潘永康,王喜忠. 现代干燥技术[M] . 北京: 化学工业出版社,1998.
[2] 孟巍,孟祥春. 气流式旋转闪蒸干燥器[J ] . 化工装备技术,1998 ,19(3) :37 - 39.