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        旋轉(zhuǎn)體孔結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑成型過程的影響

        2019-04-15 08:16:34郭紅起
        山東化工 2019年6期
        關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)體圓球篩分

        郭紅起,楊 凌,尹 喆

        (中國石化催化劑有限公司齊魯分公司,山東 淄博 255300)

        催化裂化(FCC)催化劑是粗細(xì)不均的顆?;旌象w,細(xì)顆粒與粗顆粒相互夾雜可以起到潤滑的作用,有利于流化,但是細(xì)顆粒過多或者粗細(xì)分布不集中反而會(huì)降低催化劑的流化性能,同時(shí),會(huì)造成煉化裝置催化劑消耗量的上升,增加污染物的排放,從而影響生產(chǎn)生活環(huán)境。圓球度及表面平整性不好,會(huì)加劇催化劑顆粒在催化反應(yīng)過程中的磨損,降低催化劑的耐磨性能,導(dǎo)致催化劑的跑損,造成污染。因此,石油煉制企業(yè)為更好的承擔(dān)自身的社會(huì)責(zé)任,持續(xù)進(jìn)行裝置結(jié)構(gòu)合理化和產(chǎn)品燃料潔凈化的同時(shí),也對(duì)催化裂化催化劑的篩分質(zhì)量和圓球度等質(zhì)量參數(shù)提出了更加嚴(yán)格的要求。因此,作為催化裂化催化劑的生產(chǎn)企業(yè)在滿足煉化用戶對(duì)產(chǎn)品篩分質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上,需要不斷改進(jìn)工藝流程,優(yōu)化操作控制條件,逐步改善催化裂化催化劑的篩分集中度和顆粒圓球度,確保催化劑產(chǎn)品內(nèi)、外在質(zhì)量的全面提升。

        噴霧干燥過程中,影響催化劑成型的因素有很多,如噴霧壓力、旋轉(zhuǎn)體及噴嘴的結(jié)構(gòu)、其他干燥條件等。本文主要研究通過優(yōu)化旋轉(zhuǎn)體孔結(jié)參數(shù),達(dá)到改善催化劑篩分質(zhì)量及圓球度的目的。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原理

        噴霧成型的關(guān)鍵在于漿液霧化,液滴霧化的大小和均勻程度對(duì)最終產(chǎn)品的性質(zhì)有較大影響。如果霧滴大小不均勻,就會(huì)出現(xiàn)大顆粒未干燥而小顆粒已過度干燥的現(xiàn)象;如果霧滴太大或太小,都會(huì)使產(chǎn)品粒度分布不合格。因此,霧化器是噴霧成型的關(guān)鍵設(shè)備,目前,工業(yè)生產(chǎn)中使用最普遍的是壓力式霧化器。

        壓力式霧化器主要由旋轉(zhuǎn)體、旋轉(zhuǎn)室和噴嘴組成,高壓泵使液體獲得很高的壓力,從旋轉(zhuǎn)體切線入口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室中,液體在旋轉(zhuǎn)室獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),在噴嘴中央形成一股壓力等于大氣壓的空氣旋流,而液體則形成繞空氣心旋轉(zhuǎn)的環(huán)形薄膜,從噴嘴噴出,液膜伸長變薄,最后分裂成小液滴。液滴分散在噴霧干燥塔內(nèi)的熱空氣中,使水分迅速蒸發(fā),脫水成型,形成符合粒度分布的微球[1]。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        保持噴霧條件、噴嘴尺寸等條件不變,通過改變旋轉(zhuǎn)體的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)研究其對(duì)催化劑成型過程的影響。

        圖1 霧化器內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)示意圖

        如圖1旋轉(zhuǎn)體縱切面,α角為旋轉(zhuǎn)體切線孔與旋轉(zhuǎn)體水平面的夾角,俯瞰圖中β角為旋轉(zhuǎn)體切線孔與旋轉(zhuǎn)室切線的夾角,d為旋轉(zhuǎn)體的切線孔直徑,L為旋轉(zhuǎn)體切線孔對(duì)孔的距離,選取(α,β,d,L)組合為旋轉(zhuǎn)體Ⅰ,選取(α,β,d+R,L)組合為旋轉(zhuǎn)體Ⅱ,選取旋轉(zhuǎn)體(α+A,β,d,L)組合為旋轉(zhuǎn)體Ⅲ,選取(α,β+B,d,L)組合為旋轉(zhuǎn)體Ⅳ。

        分別使用旋轉(zhuǎn)體Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ進(jìn)行噴霧生產(chǎn),用激光粒度儀分析其篩分組成,用電子掃描電鏡分析其形貌、圓球度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 旋轉(zhuǎn)體切線孔直孔徑對(duì)產(chǎn)品成型過程的影響

        表1 使用不同旋轉(zhuǎn)體噴霧的產(chǎn)品篩分?jǐn)?shù)據(jù)匯總

        如表1數(shù)據(jù)所示,使用旋轉(zhuǎn)體Ⅱ(α,β,d+R,L)進(jìn)行噴霧實(shí)驗(yàn)時(shí),產(chǎn)品篩分?jǐn)?shù)據(jù)相比旋轉(zhuǎn)體Ⅰ(α,β,d,L),0~149μm催化劑顆粒分布減少,篩分集中度變差,平均粒徑增大。

        分析其原因,其他噴霧條件保持不變情況下,旋轉(zhuǎn)體切線孔直徑d越大,進(jìn)料率增加,旋轉(zhuǎn)室內(nèi)液膜變厚,液膜經(jīng)噴嘴噴出,分裂成的液滴尺徑變大,平均粒徑變大,同時(shí),旋轉(zhuǎn)體切線孔直徑越大,旋轉(zhuǎn)室內(nèi)漿液的切線速度就越小,霧錐角θ(如圖2)也就越小,篩分集中度變差。因此,適當(dāng)降低旋轉(zhuǎn)體的切線孔直徑,有利于提高篩分集中度,且平均粒徑會(huì)減小。

        圖2 噴霧霧錐示意圖

        2.2 旋轉(zhuǎn)體孔角度對(duì)催化劑成型過程的影響

        表2 使用不同旋轉(zhuǎn)體噴霧的產(chǎn)品篩分?jǐn)?shù)據(jù)匯總

        使用旋轉(zhuǎn)體Ⅲ進(jìn)行噴霧實(shí)驗(yàn)時(shí),產(chǎn)品篩分?jǐn)?shù)據(jù)相比旋轉(zhuǎn)體Ⅰ,0~149μm的催化劑顆粒分布增加,篩分集中度較好,平均粒徑變小。分析其原因,如圖1所示,物料以相同的速度進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室,旋轉(zhuǎn)體Ⅲα角比旋轉(zhuǎn)體Ⅰ大,經(jīng)旋轉(zhuǎn)體Ⅲ進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室,旋轉(zhuǎn)室內(nèi)切線速度越大,液體旋轉(zhuǎn)越快,產(chǎn)生的霧錐霧化角θ(如圖2)越大,霧錐角度越大,霧錐錐底的橫斷面就越大[2],越有利于液滴的分散,液滴分散越好,篩分集中度較好,平均粒徑變小。

        使用旋轉(zhuǎn)體Ⅳ進(jìn)行噴霧實(shí)驗(yàn)時(shí),產(chǎn)品篩分?jǐn)?shù)據(jù)相比旋轉(zhuǎn)體Ⅰ,篩分集中度較好,平均粒徑變小。旋轉(zhuǎn)體Ⅳβ角比旋轉(zhuǎn)體Ⅰ大,經(jīng)旋轉(zhuǎn)體Ⅲ進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室,旋轉(zhuǎn)室內(nèi)切線速度較大,霧錐角θ越大,同時(shí)液滴具有較大能量,液滴分散較好,同時(shí),平均粒徑變小。

        3 結(jié)論

        本文通過改變旋轉(zhuǎn)體的孔結(jié)構(gòu)參數(shù),研究了旋轉(zhuǎn)體的孔結(jié)構(gòu)對(duì)催化裂化催化劑篩分質(zhì)量和圓球度的影響,結(jié)果表明:

        (1)旋轉(zhuǎn)體孔徑小有利于提高催化劑的篩分集中度,使催化劑粗細(xì)顆粒分布更均勻,在催化裂化反應(yīng)時(shí)流化效果較好,提高反應(yīng)活性。

        (2)旋轉(zhuǎn)體孔與旋轉(zhuǎn)室切線的角度(α,β)越小,液體進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室的切向速度越大,噴霧形成的霧錐角也越大,越有利于液滴更好的分散,提高篩分集中度和圓球度,并且催化劑微球表面的凹陷及粘連情況也得到較好的改善,減少了催化劑在催化反應(yīng)時(shí)的磨損,減少環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

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