摘 要 設(shè)計(jì)了一種新型高溫真空焙燒爐，介紹了技術(shù)特點(diǎn)，給出了設(shè)備結(jié)構(gòu)。應(yīng)用結(jié)果表明，該焙燒爐生產(chǎn)出的5A分子篩吸附劑產(chǎn)品質(zhì)量好、產(chǎn)量高、能耗低，為企業(yè)帶來(lái)了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備亦可推廣應(yīng)用至其他領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 高溫真空焙燒爐 5A分子篩吸附劑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào) TQ054" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2023）01?0098?04

模擬移動(dòng)床分子篩脫蠟工藝所用的5A分子篩吸附劑是一種技術(shù)含量較高的產(chǎn)品，目前其制造技術(shù)一直被國(guó)外所壟斷。我國(guó)的5A分子篩吸附劑干燥通常采用常壓操作的回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行處理，導(dǎo)致大量的分解揮發(fā)氣體從爐頭外排，爐尾連續(xù)進(jìn)入大量高濕度冷空氣，不僅影響5A分子篩吸附劑的品質(zhì)，而且能耗高、技術(shù)落后，因此急需開(kāi)發(fā)一種新的5A分子篩吸附劑焙燒技術(shù)。

為打破技術(shù)壟斷，提升國(guó)產(chǎn)5A分子篩吸附劑的產(chǎn)品品質(zhì)，擴(kuò)大應(yīng)用市場(chǎng)，節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)綠色低碳制造，中石化南京催化劑有限公司與天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)了一種新型高溫真空焙燒爐。該設(shè)備的特點(diǎn)是真空強(qiáng)制抽吸、自動(dòng)化程度高、控溫精度高、能耗低，干燥后的5A分子篩吸附劑產(chǎn)品性能優(yōu)良，能夠超越現(xiàn)有工藝產(chǎn)品及進(jìn)口劑。

1 新型高溫真空焙燒爐

根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)方式及產(chǎn)品特點(diǎn)，筆者提出一種對(duì)5A分子篩吸附劑進(jìn)行連續(xù)高溫真空干燥的焙燒技術(shù)。然而目前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有高溫連續(xù)真空焙燒工藝和設(shè)備的相關(guān)介紹。同時(shí)，由于對(duì)5A分子篩吸附劑進(jìn)行連續(xù)真空干燥焙燒工藝為首創(chuàng)，為了保證新工藝的成功，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司對(duì)新工藝進(jìn)行了充分的討論研究并進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，加工制造了一套新工藝系統(tǒng)的中試試驗(yàn)裝置，以驗(yàn)證新工藝的可行性。

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

新型高溫真空焙燒爐是“一種大型化、成套化、節(jié)能型真空立式焙燒爐”裝備技術(shù)，其創(chuàng)新點(diǎn)是：在真空回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)密封形式和密封結(jié)構(gòu)的更新改造，使技術(shù)再創(chuàng)新，形成專(zhuān)用型真空立式焙燒爐，在保證真空度的同時(shí)通過(guò)真空強(qiáng)制抽吸，將吸附劑高溫焙燒活化時(shí)蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣及時(shí)排出，避免了對(duì)吸附劑晶體結(jié)構(gòu)的影響，提高了吸附劑的吸附容量;自動(dòng)化程度高，干燥焙燒溫度控制精確，通過(guò)多層加熱盤(pán)片進(jìn)行控溫，形成加熱梯度，將吸附劑干燥與焙燒集于一體;設(shè)備占地面積小，熱效率高，單位產(chǎn)量耗能低。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)的新型高溫真空焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.2.1 物性參數(shù)

5A分子篩吸附劑新型高溫真空焙燒爐的基礎(chǔ)物性參數(shù)如下：

進(jìn)料量（濕基） 250.0 kg/h

出料量（濕基） 187.5～212.5 kg/h

進(jìn)口濕含量（濕基） 15%～25%

出口濕含量（濕基） 小于2.0%

物料堆積密度（正常） 720～800 kg/h

進(jìn)料溫度（正常） 20 ℃

出料溫度（正常） 50 ℃

1.2.2 密封結(jié)構(gòu)

由于5A分子篩吸附劑高溫焙燒活化時(shí)蒸發(fā)出的水蒸氣需要及時(shí)排出，因此為了防止5A分子篩吸附劑粉塵和焙燒尾氣泄漏，必須保證高溫真空焙燒爐的筒體上下端（靜止端）與傳動(dòng)軸（運(yùn)動(dòng)端）之間密封性能良好，故對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，具體如下：

a. 由于5A分子篩吸附劑干燥焙燒時(shí)需要較高的真空度，因此對(duì)設(shè)備的密封結(jié)構(gòu)要求很高。一般高溫焙燒爐的密封結(jié)構(gòu)有迷宮密封、軸向接觸密封（端面密封）及徑向接觸密封等。

b. 如圖2所示，傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)采用的是單純填料密封，密封接觸面容易聚集粉塵，使填料磨損得較快，且此處溫度約550 ℃，導(dǎo)致填料更換困難。

c. 如圖3所示，筆者設(shè)計(jì)的新型密封結(jié)構(gòu)采用的是填料+密封環(huán)+油封結(jié)構(gòu)，可有效防止密封接觸面聚集粉塵，延長(zhǎng)填料的使用周期，防止?fàn)t筒體內(nèi)高溫粉料外泄;軸向密封采用三級(jí)密封結(jié)構(gòu)，第一級(jí)采用填料，將密封壓力由0.094 MPa降至小于0.030 MPa，第二、三級(jí)采用油封，在壓力不超過(guò)0.030 MPa時(shí)能達(dá)到良好的密封效果。

1.2.3 料盤(pán)與刮刀間隙結(jié)構(gòu)

高溫真空焙燒爐運(yùn)行時(shí)，爐體內(nèi)的溫度約600 ℃，導(dǎo)致軸體受熱后會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹。為保證運(yùn)行時(shí)料盤(pán)與刮刀間的間隙滿足10 mm的要求，對(duì)料盤(pán)與刮刀之間的間隙采用不等距設(shè)計(jì)。

1.2.4 爐膛結(jié)構(gòu)

1.2.4.1 保溫材料及保溫形式

高溫真空焙燒爐的爐膛采用輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料與硅酸鋁耐火纖維相結(jié)合的形式，爐膛四周里層采用輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料用于填充內(nèi)壁爐膛，側(cè)壁采用硅酸鋁耐火纖維模塊用于與外界隔熱。為增加輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料和硅酸鋁耐火纖維模塊的強(qiáng)度并固定其結(jié)構(gòu)形式，最外層采用碳鋼包覆。

1.2.4.2 爐膛電加熱及控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)5A分子篩吸附劑的活化、干燥和焙燒，并保證每個(gè)階段的精確控溫，高溫真空焙燒爐的爐膛加熱分為3個(gè)區(qū)共6個(gè)加熱盤(pán)片，每個(gè)盤(pán)片采用3組電加熱絲;每個(gè)加熱區(qū)有一個(gè)溫控系統(tǒng)，通過(guò)溫度控制自動(dòng)反饋到電氣控制柜從而將溫度控制在每個(gè)區(qū)所需的溫度區(qū)間?；旧希?jī)蓚€(gè)加熱盤(pán)片組成一個(gè)加熱區(qū)，熱量分配更加精細(xì)，而且整套加熱系統(tǒng)采用的是溫度自控系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，能夠保證5A分子篩吸附劑活化、干燥和焙燒過(guò)程中的溫度控制更加精準(zhǔn)，對(duì)5A分子篩吸附劑吸附容量的提升更加有利。

2 技術(shù)成熟度

高溫真空焙燒爐大型化成套技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，已經(jīng)形成了專(zhuān)利技術(shù)，創(chuàng)新程度較高。此技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功解決了卡脖子的技術(shù)難題，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅上升，焙燒成本大幅下降，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該新型高溫真空焙燒爐現(xiàn)已投入使用，經(jīng)鑒定所生產(chǎn)的5A分子篩吸附劑，品質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)值，與其他產(chǎn)品的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

高溫真空焙燒爐共6個(gè)加熱盤(pán)片，每個(gè)盤(pán)片3組電加熱絲，每組電加熱絲功率為6.5 kW，因此整個(gè)焙燒爐的加熱功率為117.0 kW;傳動(dòng)功率為1.5 kW;因此總功率為118.5 kW（同等處理量的傳統(tǒng)焙燒爐功率大于600.0 kW）。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，恒溫時(shí)每小時(shí)耗電30 kW·h，處理量達(dá)250 kg/h（連續(xù)式運(yùn)行，遠(yuǎn)大于真空箱式爐間歇操作的處理量）。同時(shí)，該高溫真空焙燒爐的立式填充床密閉效果好，保溫隔熱性能強(qiáng)。綜上所述，筆者設(shè)計(jì)的高溫真空焙燒爐節(jié)能降耗效果明顯，具體見(jiàn)表2。

3 意義與作用

5A分子篩吸附劑高溫真空焙燒爐大型化的研發(fā)成功，是制備5A小球脫蠟吸附劑技術(shù)的一次革新，新工藝技術(shù)提升了吸附劑的性能和產(chǎn)能，使國(guó)產(chǎn)5A分子篩吸附劑在正異構(gòu)烷烴吸附分離核心技術(shù)中發(fā)揮了更大的作用，提升了國(guó)產(chǎn)5A分子篩吸附劑在國(guó)內(nèi)外的認(rèn)可度;同時(shí)產(chǎn)品能耗大幅下降，制造成本降低，為企業(yè)帶來(lái)了良好的效益。

新型高溫真空焙燒技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，對(duì)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新起到了很好的示范引領(lǐng)作用;為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步及節(jié)約能源提供了有效的新方法，將來(lái)會(huì)逐漸發(fā)揮更大的能動(dòng)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，該新型高溫真空焙燒技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于5A分子篩吸附劑的工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量大幅上升，能耗大幅下降。建議的推廣應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋簩?duì)二甲苯吸附劑的工業(yè)生產(chǎn)、常規(guī)干燥吸附劑領(lǐng)域、催化劑載體及其他需隔絕空氣的焙燒方式等。采用該焙燒技術(shù)，將會(huì)減少投資，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)降低能耗，將對(duì)催化劑行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有較大的推動(dòng)作用。

（收稿日期：2021-05-08，修回日期：2021-10-19）

Structure Design of New High?temperature Vacuum Baking Furnace

TU Chang?zhi1， HUANG Shuai2， LING Yong?gong2

（1. Sinopec Nanjing Catalyst Co.，Ltd.; 2. Tianhua Chemical Machinery and Automation Institute Co.， Ltd.）

Abstract" "A new high?temperature vacuum baking furnace was designed， and its technical characteristics were introduced and its structure was presented. The application results show that， the 5A molecular sieve adsorbent produced by this furnace has high quality and yield and low energy consumption， which contributes good social and economic benefits to the enterprise and can be applied to other fields.

Key words" " high?temperature vacuum baking furnace， 5A molecular sieve adsorbent ， structural design

作者簡(jiǎn)介：涂長(zhǎng)志（1966-），高級(jí)工程師，從事分子篩吸附劑的研究開(kāi)發(fā)工作，tuchangzhi@126.com。

引用本文：涂長(zhǎng)志，黃帥，令永功.一種新型高溫真空焙燒爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].化工機(jī)械，2023，50（1）：98-100;118.