易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體工業乾燥方法及系統與流程
2023-06-23 19:46:51
本發明涉及一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法及系統，屬於催化劑乾燥技術領域。
背景技術：
工業浸漬後的負載型催化劑前驅體在運輸過程中需保持質量分數10～40％左右的水含量，而製備成品催化劑階段通常對含水量有特殊要求，因此這部分水需要通過工業乾燥裝置來脫除。要求乾燥後的催化劑前驅體流動性能良好。
催化劑乾燥單元是催化劑製備技術中的重要環節，催化劑乾燥效果的好壞直接影響催化劑的質量和收率。目前常用的催化劑乾燥設備如廂式乾燥器、轉筒乾燥器、帶式乾燥器，這些乾燥設備內部不同位置的溫度分布不均勻，容易產生局部熱點改變催化劑前驅體組成，影響催化劑性能。
CN103447041A公開了一種使用快速乾燥階段製備催化劑的方法，並將製得的催化劑應用於費託合成，該方法採用實驗室烘箱乾燥浸漬在二氧化矽-氧化鋁載體上的硝酸鈷催化劑，但未涉及工業化的乾燥技術。
CN102538426A公開了環己酮肟化催化劑連續乾燥工藝及設備，該乾燥系統採用進料泵、二級槳葉乾燥機、袋式除塵器、引風機以及空氣加熱器。該工藝採用空氣作為載氣，熱源採用0.5MPa(G)、165℃的水蒸氣，將環己酮肟化催化劑乾燥至溼含量＜4％。但是該技術的乾燥溫度較高，且載氣為高溫空氣，對於易被空氣氧化或高溫易分解的催化劑並不適用。
負載型催化劑在乾燥過程中，一要防止催化劑因高溫或在高溫下接觸空氣分解變質，二要均勻乾燥催化劑避免出現局部熱點，三要提高幹燥速率，節省乾燥時間，降低能耗。而目前應用於易受溫度、氧氣影響的負載型催化劑前驅體的乾燥方法未見報導。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法。該乾燥過程比較溫和，溫度分布均勻，不改變催化劑晶體結構，且乾燥後的催化劑前驅體具有良好的流動性，為下一步進行製備成品催化劑做準備。
本發明的另一目的還在於提供上述的乾燥方法的配套系統，使用該系統可實現連續乾燥、提高生產效率。
為達到上述目的，本發明首先提供了一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法，該方法包括以下步驟：
使催化劑前驅體通過乾燥機的加料口加入到乾燥機中，催化劑前驅體在乾燥機中被連續加熱，以乾燥至工藝要求的含水量，得到乾燥後的催化劑前驅體，並在乾燥過程中控制乾燥機內介質溫度不超過設定值(該設定值為50～70℃)；採用氮氣作為載氣，減壓後進入乾燥機(可以減壓至0.01～0.05MPa(G))，將水分帶出後進入過濾器過濾其中的催化劑粉塵，過濾後的氮氣經引風機抽出放空；將乾燥後的催化劑前驅體經冷卻、篩分後，得到產品。
在上述方法中，優選地，所述乾燥機為耙式槳葉乾燥機，通過耙式槳葉乾燥機內置的槳葉及耙葉連續攪拌催化劑前驅體，同時連續加熱催化劑前驅體，進而實現催化劑前驅體的乾燥。
在上述方法中，優選地，催化劑前驅體在乾燥機中被連續加熱的熱源是通過循環熱水通入乾燥機的槳葉、軸及夾套的方式來提供的，並且催化劑前驅體在乾燥機中被連續加熱至50～70℃。更優選地，所述循環熱水是在加熱水箱的電加熱器加熱下達到設定值，經加熱水泵送至乾燥機的槳葉、軸及夾套的。
在上述方法中，優選地，通過以下步驟在乾燥過程中控制乾燥機內介質溫度不超過設定值：在所述乾燥機的殼體上均勻設置溫度傳感器，以監測乾燥機內物料的蒸發溫度，並通過控制加熱水箱的電加熱器功率來調節乾燥機內介質溫度不超過設定值，既縮短乾燥時間，又防止高溫導致負載型催化劑前驅體自燃、分解。
在上述方法中，優選地，乾燥後的催化劑前驅體是採用循環冷卻水進行冷卻的，以加快乾燥後的催化劑前驅體的冷卻過程，使其冷卻至室溫。更優選地，所述循環冷卻水是在冷卻水箱中經冷卻水泵送至乾燥機的槳葉、軸及夾套的，進而使乾燥後的催化劑前驅體冷卻至室溫。
在上述方法中，乾燥機的夾套安裝於乾燥機的外殼上，通過將循環熱水或冷卻水送至乾燥機的夾套以實現對乾燥機的加熱或冷卻。
在上述方法中，優選地，乾燥過程中乾燥機內的壓力控制在-0.05～0MPa(G)，並且乾燥機內的壓力是通過引風機控制的。通過引風機將乾燥機內部抽成微負壓，以加快水分蒸發，並且氮氣起到保護氣及攜帶水分的作用，提高了生產效率，節省乾燥時間。
在上述方法中，優選地，通過以下步驟對乾燥後且冷卻完成的催化劑前驅體進行篩分：使經乾燥後且冷卻完成的催化劑前驅體通過乾燥機的出料口進入旋轉給料器，進而加入到振動篩中，經振動篩篩分合格後裝袋，其中，篩分合格的標準可以為小於40目。更優選地，上述方法進一步包括以下步驟：使經振動篩篩分不合格的催化劑前驅體通過乾燥機的加料口返回到乾燥機中繼續進行乾燥。
根據本發明的具體實施方式，上述方法還包括以下步驟：對過濾器採用惰性氣反吹清灰，並且惰性氣是經電磁閥定時對過濾器清灰。
在上述方法中，優選地，所述過濾器為袋式過濾器，例如脈衝布袋除塵器。
在本發明中，可用於上述乾燥方法的負載型催化劑前驅體可以由金屬鹽和載體組成，其中金屬元素種類不受限制；金屬鹽受溫度影響易分解、自燃，形式包含但不限於乙酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、氯化物及草酸鹽等中一種或幾種的組合；載體可以為常用的多孔性材料，形式包括但不限於活性炭、分子篩、天然粘土、矽膠、硅藻土、氧化鋁、二氧化矽、氧化鈦、氧化鈰和氧化鋯等中一種或幾種的組合。
另一方面，本發明還提供了一種上述的易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法的配套系統，其至少包括：一臺乾燥機、一臺過濾器、一臺引風機、一臺旋轉給料器、一臺振動篩、一臺加熱水箱、一臺冷卻水箱、一臺加熱水泵、一臺冷卻水泵以及一臺電加熱器；
其中，催化劑前驅體物料管道連接於乾燥機的加料口，乾燥機的出料口通過管道連接於旋轉給料器，旋轉給料器的下方設置有振動篩；載氣管道連接於乾燥機的載氣入口，乾燥機的載氣出口通過管道依次連接於過濾器、引風機；循環熱水管路分別連接於加熱水箱，加熱水泵，乾燥機的槳葉、軸及夾套；循環冷卻水管路分別連接於冷卻水箱，冷卻水泵，乾燥機的槳葉、軸及夾套；並且加熱水箱中設置有電加熱器。
在上述系統中，優選地，所述乾燥機為耙式槳葉乾燥機。
在上述系統中，優選地，所述過濾器為脈衝布袋除塵器。
在上述系統中，優選地，所述乾燥機的殼體上均勻設置有溫度傳感器。
在上述系統中，優選地，所述乾燥機的出料口設置有插板閥，以減少死區。
本發明提供了一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法及系統。製備成品催化劑時對前驅體含水量有限制，因此需要對催化劑前驅體乾燥脫水，即從10～40wt％降到10wt％以下。本發明的工業乾燥方法在低溫下、惰性環境中、均勻穩定乾燥催化劑前驅體，可以有效保護催化劑前驅體在乾燥過程中不自燃、不分解、不失活，充分利用熱能，乾燥效率高，且乾燥後的催化劑前驅體具有良好的流動性，在高含水量的負載型催化劑前驅體乾燥過程中具有突出優勢。
本發明提供的催化劑前驅體的工業乾燥方法及系統，主要具有以下優點：
(1)催化劑前驅體在惰性氣氛圍下乾燥，防止催化劑接觸空氣而失活；
(2)利用耙式槳葉乾燥機，催化劑前驅體在乾燥機攪拌下受熱均勻，不存在局部熱點，而且實現了連續乾燥的過程；
(3)採用耙式槳葉乾燥機，槳葉轉速低，攪拌溫和，在破碎結塊的催化劑前驅體的同時，還避免催化劑磨損。
(4)引風機將乾燥機內部抽成微負壓，加快水分蒸發，並通過氮氣帶走水分，提高了生產效率，節省乾燥時間；
(5)採用內熱式乾燥方式：乾燥機漿葉、軸及夾套中通入循環熱水保證乾燥機內部溫度分布均勻；乾燥機均布溫度傳感器，確保物料溫度不超過設定值，避免過高的溫度導致催化劑前驅體狀態發生變化；
(6)乾燥機卸料口採用插板閥防止粉料堆積；
(7)乾燥後的催化劑採用循環冷卻水降溫，加快催化劑冷卻過程；
(8)袋式除塵器有效捕捉載氣夾帶的粉塵，滿足催化劑前驅體的回收效率。
附圖說明
圖1為本發明的具體實施方式的乾燥工藝流程示意圖；
主要組件符號說明：1、耙式槳葉乾燥機；2、脈衝布袋除塵器；3、引風機；4、旋轉給料器；5、振動篩；6、加熱水箱；7、冷卻水箱；8、加熱水泵；9、冷卻水泵；10、電加熱器；11、出料口插板閥。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。
本發明提供了一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥系統，根據本發明的優選具體實施方式，如圖1所示，該系統可以包括：
一臺耙式槳葉乾燥機1、一臺脈衝布袋除塵器2、一臺引風機3、一臺旋轉給料器4、一臺振動篩5、一臺加熱水箱6、一臺冷卻水箱7、一臺加熱水泵8、一臺冷卻水泵9以及一臺電加熱器10；
其中，催化劑前驅體物料管道連接於耙式槳葉乾燥機1的加料口，耙式槳葉乾燥機1的出料口通過管道連接於旋轉給料器4，旋轉給料器4的下方設置有振動篩5；載氣管道連接於耙式槳葉乾燥機1的載氣入口，耙式槳葉乾燥機1的載氣出口通過管道依次連接於脈衝布袋除塵器2、引風機3；循環熱水管路分別連接於加熱水箱6，加熱水泵8，耙式槳葉乾燥機1的槳葉、軸及夾套；循環冷卻水管路分別連接於冷卻水箱7，冷卻水泵9，耙式槳葉乾燥機1的槳葉、軸及夾套；並且耙式槳葉乾燥機1的殼體上均勻設置有溫度傳感器，耙式槳葉乾燥機1的出料口設置有出料口插板閥11；加熱水箱6中設置有電加熱器10。
本發明還提供了一種易受溫度、氧氣影響的催化劑前驅體的工業乾燥方法，根據本發明的優選具體實施方式，如圖1所示，該方法可以包括以下步驟：
(1)使循環熱水在加熱水箱6的電加熱器10的加熱下達到設定值，然後經加熱水泵8送至耙式槳葉乾燥機1的槳葉、軸及夾套，以提升乾燥機的溫度；
(2)將催化劑前驅體通過耙式槳葉乾燥機1的加料口加入到乾燥機中，催化劑前驅體在乾燥機中被連續加熱至50～70℃，以乾燥至工藝要求的含水量，得到乾燥後的催化劑前驅體，並通過以下步驟在乾燥過程中控制乾燥機內介質溫度不超過設定值：通過耙式槳葉乾燥機1的殼體上均勻設置的溫度傳感器，監測乾燥機內物料的蒸發溫度，並通過控制加熱水箱6的電加熱器10功率來調節乾燥機內介質溫度不超過設定值；
(3)採用氮氣作為載氣，減壓至0.01～0.05MPa(G)後通過耙式槳葉乾燥機1的載氣入口進入乾燥機，通過耙式槳葉乾燥機1的載氣出口將水分帶出後，進入脈衝布袋除塵器2過濾其中的催化劑粉塵，過濾後的氮氣經引風機3抽出放空，同時利用引風機3將乾燥機內部抽成微負壓，使乾燥過程中乾燥機內的壓力控制在-0.05～0MPa(G)；並且如果催化劑前驅體對空氣不敏感，氮氣可只在乾燥階段通入到乾燥機中(即在循環熱水在加熱水箱6中的升溫階段，可以不向乾燥機中通入氮氣)；
(4)使循環冷卻水在冷卻水箱7中經冷卻水泵9送至耙式槳葉乾燥機1的槳葉、軸及夾套，將乾燥後的催化劑前驅體冷卻至室溫；
(5)然後使經乾燥後且冷卻完成的催化劑前驅體通過乾燥機的出料口插板閥11進入旋轉給料器4，進而加入到振動篩5中，經振動篩5篩分合格後裝袋，篩分合格的標準可以為小於40目，得到產品，並且使篩分不合格的催化劑前驅體通過乾燥機的加料口返回到耙式槳葉乾燥機1中繼續進行乾燥；
(6)對脈衝布袋除塵器2採用惰性氣反吹清灰，並且惰性氣是經電磁閥定時對脈衝布袋除塵器2清灰。
下面以具體實施例對本發明的技術方案進行更進一步詳細說明。
實施例1
將1.75t含水量10～30wt％左右的桶裝催化劑前驅體通過提升器提升至耙式槳葉乾燥機的加料口進而加入到乾燥機中，採用70℃的循環熱水通過耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套，並通過耙式槳葉乾燥機內置的槳葉及耙葉連續攪拌催化劑前驅體，進而間接乾燥催化劑前驅體，乾燥時間約10小時，在乾燥過程中真空度控制在-0.05～0MPa(G)；
其中，循環熱水是在加熱水箱的電加熱器加熱下達到70℃的，並經加熱水泵送至耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套的；並且在乾燥過程中，通過耙式槳葉乾燥機的殼體上均勻設置的溫度傳感器，監測乾燥機內物料的蒸發溫度，並通過控制加熱水箱的電加熱器功率來調節乾燥機內介質溫度不超過設定值59℃；
採用氮氣作為載氣，減壓至0.02MPa(G)後通過耙式槳葉乾燥機的載氣入口進入乾燥機，使催化劑前驅體在氮氣氛圍下加熱，然後通過耙式槳葉乾燥機的載氣出口將氣化的水分帶出後，進入脈衝布袋除塵器過濾其中的催化劑粉塵，過濾後的氮氣經引風機抽出放空，同時利用引風機將乾燥機內部抽成微負壓，進而將乾燥過程中乾燥機內的真空度控制在-0.05～0MPa(G)；
乾燥時間達到後，使循環冷卻水在冷卻水箱中經冷卻水泵送至耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套，將乾燥後的催化劑前驅體冷卻至室溫；
然後使經乾燥後且冷卻完成的催化劑前驅體通過乾燥機的出料口插板閥進入旋轉給料器，進而加入到振動篩中，經振動篩篩分小於40目的合格產品裝袋，得到產品，並且使篩分不合格的催化劑前驅體通過乾燥機的加料口返回到耙式槳葉乾燥機中繼續進行乾燥；
對脈衝布袋除塵器採用氮氣反吹清灰，並且氮氣是經電磁閥定時對脈衝布袋除塵器清灰。
乾燥後的催化劑前驅體產品取樣進行X射線衍射分析，對比乾燥前後衍射圖譜，檢測催化劑前驅體晶型結構是否改變。
乾燥數據統計見下表1。
表1實施例1的乾燥參數
實施例2
將1.74t含水量10～30wt％左右的桶裝催化劑前驅體通過提升器提升至耙式槳葉乾燥機的加料口進而加入到乾燥機中，採用70℃的循環熱水通過耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套，並通過耙式槳葉乾燥機內置的槳葉及耙葉連續攪拌催化劑前驅體，進而間接乾燥催化劑前驅體，乾燥時間約10小時，在乾燥過程中真空度控制在-0.05～0MPa(G)；
其中，循環熱水是在加熱水箱的電加熱器加熱下達到70℃的，並經加熱水泵送至耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套的；並且在乾燥過程中，通過耙式槳葉乾燥機的殼體上均勻設置的溫度傳感器，監測乾燥機內物料的蒸發溫度，並通過控制加熱水箱的電加熱器功率來調節乾燥機內介質溫度不超過設定值59℃；
採用氮氣作為載氣，如果催化劑前驅體對空氣不敏感，氮氣可只在乾燥階段通入乾燥機中，不必須在循環熱水的升溫階段通入，使氮氣經減壓至0.02MPa(G)後通過耙式槳葉乾燥機的載氣入口進入乾燥機，使催化劑前驅體在氮氣氛圍下加熱，然後通過耙式槳葉乾燥機的載氣出口將氣化的水分帶出後，進入袋式過濾器過濾其中的催化劑粉塵，過濾後的氮氣經引風機抽出放空，同時利用引風機將乾燥機內部抽成微負壓，進而將乾燥過程中乾燥機內的真空度控制在-0.05～0MPa(G)；
乾燥時間達到後，使循環冷卻水在冷卻水箱中經冷卻水泵送至耙式槳葉乾燥機的槳葉、軸及夾套，將乾燥後的催化劑前驅體冷卻至室溫；
然後使經乾燥後且冷卻完成的催化劑前驅體通過乾燥機的出料口插板閥進入旋轉給料器，進而加入到振動篩中，經振動篩篩分小於40目的合格產品裝袋，得到產品，並且使篩分不合格的催化劑前驅體通過乾燥機的加料口返回到耙式槳葉乾燥機中繼續進行乾燥；
對袋式過濾器採用氮氣反吹清灰，並且氮氣是經電磁閥定時對袋式過濾器清灰。
乾燥後的催化劑前驅體產品取樣進行X射線衍射分析，對比乾燥前後衍射圖譜，檢測催化劑前驅體晶型結構是否改變。
乾燥數據統計見下表2。
表2實施例2的乾燥參數
由以上實施例可以看出，本發明的工業乾燥方法在低溫下、惰性環境中、均勻穩定乾燥催化劑前驅體，可以有效保護催化劑前驅體在乾燥過程中不自燃、不分解、不失活，充分利用熱能，乾燥效率高，且乾燥後的催化劑前驅體具有良好的流動性，在高含水量的負載型催化劑前驅體乾燥過程中具有突出優勢。