CN113834293B - 一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置及方法，属于分子筛合成与制备领域。本发明所述装置包括内壁设有导向壁的炉体，所述炉体底部设有气体入口，所述炉体顶部设有压力表和出气孔，所述出气孔上方设有牵引设备调整所述炉体内经所述出气孔的气体的出气量。所述炉体内设有支架体，所述支架体与管路的一端相连，所述管路的另一端与气体入口相连。所述支架表面设有孔道，所述支架体端口为盲口设计，所述支架体上方设有凹槽。本发明将分子筛周围以及内部水汽压力维持恒定，相比传统干燥设备，提出系统分压平衡概念，实现水汽快速移除，有效保持分子筛表面形貌和结构孔隙不变。

Description

一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置及方法

技术领域

本发明属于分子筛合成与制备领域，具体涉及一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置及方法。

背景技术

在分子筛合成、制备工程中，干燥、焙烧已然成为一个重要的环节，即在不破坏分子筛结构同时，将其自由水、结合水去除。传统干燥、焙烧工艺中，比如厢式干燥器、回转炉，获得的分子筛吸附容量较低，活性较差，产气纯度较低，这种现象在一些低硅铝比分子筛中尤其严重，比如，4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛、以及对应的IA族、IIA族金属阳离子交换型分子筛。

选用上述设备后，在炉体内，随着分子筛表面温度的升高，其水蒸汽压力将在某一点超过大气，水蒸汽需要及时逸出，过多的聚集，将摧毁其表面微观孔道结构。另外，随着分子筛中的水分含量减少，释放更加缓慢，当水蒸汽压力等于大气压力时，炉体内将充满水蒸气，难以自行逸出，尤其，当分子筛水含量在1.3-11％范围时，分子筛水蒸汽与大气压力趋于平衡。因此，需要更换新鲜干燥气流，引导炉内汽流相，以防止水蒸汽过多的积累，尽管可以提高温度，获取更低的含水率，但是更换气流时，极易对分子筛结构产生破坏，直接影响产品性能。

专利CN204115460U、CN111059894A，等中，提出一种立式圆盘旋转真空焙烧炉，因其机构复杂，真空度需求较高，能耗较高，尤其当分子筛较多时，单纯靠真空泵，很难将分子筛中结晶水脱除干净，同样，专利CN204630252U，CN106984292A等中提出微波加热真空干燥装置、方法，普遍未能解决分子筛表面水汽压力的影响，不但增加抽取设备的负荷，强制抽提，也会对分子筛微观结构造成一定损伤。

发明内容

针对上述不足本发明提供一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置及方法，具有效率高，能耗低、成本低等优势，同时，实现水汽快速移除，有效保持分子筛表面形貌和结构孔隙不变。

本发明第一方面提供一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置，所述装置包括内壁设有导向壁的炉体，所述炉体底部设有气体入口，所述炉体顶部设有压力表和若干出气孔，所述出气孔上方设有牵引设备调整所述炉体内经所述出气孔的气体的出气量。所述炉体内设有支架体，所述支架体与管路的一端相连，所述管路的另一端与气体入口相连。所述支架体表面设有孔道，所述支架体端口为盲口设计，所述支架体上方设有凹槽。

可选地，所述导向壁用于引导气流流动。

可选地，所述凹槽下表面与所述支架体上表面的距离为20-50mm，所述凹槽的深度为2-20mm。所述凹槽底部设有小孔，所述小孔孔径小于所述孔道孔径。所述孔道的孔径为1-3mm。

可选地，所述支架体为多层设计，层间距为100-300mm。

可选地，所述支架体为管状，所述孔道径向设置于支架体表面。

可选地，所述管路弯折设置于所述炉体底部。

可选地，所述牵引设备选自罗茨风机、真空泵中的一种。

可选地，所述炉体选自箱式烘干箱、窑式焙烧炉、真空焙烧炉中的一种。

本发明第二方面提供一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的方法，所述方法使单位质量分子筛流量为0.05-5m³·h^-1、所述分子筛表面的水蒸汽压为0.5-1.2Kpa；所述方法包括以下步骤：凹槽内加入分子筛，分区间逐步干燥，干燥分子筛。

可选地，所述分区间逐步干燥包括以下步骤：

区间Ⅰ，系统稳定，温度范围为25-80℃，优选温控点为80℃；升温速率为1-1.2℃/min；开启牵引设备低速下，其中流速为5-15m³/h；进气流量为低流量，其中流速为0.1-0.5m³/h；所述管路炉体对管路开始预热；

区间Ⅱ，系统缓慢升温，温度范围为80-105℃，优选温控点为105℃；升温速率为0.5-1.2℃/min；增加牵引设备转速，调整牵引流速为15-20m³/h，同时，进气流速设定为1.5-2.5m³/h；

区间Ⅲ，系统继续升温，温度范围为105-250℃，优选温控点为225℃；升温速率维持不变；继续牵引设备抽提，其中牵引流速为10-20m³/h；进气流速为1.5-2.5m³/h；

区间Ⅳ，系统快速升温，温度范围为250-350℃，优选温控点为250℃；升温速率调整为3-10℃/min；维持牵引设备牵引，其中牵引流速为7.5-12m³/h；减少进气流量，调整流速为1.0-1.5m³/h；

区间Ⅴ，系统继续升温，温度范围为350-500℃，优选温控点为450℃；牵引设备牵引下，设定其牵引流速为2.5-10m³/h；调控进气流速为0.5-1.2m³/h；

所述系统指所述炉体内部。

可选地，所述进气气体选自惰性气体或露点-45℃以下的空气中的一种；所述系统压力为-0.01-0.1MPa，优选为-0.07MPa。所述分子筛为棒土、高岭土、洋坩土、稀土、等一种或者多种粘合成型，解吸干燥后含水率为0.1-1.3％；优选棒土作为黏土。

本发明第三方面提供一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置或方法在无形变干燥分子筛中的应用。

可选地，所述分子筛包括但不限于3A、4A、5A、13X分子筛，以及对应的IA族、IIA族金属阳离子交换型分子筛中的一种或者多种；优选钠型13X分子筛、锂型13X分子筛。

有益效果：

1)本发明公开了一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥方法，通过设计的多孔支架体，将所述凹槽内分子筛，在预热管内新鲜热气流带动下，得到水汽解吸，同时，配合所述牵引设备，和设计的导向壁，引导气相流动，将分子筛周围以及内部水汽压力维持恒定，相比传统干燥设备，提出系统分压平衡概念，实现水汽快速移除，有效保持分子筛表面形貌和结构孔隙不变。

2)同时，提出的一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥方法，具有效率高，能耗低、成本低等优势，可以应用于现有的箱式烘干箱、窑式焙烧炉、真空焙烧炉等传统干燥、焙烧设备，因此，具有广泛的适用性、实用性。

附图说明

图1为本发明涉及干燥装置的结构示意图。

图2为本发明涉及干燥方法的工作原理图。

如图，1.炉体，2.导向壁，3.牵引设备，4.孔道，5.凹槽，6.管路，7.气体入口，8.支架体，9.压力表，10.出气孔。

具体实施方式

下面结合附图以较佳实施例进行进一步描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

本实施例中的装置包括内壁设有导向壁2的炉体1，所述炉体1底部设有气体入口7，所述炉体1顶部设有压力表9和若干出气孔10，所述出气孔10上方设有牵引设备3调整所述炉体1内经所述出气孔10的气体的出气量。所述炉体1内设有支架体8，所述支架体8与管路6的一端相连，所述管路6的另一端与气体入口7相连。所述支架体8表面设有孔道4，所述支架体8端口为盲口设计，所述支架体8上方设有凹槽5。

所述凹槽5下表面与所述支架体8上表面的距离为20-50mm，所述凹槽5的深度为2-20mm。所述凹槽5底部设有小孔，所述小孔孔径小于所述孔道4孔径。所述孔道4的孔径为1-3mm。

所述支架体8为多层设计，层间距为100-300mm。

所述支架体8为管状，所述孔道4径向设置于支架体8表面。

所述管路6弯折设置于所述炉体1底部。

所述牵引设备3为罗茨风机。

实施例2

本实施例公开一种干燥方法，所述方法使单位质量分子筛流量为0.05-5m³·h^-1；所述分子筛表面的水蒸汽压为0.5-1.2Kpa；所述方法包括以下步骤：凹槽5内加入分子筛，分区间逐步干燥，干燥分子筛。

可选地，所述分区间逐步干燥包括以下步骤：

区间Ⅰ，系统稳定，温度范围为80℃；升温速率为1.2℃/min；开启牵引设备3低速下，其中流速为5-15m³/h；进气流量为低流量，其中流速为0.1-0.5m³/h，所述炉体1对管路6开始预热；

区间Ⅱ，系统缓慢升温，温度范围为105℃；升温速率为0.5℃/min；增加牵引设备3转速，调整牵引流速为15-20m³/h，同时，进气流速设定为1.5-2.5m³/h；

区间Ⅲ，系统继续升温，温度范围为225℃；升温速率维持不变；继续牵引设备3抽提，其中牵引流速为10-20m³/h；进气流速为1.5-2.5m³/h；；

区间Ⅳ，系统快速升温，温度范围为250℃；升温速率调整为7℃/min；维持牵引设备3牵引，其中牵引流速为7.5-12m³/h；减少进气流量，调整流速为1.0-1.5m³/h；

区间Ⅴ，系统继续升温，温度范围为450℃；牵引设备3牵引下，设定其牵引流速为2.5-10m³/h；调控进气流速为0.5-1.2m³/h；。

所述系统指所述炉体1内部。

所述进气气体选自惰性气体；所述系统压力为为-0.07MPa。所述分子筛为棒土粘合成型，解吸干燥后含水率为1.2％。

实施例3

如图1所示，操作步骤如下：将固含量为79％的球形13X分子筛，装填至所述凹槽5内，填充量厚度为11mm；同时放置所述支架体8上，设定程序升温工艺，所述分子筛在通过所述支架体8孔道4中，不断新鲜热气流吹扫，所述分子筛受热后，得到水汽解吸，释放压力，同时配合所述牵引设备3，以及导向壁2，引导气相流动，在不破坏表面孔隙结构下，维持其水汽压力恒定，完成自由水、结合水去除，记做分子筛A。其中，如图2所示，部分中控点，数据如下：

表1单位质量分子筛水汽解吸情况

实施例4

与实施例1同样分子筛小球湿料(未烘干)，重复实施例1操作步骤，完成干燥工序，记做分子筛B。

实施例5

重复实施例3操作步骤，完成Li⁺交换后的13X分子筛(固含量81％)干燥工序，记做分子筛C。

实施例6

与实施例3同样分子筛小球，采用真空箱式设备，进行干燥工序，标记为吸附剂D。

实施例7

与实施例5同样分子筛小球，采用回转窑炉设备，进行干燥工序，标记为吸附剂E。

实施例8

含水率ω(％)：575℃焙烧1-3h，称重前后质量变化；

氮氧分离系数α：依据GB/T 35109-2017分子筛氮氧分离静态测定方法；

破碎率(％)：K_130N、K_250N分别在压力值为130N、250N作用下，过筛后，称重前后质量变化；

吸附容量τ(mg/g)：采用专利CN207379864U文中方法；其中，吸附质为Cyclo-C6，测试温度30±1℃，分压值P/P₀＝2.1。

表2分子筛性能评价

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于低硅铝比分子筛水汽解吸干燥的装置，其特征在于，所述装置包括内壁设有导向壁（2）的炉体（1），所述导向壁用于引导气流流动，所述炉体（1）底部设有气体入口（7），所述炉体（1）顶部设有压力表（9）和若干出气孔（10），所述出气孔（10）上方设有牵引设备（3）调整所述炉体（1）内经所述出气孔（10）的气体的出气量；所述炉体（1）内设有支架体（8），所述支架体（8）与管路（6）的一端相连，所述管路（6）的另一端与气体入口（7）相连；所述支架体（8）表面设有孔道（4），所述支架体（8）端口为盲口设计，所述支架体（8）上方设有凹槽（5）；

所述凹槽（5）下表面与所述支架体（8）上表面的距离为20-50mm，所述凹槽（5）的深度为2-20mm；所述凹槽（5）底部设有小孔，所述小孔孔径小于所述孔道（4）孔径；所述孔道（4）的孔径为1-3mm；

所述管路弯折设置于所述炉体底部；

使单位质量分子筛流量为0.05-5m³·h^-1；所述分子筛表面的水蒸汽压为0.5-1.2Kpa；在凹槽（5）内加入分子筛，分区间逐步干燥，干燥分子筛；

所述分区间逐步干燥包括以下步骤：

区间Ⅰ，系统稳定，温度范围为25-80℃，升温速率为1-1.2℃/min；开启牵引设备（3）低速下，其中流速为5-15m³/h；进气流量为低流量，其中流速为0.1-0.5m³/h；管路炉体对管路开始预热；

区间Ⅱ，系统缓慢升温，温度范围为80-105℃，升温速率为0.5-1.2℃/min；增加牵引设备（3）转速，调整牵引流速为15-20m³/h，同时，进气流速设定为1.5-2.5 m³/h；

区间Ⅲ，系统继续升温，温度范围为105-250℃，升温速率维持不变；继续牵引设备（3）抽提，其中牵引流速为10-20m³/h；进气流速为1.5-2.5m³/h

区间Ⅳ，系统快速升温，温度范围为250-350℃，升温速率调整为3-10℃/min；维持牵引设备（3）牵引，其中牵引流速为7.5-12m³/h；减少进气流量，调整流速为1.0-1.5 m³/h；

区间Ⅴ，系统继续升温，温度范围为350-500℃，牵引设备（3）牵引下，设定其牵引流速为2.5-10m³/h；调控进气流速为0.5-1.2 m³/h；

所述系统指所述炉体（1）内部；

所述支架体（8）为多层设计，层间距为100-300mm。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支架体（8）为管状，所述孔道（4）径向设置于支架体（8）表面。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管路（6）弯折设置于所述炉体（1）底部；所述炉体（1）选自箱式烘干箱、窑式焙烧炉、真空焙烧炉中的一种。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述牵引设备（3）为罗茨风机。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述牵引设备（3）为真空泵。

6.一种权利要求1-5任一项所述的装置在无形变干燥分子筛中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述分子筛选自3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛，以及对应的IA族金属阳离子交换型分子筛、IIA族金属阳离子交换型分子筛中的至少一种。

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