一種新型高溫真空焙燒爐的結構設計

摘 要 設計了一種新型高溫真空焙燒爐，介紹了技術特點，給出了設備結構。應用結果表明，該焙燒爐生產出的5A分子篩吸附劑產品質量好、產量高、能耗低，為企業帶來了良好的社會效益和經濟效益，設備亦可推廣應用至其他領域。

關鍵詞 高溫真空焙燒爐 5A分子篩吸附劑 結構設計

中圖分類號 TQ054" "文獻標識碼 A" "文章編號 0254?6094（2023）01?0098?04

模擬移動床分子篩脫蠟工藝所用的5A分子篩吸附劑是一種技術含量較高的產品，目前其制造技術一直被國外所壟斷。我國的5A分子篩吸附劑干燥通常采用常壓操作的回轉爐進行處理，導致大量的分解揮發氣體從爐頭外排，爐尾連續進入大量高濕度冷空氣，不僅影響5A分子篩吸附劑的品質，而且能耗高、技術落后，因此急需開發一種新的5A分子篩吸附劑焙燒技術。

為打破技術壟斷，提升國產5A分子篩吸附劑的產品品質，擴大應用市場，節能降耗，實現綠色低碳制造，中石化南京催化劑有限公司與天華化工機械及自動化研究設計院有限公司聯合研究開發了一種新型高溫真空焙燒爐。該設備的特點是真空強制抽吸、自動化程度高、控溫精度高、能耗低，干燥后的5A分子篩吸附劑產品性能優良，能夠超越現有工藝產品及進口劑。

1 新型高溫真空焙燒爐

根據現有的生產方式及產品特點，筆者提出一種對5A分子篩吸附劑進行連續高溫真空干燥的焙燒技術。然而目前國內外均沒有高溫連續真空焙燒工藝和設備的相關介紹。同時，由于對5A分子篩吸附劑進行連續真空干燥焙燒工藝為首創，為了保證新工藝的成功，天華化工機械及自動化研究設計院有限公司對新工藝進行了充分的討論研究并進行了詳細設計，加工制造了一套新工藝系統的中試試驗裝置，以驗證新工藝的可行性。

1.1 技術特點

新型高溫真空焙燒爐是“一種大型化、成套化、節能型真空立式焙燒爐”裝備技術，其創新點是：在真空回轉干燥機的基礎上，通過對密封形式和密封結構的更新改造，使技術再創新，形成專用型真空立式焙燒爐，在保證真空度的同時通過真空強制抽吸，將吸附劑高溫焙燒活化時蒸發出來的水蒸氣及時排出，避免了對吸附劑晶體結構的影響，提高了吸附劑的吸附容量;自動化程度高，干燥焙燒溫度控制精確，通過多層加熱盤片進行控溫，形成加熱梯度，將吸附劑干燥與焙燒集于一體;設備占地面積小，熱效率高，單位產量耗能低。

1.2 結構設計

筆者設計的新型高溫真空焙燒爐結構示意圖如圖1所示。

1.2.1 物性參數

5A分子篩吸附劑新型高溫真空焙燒爐的基礎物性參數如下：

進料量（濕基） 250.0 kg/h

出料量（濕基） 187.5～212.5 kg/h

進口濕含量（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

進料溫度（正常） 20 ℃

出料溫度（正常） 50 ℃

1.2.2 密封結構

由于5A分子篩吸附劑高溫焙燒活化時蒸發出的水蒸氣需要及時排出，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）與傳動軸（運動端）之間密封性能良好，故對密封結構進行了分析設計，具體如下：

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

b. 如圖2所示，傳統密封結構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 ℃，導致填料更換困難。

c. 如圖3所示，筆者設計的新型密封結構采用的是填料+密封環+油封結構，可有效防止密封接觸面聚集粉塵，延長填料的使用周期，防止爐筒體內高溫粉料外泄;軸向密封采用三級密封結構，第一級采用填料，將密封壓力由0.094 MPa降至小于0.030 MPa，第二、三級采用油封，在壓力不超過0.030 MPa時能達到良好的密封效果。

1.2.3 料盤與刮刀間隙結構

高溫真空焙燒爐運行時，爐體內的溫度約600 ℃，導致軸體受熱后會產生較大的膨脹。為保證運行時料盤與刮刀間的間隙滿足10 mm的要求，對料盤與刮刀之間的間隙采用不等距設計。

1.2.4 爐膛結構

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莫來石澆注料與硅酸鋁耐火纖維相結合的形式，爐膛四周里層采用輕質莫來石澆注料用于填充內壁爐膛，側壁采用硅酸鋁耐火纖維模塊用于與外界隔熱。為增加輕質莫來石澆注料和硅酸鋁耐火纖維模塊的強度并固定其結構形式，最外層采用碳鋼包覆。

1.2.4.2 爐膛電加熱及控制系統

為實現5A分子篩吸附劑的活化、干燥和焙燒，并保證每個階段的精確控溫，高溫真空焙燒爐的爐膛加熱分為3個區共6個加熱盤片，每個盤片采用3組電加熱絲;每個加熱區有一個溫控系統，通過溫度控制自動反饋到電氣控制柜從而將溫度控制在每個區所需的溫度區間。基本上，每兩個加熱盤片組成一個加熱區，熱量分配更加精細，而且整套加熱系統采用的是溫度自控系統，自動化程度高，能夠保證5A分子篩吸附劑活化、干燥和焙燒過程中的溫度控制更加精準，對5A分子篩吸附劑吸附容量的提升更加有利。

2 技術成熟度

高溫真空焙燒爐大型化成套技術的成功開發，已經形成了專利技術，創新程度較高。此技術的開發成功解決了卡脖子的技術難題，使得產品質量大幅上升，焙燒成本大幅下降，社會效益和經濟效益顯著。

該新型高溫真空焙燒爐現已投入使用，經鑒定所生產的5A分子篩吸附劑，品質優于設計值，與其他產品的對比結果見表1。

高溫真空焙燒爐共6個加熱盤片，每個盤片3組電加熱絲，每組電加熱絲功率為6.5 kW，因此整個焙燒爐的加熱功率為117.0 kW;傳動功率為1.5 kW;因此總功率為118.5 kW（同等處理量的傳統焙燒爐功率大于600.0 kW）。實際運行過程中，恒溫時每小時耗電30 kW·h，處理量達250 kg/h（連續式運行，遠大于真空箱式爐間歇操作的處理量）。同時，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。綜上所述，筆者設計的高溫真空焙燒爐節能降耗效果明顯，具體見表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成功，是制備5A小球脫蠟吸附劑技術的一次革新，新工藝技術提升了吸附劑的性能和產能，使國產5A分子篩吸附劑在正異構烷烴吸附分離核心技術中發揮了更大的作用，提升了國產5A分子篩吸附劑在國內外的認可度;同時產品能耗大幅下降，制造成本降低，為企業帶來了良好的效益。

新型高溫真空焙燒技術的成功開發，對行業技術創新起到了很好的示范引領作用;為行業技術進步及節約能源提供了有效的新方法，將來會逐漸發揮更大的能動作用。

4 結束語

目前，該新型高溫真空焙燒技術已經成功應用于5A分子篩吸附劑的工業生產，產品質量大幅上升，能耗大幅下降。建議的推廣應用領域為：對二甲苯吸附劑的工業生產、常規干燥吸附劑領域、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，將會減少投資，提高產品質量，提高產品競爭力，同時降低能耗，將對催化劑行業技術進步有較大的推動作用。

（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

作者簡介：涂長志（1966-），高級工程師，從事分子篩吸附劑的研究開發工作，tuchangzhi@126.com。

引用本文：涂長志，黃帥，令永功.一種新型高溫真空焙燒爐的結構設計[J].化工機械，2023，50（1）：98-100;118.