分别采用AM-30型气流涡旋微粉机、PB300型立式剥片机、GJM10双槽高强度搅拌型卧式湿式超细磨设备进行工业研磨实验。将介孔材料采用以上的研磨设备进行研磨, 研磨出的架空材料粒度必须满足Dv0.5≤ 3.5 μ m, Dv0.9≤ 7 μ m要求。

采用马尔文公司生产的MS-2000型激光粒度仪分析催化裂化剂粒度。基于激光整体光散射原理并采用湿法测量, 经过光电探测器检测及计算机数据处理, 作出试样粒子的体积分布。

磨损指数在中国石油化工科学研究院生产的磨损指数分析仪进行分析, 将一定量的试样放入磨损指数的测定装置中, 在恒定的气速下吹磨, 计算出每小时平均磨损百分数, 作为试样的磨损指数。

介孔材料比表面积和孔结构测定采用美国麦克仪器公司AUTOSORB-6B自动吸附仪型, BET法计算比表面积, 相对压力约0.9750时, 计算样品的单孔体积。

采用日本电子株式会社JSM-7900F电子显微镜进行SEM分析, 采用美国FEI公司TECNAI G² F20 S-TWIN 型透射电子显微镜进行TEM形貌分析。

采用AM-30型气流涡旋微粉机进行介孔材料研磨, 其流程图如图1所示。

图1

Figure 1

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	图1 AM-30型气流涡旋微粉机流程示意图Figure 1 Schematic diagram of AM-30 airflow pulverizing mill

将介孔材料投入进料口, 进入气流涡旋微粉机腔室, 在干燥风的强烈带动下, 物料和物料之间发生碰撞, 从而进行研磨; 研磨后的颗粒粒径变小, 通过引风机的引风从气流涡旋微粉机的上部抽入旋风分离器分离并包装, 未分离出来的颗粒进一步随引风进入布袋收集并包装。该种研磨为干法研磨, 研磨后的粒度如图2所示。从图2可以看出, AM-30型气流涡旋微粉机磨细效果不明显, 特别是Dv0.5数据下降幅度不大, 但Dv0.9粒度数据较原样相比有一定幅度的下降。布袋收集的样品虽然较细, 这是因为引风机抽力较大, 物料中本身粒度分布较细的部分被收集的结果, 并非是因磨细设备研磨而成。由于此研磨设备采用干法研磨, 对灼减小于10%的物料效果较好, 而介孔材料孔大较轻, 含水量较大, 灼减在25%~30 %之间, 不太符合本设备研磨, 更是无法达到Dv0.5和Dv0.9的指标要求。且介孔材料的磨细会造成本设备的超负荷运行, 损坏设备。因此不建议采用此设备进行介孔材料的研磨。

图2

Figure 2

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	图2 气流涡旋粉碎法研磨后Dv0.5、Dv0.9粒度变化曲线Figure 2 Dv0.5 and Dv0.9 particle size change after grinding by air vortex pulverization

采用PB300型立式剥片机进行介孔材料研磨, 其流程如图3所示。

图3

Figure 3

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	图3 PB300型立式剥片机流程示意图Figure 3 Schematic diagram of PB300 vertical stripping machine

将介孔材料或介孔材料滤饼直接投入打浆罐中加水打浆, 控制浆液投料固含量> 280 g· L^-1, 打浆罐内浆液通过离心泵由BP300剥片机底部进入腔室, 采用搅拌带动惰性氧化铝瓷球在腔室内转动, 和介孔材料碰撞进行研磨, 研磨后的浆液由剥片机顶部流出, 再经下料线进入振动筛, 在振动筛内实现浆液与瓷球分离, 浆液进打浆罐。罐内浆液循环研磨, 直至罐内浆液粒度至目标值(Dv0.5< 3.5 μ m、Dv0.9< 7.0 μ m)。研磨后的数据如图4所示。设定介孔材料研磨工艺条件为打浆浓度> 280 g· L^-1, 进料流量1.5 m³· h^-1时, 由图4可以看出, 该设备研磨9 h后, 介孔材料的粒度达到磨细指标要求, 相当于浆液总体积研磨3.5遍。但一方面由于研磨时间太长, 无法满足工业生产对时间的要求; 另一方面固含量> 280 g· L^-1, 浆液粘度大、流动性较差, 而剥片机采取低进高出的方式循环研磨物料, 故物料需用水顶入研磨室, 顶水过多会造成介孔材料浓度不断降低, 最终无法满足催化剂生产的固含量需求, 使得该种方法实现不了操作简单的要求。

图4

Figure 4

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	图4 湿式剥片球磨法研磨后Dv0.5、Dv0.9粒度Figure 4 Dv0.5 and Dv0.9 particle size after grinding by PB300 vertical stripping machine

采用GJM10双槽高强度搅拌型卧式湿式超细磨设备进行介孔材料研磨, 其流程如图5所示。该球磨机是一款流化立式搅拌磨机, 利用搅拌棒的旋转功能, 使腔室中的惰性氧化铝小球和介孔材料产生高能运动, 进而进行小球与介孔材料颗粒间、颗粒间与颗粒间的剪切、挤压和摩擦力, 形成研磨的理想环境^{[14, 15]}。

图5

Figure 5

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	图5 GJM10双槽高强度搅拌型卧式湿式超细磨设备流程示意图 1.减速机; 2.人孔观察孔; 3.介孔材料入口; 4.搅拌桨; 5.水冷装置循环水出水口; 6.循环水管线; 7.工业风进口1; 8.瓷球排出口1; 9.工业风进口2; 10.瓷球排出口2; 11.水冷装置循环水进水; 12.水冷装置循环水进水阀; 13.水冷装置循环水进水管线表; 14.球磨室; 15.介孔材料出口; 16.观察口Figure 5 Schematic diagram of GJM10 double-slot high-strength agitating horizontal wet ultra-fine grinding equipment

将介孔材料投入打浆罐加水打浆均匀, 控制浆液固含量> 280 g· L^-1, 浆液通过离心泵由球磨机顶部进入研磨机的第一腔室, 采用搅拌带动惰性氧化铝小球和介孔材料碰撞进行研磨; 两腔室底部连通, 研磨后的浆液由另一腔室的顶部流出, 再经下料线进入打浆罐, 浆液循环研磨, 直至罐内浆液粒度至目标值(Dv0.5< 3.5 μ m、Dv0.9< 7.0 μ m)。该过程解决了第二种设备实验的物料输送困难等问题, 研磨后的主要分析数据如表1所示。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 研磨前后AMC的粒度情况 Table 1 Particle size of AMC before and after grinding Dv0.5/ μ m Dv0.9/ μ m 比表面积/ m2· g-1 孔体积/ mL· g-1 研磨前 10.3 56.1 281 0.63 研磨1 h 7.8 22.6 278 0.61 研磨2 h 5.2 15.9 272 0.58 研磨3 h 3.2 6.7 270 0.55 研磨3 h下降幅度 68.9% 88.1% 3.9% 12.7%

表1 研磨前后AMC的粒度情况 Table 1 Particle size of AMC before and after grinding

从表1可知, 通过3 h研磨后, Dv0.5和Dv0.9分别下降68.9%和88.1%, 达到< 3.5 μ m和< 7.0 μ m的质量指标, 生产顺畅且研磨时间较短。磨后的介孔材料比表面和孔容分别下降3.9%和12.7%, 有一定程度的下降, 但基本满足指标要求。

研磨后介孔材料的SEM和TEM照片如图6所示。

图6

Figure 6

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	图6 研磨后介孔材料的SEM和TEM照片Figure 6 SEM and TEM images of mesoporous material after grinding

从SEM电镜照片可以看出, 研磨后的介孔材料粒度均匀, 基本< 7.0 μ m。从TEM电镜照片可以看出, 研磨后的介孔材料仍然保留了丰富的介孔结构, 表明研磨过程中未造成孔道的大幅度坍塌。