一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法及系统与流程

本发明涉及催化材料制备领域，具体涉及一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法及系统。

背景技术：

1、由于水热合成的分子筛原粉，需经焙烧脱除孔道中的模板剂才具备择型催化功能。在焙烧脱除模板剂过程中，模板剂氧化燃烧，产生局部高温，会造成分子筛骨架坍塌。对于含活性金属的分子筛，这种现象更为突出，除造成分子筛骨架坍塌外，还可能造成活性金属脱离骨架，导致分子筛催化性能下降。工业上大批量焙烧分子筛时，大量模板剂聚集氧化燃烧，更易出现这种情况。

2、目前工业上分子筛焙烧主要采用间接加热的回转窑、隧道窑等焙烧炉，且在空气气氛下进行焙烧，在这些焙烧炉中，待焙烧的分子筛会聚集在某些部位，焙烧时会引起模板剂局部聚集、氧化燃烧，产生局部高温，且由于分子筛通常在炉中停留时间较长(有时长达数小时)，易造成分子筛骨架坍塌及活性金属脱离骨架。对于含有活性金属的分子筛来讲，在焙烧过程中既要考虑脱除模板剂，又要保证活性金属物种的存在形态和分布位置。以cu-ssz-13为例，在分子筛中cu物种主要包括cu2+、cu+、[cu(oh)]+、cuo等(catalysis science&technology,2020,10(18):6319-6329)，其中，cu2+具有最好的scr催化活性。在常规技术路线中，局部高温易使cu物种转化为cuo，导致其scr催化活性大幅度下降。

3、因此，研发一种温度可控、无局部高温、温度场均匀的含活性金属的分子筛焙烧技术意义重大。

技术实现思路

1、本发明提供一种温度可控、无局部高温、温度场均匀的含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法及系统，该方法能够确保焙烧时温度场均匀，避免局部高温，降低分子筛骨架坍塌及活性金属脱离骨架风险，保持分子筛催化性能稳定。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，包括以下步骤：

4、将含活性金属的分子筛原粉与热风分别进入焙烧炉进行两段焙烧，第一段焙烧时热风中氧气的体积分数为0～10％，第二段焙烧时热风中氧气的体积分数为10～25％，焙烧后气固混合物进入气固分离单元进行分离，分离出的固体为焙烧产物。

5、进一步的，分子筛为具有cha、aei、bea、mfi、rth、mor与lta结构中的一种或多种结构的分子筛。

6、进一步的，分子筛为ssz-13分子筛、ssz-39分子筛、mor分子筛、beta分子筛、zsm-5分子筛、ssz-13/mor共晶分子筛、beta/mor共晶分子筛或zsm-5/mor共晶分子筛；所述活性金属为fe、cu、mn、ce、ti与zn中的一种或多种。

7、进一步的，所述热风为可燃物质燃烧产生的或通过间接换热得到的350～900℃的气体；第一段焙烧时温度为330～800℃，第二段焙烧时温度为350～850℃，两段焙烧的总时间为0.01～10.00分钟。

8、进一步的，所述热风的流速为0.1～50m/s；焙烧后气固混合物进入气固分离单元进行分离，分离出的气体采用高温氧化法、催化氧化法以及吸收与吸附法中的一种或几种。

9、如上所述方法采用的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，包括第一气体单元，分子筛原粉仓，第一焙烧炉，第二气体单元以及第一气固分离单元；

10、其中，第一焙烧炉内设置有第一段贫氧焙烧区和第二段氧化焙烧区；

11、第一气体单元、分子筛原粉仓和第二气体单元与第一焙烧炉的入口相连，第一焙烧炉出口与第一气固分离单元入口相连。

12、进一步的，第一气固分离单元连接有第一尾气处理单元。

13、如上所述方法采用的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，包括第一气体单元，分子筛原粉仓，第二焙烧炉，第一气固分离单元，第三焙烧炉和第二气固分离单元；

14、第一气体单元和分子筛原粉仓与第二焙烧炉入口相连，第一气体单元，分子筛原粉仓，第二焙烧炉出口与第一气固分离单元相连，第一气固分离单元固体出口与第三焙烧炉入口相连，第三焙烧炉出口和第二气固分离单元相连。

15、进一步的，第三焙烧炉还连接有第三气体单元；第二气固分离单元还连接有第二尾气处理单元。

16、进一步的，第三焙烧炉与第二气固分离单元之间设置有第二冷却器。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、本发明采用两段快速焙烧技术，在第一段贫氧焙烧区，快速无燃烧移除分子筛内部的模板剂，移除的模板剂及其分解产物均匀分散到气固混合物中，由于第一段贫氧焙烧区处于贫氧气氛，氧气不足，达不到燃烧条件，确保了模板剂及模板剂分解产物不燃烧，避免局部高温；在第二段氧化焙烧区，氧化分子筛上的残留积碳、混合气体中的模板剂及模板剂分解产物，由于分子筛、逸出的模板剂及模板剂分解产物在混合气体中分散均匀，因此这些物质在氧化过程中放出的热量均匀分散在混合气体中，确保焙烧时温度场均匀，再次避免局部高温，降低分子筛骨架坍塌及活性金属脱离骨架风险，保持分子筛催化性能稳定。本发明中无局部高温、温度场均匀，煅烧后的产品质量好，性能稳定。

19、进一步的，与传统的焙烧炉需要数小时相比，本发明中在焙烧停留时间大大缩短，既降低了分子筛长时间处于高温环境而导致活性金属脱离骨架的风险，又降低系统能耗。

20、与传统焙烧炉间接加热相比，本发明中采用设置有第一段贫氧焙烧区和第二段氧化焙烧区的第一焙烧炉进行焙烧，或者采用相连的第二焙烧炉和第三焙烧炉进行焙烧，气、固直接接触换热，接触面积大，传质传热效率高，可以实现分钟级甚至秒级快速焙烧。

技术特征：

1.一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，其特征在于，分子筛为具有cha、aei、bea、mfi、rth、mor与lta结构中的一种或多种结构的分子筛。

3.根据权利要求1所述的一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，其特征在于，分子筛为ssz-13分子筛、ssz-39分子筛、mor分子筛、beta分子筛、zsm-5分子筛、ssz-13/mor共晶分子筛、beta/mor共晶分子筛或zsm-5/mor共晶分子筛；活性金属为fe、cu、mn、ce、ti与zn中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，其特征在于，热风为可燃物质燃烧产生的或通过间接换热得到的350～900℃的气体；第一段焙烧时温度为330～800℃，第二段焙烧时温度为350～850℃，两段焙烧的总时间为0.01～10.00分钟。

5.根据权利要求1所述的一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法，其特征在于，热风的流速为0.1～50m/s；焙烧后气固混合物进入气固分离单元进行分离，分离出的气体采用高温氧化法、催化氧化法以及吸收与吸附法中的一种或几种。

6.权利要求1所述方法采用的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，其特征在于，包括第一气体单元(1)，分子筛原粉仓(2)，第一焙烧炉(3)，第二气体单元(4)以及第一气固分离单元(6)；

7.根据权利要求6所述含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，其特征在于，第一气固分离单元(6)连接有第一尾气处理单元(7)。

8.权利要求1所述方法采用的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，其特征在于，包括第一气体单元(1)，分子筛原粉仓(2)，第二焙烧炉(9)，第一气固分离单元(6)，第三焙烧炉(12)和第二气固分离单元(14)；

9.权利要求8所述的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，其特征在于，第三焙烧炉(12)还连接有第三气体单元(11)；第二气固分离单元(14)还连接有第二尾气处理单元(15)。

10.权利要求8所述的含活性金属的分子筛两段快速焙烧系统，其特征在于，第三焙烧炉(12)与第二气固分离单元(14)之间设置有第二冷却器(13)。

技术总结
本发明公开了一种含活性金属的分子筛两段快速焙烧方法及系统，将含活性金属的分子筛原粉与热风分别进入焙烧炉进行两段焙烧，第一段焙烧时热风中氧气的体积分数为0～10％，第二段焙烧时热风中氧气的体积分数为10～25％，焙烧后气固混合物进入气固分离单元进行分离，分离出的固体为焙烧产物。本发明中无局部高温、温度场均匀，焙烧后的产品质量好，性能稳定。

技术研发人员：党敏辉,田士东,李克伦,苏长罗,王利,张文权,杜秉霖,李宏伟
受保护的技术使用者：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11