摘要：催化技术在当前石油领域得到了广泛的应用，并且对于化工工业的发展有着重要的意义。据相关数据统计，60%以上的化学品、90%的化学合成工艺均与催化有着密切关系。催化剂在石油加工业、化肥工业、化学品合成和高分子材料制备以及环境保护过程中起到重要的作用。文章对一种新型石油化工催化剂挤条成型模具的方法进行了探讨。
关键词：石油化工；条形催化剂；挤条成型模具；镶嵌模块；工程塑料
中图分类号：TG7 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）32-0035-02
1 概述
随着石油化工工业的迅猛发展以及石油资源的日益紧缺和不可再生性，世界各国都非常重视石油精制高技术的研究，以充分利用有限的石油资源。近年来，我国坚持可持续发展战略，在石油化工领域，先进的加氢裂化、重整精制等技术得到了迅速的推广应用，该技术将催化裂化后的残油重新加氢、裂化，将分子长链断开，重新成短链的轻质油，实现了残油的深加工，提高出油率达10%以上，产生了显著的经济效益，而实现该技术的关键就是先进的催化技术。
2 条状催化剂的定义
条状催化剂作为新一代石油、化工催化剂，其优点众多，首先其载体尺寸相对较小、催化剂表面积大、催化效率得到了很大的提高，目前条状催化剂正日益广泛地被国内外石油、化工等行业大量采用。现在加氢、重整用的石油化工催化剂主要是条状催化剂，其需求量随着石化工业的发展突飞猛进，我国每年这类炼油催化剂总产值达到十多亿元，供催化剂生产用的挤条模板需求量也日渐增加。目前国内外普遍采用各种圆形、三叶草、四叶草、蝶形等异形截面的催化剂，由于这些异形截面催化剂的成型模具需要耗费许多昂贵的耐腐蚀高强度不锈钢板，且该种模板孔型复杂、制作技术难，因而生产费用高、周期长，成为严重制约石油化工催化剂生产发展的瓶颈。
国内许多石油化工催化剂生产厂家引进了国外的催化剂挤条机，并大量生产这种新型的条状催化剂。这些设备配套的挤条模板都是不锈钢整体金属模板，一旦挤条孔磨损，设备使用性能就变差，这样短暂的使用寿命造成了昂贵的生产成本。如中石油抚顺石化公司石油三厂从日本引进了大型催化剂挤条机，其配套的不锈钢挤条模板每块就要1万多美元，后来，经我们国产化研制成功后，该模板的价格降为1.5万元人民币，为该公司大幅降低了模具成本，并且为国家节约了大量外汇，当时，该项目“三叶草型催化剂挤条孔板研制”获得机械工业部三等奖。随着催化技术的不断发展，国内的厂家开始仿制该类挤条机，这就使得国内石油化工催化剂行业对条状催化剂挤条模板的需求量大增，而因为不锈钢整体挤条模板生产周期太长、加工难度大，难以满足条状催化剂规模化生产的需求。
3 新型结构的催化剂挤条成型模具的研制
虽然不锈钢挤条模板的国产化大大降低了模具的使用成本，但是成本仍然偏高，而且该种模板在使用中经常因挤出孔被催化剂泥料堵塞，这样很不利于工作的顺利进行，降低了工作效率。就此而言，有针对性地研制一种新型石油化工催化剂挤条成型模具就成为迫在眉睫的任务。
通过我们不懈的努力，终于研制出了一种新型结构的催化剂挤条成型模具。我们采用镶嵌式组合结构，并用工程塑料来制作催化剂挤条镶嵌模块，取代不锈钢材料的模板，大幅度降低模具的成本，实现催化剂挤条技术的又一次创新。这类产品的开发属于国内首创，这是我们在石油化工催化剂制造技术领域紧紧跟踪国际技术发展新趋势展开的一次创新研究。
国内催化剂厂家大多是采用螺杆式挤条机或活塞式挤出机来生产条状催化剂，该成型装置是在挤出机出口端固定一块催化剂挤出模板，挤出模板上布满了孔型各异的通孔，催化剂泥料通过这些挤出孔，形成了各种尺寸、孔型的条状催化剂。这种模板是用高强度不锈钢制成的整体结构的模板，模板上的每个异形孔都是逐孔加工成型的，加工难度大，制作周期长，且孔内表面粗糙度大、挤压阻力大，挤条模板的生产无论从数量上还是质量上来讲，都与我国石油化工工业的发展不相适应，很难满足石化工业日益增长的需求，这已经成为制约催化剂行业发展的一个瓶颈，急需从结构上进行重大创新，以适应我国石油化工工业催化剂制造技术的高速
发展。
为了便于推广应用，我们对镶嵌模块外形尺寸设计时，对其尺寸标准要求十分的严格。催化剂模块可以在各大厂家生产，但由于各个生产厂家即使挤出设备不同，但只需更换挤出模架，就能很方便地使用。这样，就做到了各个生产厂家通用，避免了重复开模带来的成本上升，也缩短了制造周期，镶嵌模块成本得到控制。
选择挤条镶嵌模块用的材质，应该满足催化剂挤条生产时对模板耐温、耐压、耐腐蚀的要求，且还应该易于注塑成型。根据以上原则以及经济适用的考虑，选用适合催化剂挤条生产用的挤条镶嵌模块材质，成为了一个重点。由于工程塑料易于注塑成型，便于大规模生产，又具有一定的耐温、耐压、耐腐蚀性能，选做挤条镶嵌模块的材质是合适的。我们通过大量的试验，经过对工程塑料的多次配方试验，基本确定了工程塑料的材质配方，并且根据不同的使用工况以及生产装置，进行配方调整。
在石油化工催化剂挤条成型装置中用镶嵌式结构的催化剂组合模板替代不锈钢结构模板，大幅度降低了模具的成本，缩短了模具的生产周期，为石油化工催化剂的规模生产奠定了基础。
镶嵌式结构的组合模板的设计，应注意挤压强度以及开孔率。镶嵌式结构的模板与整体结构模板相比，组合模板的开孔率不够好，这将影响催化剂的生产效率。通过对其合理设计，在保证强度的基础上，尽量选择较大的开孔率，使催化剂的生产效率保持在较高的水平。挤出固定模架是各种孔型的塑料镶嵌模块通用的，其设计是按挤出机出口连接尺寸和挤出力大小，保证模板强度的基础上，对整个模架的结构和尺寸进行了优化合理的设计，既保证了模架的整体强度，又避免了塑料镶嵌模块在模架中不会因为挤出力大而被挤掉的现象出现，还要保证模板有尽可能高的开孔率，以保证较高的催化剂生产效率。
塑料镶嵌模块注塑成型模具的优化设计，注塑成型模具的设计制造对于塑料镶嵌模块的合格有着至关重要的作用。催化剂截面形状各有不同，这样对截面成型孔的形状加工难度就加大，这时对制造精度如果不好好控制，塑料镶嵌模块的成型质量将大大下降，极易在异形孔边缘产生飞边、毛刺以及挤出孔的大小不均，对总体生产质量产生影响。并且，细长型芯其硬度不够，在使用过程中很容易变形，间接地降低了注塑成型模的使用寿命。通过对催化剂特点的研究，探索出增强细长型芯刚度的新方法，以延长注塑成型模的使用寿命，对塑料镶嵌模块的成型质量有很大作用，使得注塑成型模工作顺利的进行。
该研制的技术关键在于：寻求科学合理的模板结构，以适合国内外生产的各种挤压机使用；优化选择经济实用的工程塑料材质，满足催化剂挤条生产时对模板耐温、耐压、耐腐蚀的要求；解决镶嵌模块注塑成型模具设计制造和使用时存在的问题，成功研制出孔型小、形状复杂、孔密度大、孔型不规范的镶嵌模块。
4 结语
随着研制项目的推广应用，新型的镶嵌式催化剂挤条成型模板已成功取代了原有的不锈钢整体结构模板，在全国几十家催化剂生产企业得到应用，包括中石油、中石化下属大型催化剂生产公司及研究院所，其产品规格达到几十种，得到了用户的好评。
参考文献
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[3] 伍太宾，孔凡新.锯齿形内齿主动齿轮冷挤压成型技术研究[J].汽车技术，2009，13（5）.
作者简介：熊伟（1964-），男，江西九江人，江西省机械科学研究所高级工程师，研究方向：金属切削加工工艺。