CN105645354B - 耐硫变换反应设备以及耐硫变换工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐硫变换反应设备以及耐硫变换工艺方法。该耐硫变换反应设备，包括依次串联的第一级变换反应器、第二级变换反应器和第三级变换反应器；其中，所述第一级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；所述第二级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；所述第三级变换反应器装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂。本发明提供的耐硫变换反应设备能够对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气进行耐硫CO变换，且本发明提供的耐硫变换工艺方法具有设计简单、操作安全、不易“飞温”、投资少的特点。
Description
技术领域
本发明涉及耐硫变换技术领域，具体涉及一种耐硫变换反应设备以及耐硫变换工艺方法。
背景技术
CO变换工艺是指将煤气化等得到的原料气(包括CO、H2S等)与水蒸气在催化剂上进行变换反应进行CO变换反应，生产氢气和二氧化碳，以获得满足要求的合成气。
煤气化等得到原料气通常具有CO浓度高(体积浓度为40-75％)、汽气比高(干原料气和水蒸气的比例为1.0-1.8)、H2S浓高度(5-15g/Nm3)、压力高(3.0-8.0MPa)等特点，同时还存在油污及粉尘等。要实现这些复杂混合气体的高效变换制氢，通常采用耐硫变换工艺，即气化后的复杂混合气体不经脱硫直接进行变换。
CO的变换反应是强放热催化反应，要实现高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气的变换制氢，所需的反应温度一般要在600℃以上，一般常规的催化剂易被烧结而失活。因此，需要采用不同的工艺技术才能实现CO的安全高效转化。例如，中国专利CN1830756A公开了一种高浓度CO的二级变换工艺方法，其中，一级变换采用英国JOHNSONMATTHEY公司的K8-11催化剂或采用以Al2O3为载体的Co-Mo基催化剂，二级变换采用以Al2O3为载体的Co-Mo基催化剂。
由于CO的变换反应是强放热反应，而以Al2O3为载体的Co-Mo基催化剂的活性高，因而在CO变换反应(特别是一级变换)过程中催化剂容易因“飞温”而失活，而且Al2O3载体极易因与水蒸气发生水合反应而结块、失活。因此，如何针对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气进行耐硫CO变换，成为目前亟待解决的技术难题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术无法对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气进行耐硫CO变换的缺陷。
为此，本发明提供了一种耐硫变换反应设备，包括依次串联的第一级变换反应器、第二级变换反应器和第三级变换反应器；其中，所述第一级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；所述第二级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；所述第三级变换反应器装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂。
作为优选，所述第一级变换反应器的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；所述第二级变换反应器的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；所述第三级变换反应器的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
作为优选，所述第一级变换反应器的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状；所述第二级变换反应器的催化剂中的载体呈条型；所述第三级变换反应器的催化剂中的载体呈条型或球形。
作为优选，所述第二级变换反应器的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。
作为优选，所述耐硫变换反应设备还包括第一换热器，所述第一换热器包括换热器本体，设置于所述换热器本体的侧壁上的原料气入口和原料气出口，设置于所述第一换热器本体的底端的换热气入口，以及设置于所述换热器本体的顶端的换热气出口；所述原料气出口与所述第一级变换反应器的入口连通，所述第一级变换反应器的出口与所述换热气入口连通，所述换热气出口与所述第二级变换反应器连通。
作为优选，所述耐硫变换反应设备还包括设置于所述原料气出口和所述第一级变换反应器的入口之间的除氧器，以及设置于所述换热入出口与所述第二级变换反应器之间的增湿器。
作为优选，所述耐硫变换反应设备还包括设置于所述第二级变换反应器和所述第三级变换反应器之间的第二换热器。
作为优选，所述第一级变换反应器、所述第二级变换反应器和所述第三级变换反应器均为绝热反应器。
本发明还提供了一种耐硫变换工艺方法，包括以下步骤：将原料气通入第一级变换反应器进行变换反应，所述第一级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；将由所述第一级变换反应器出来的变换气通入第二级变换反应器进行变换反应，所述第二级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；将由所述第二级变换反应器出来的变换气通入第三级变换反应器进行变换反应，所述第三级变换反应器装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分为，以K2O为活性助剂的催化剂。
作为优选，所述第一级变换反应器的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；所述第二级变换反应器的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；所述第三级变换反应器的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
作为优选，所述第一级变换反应器的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状；所述第二级变换反应器的催化剂中的载体呈条型；所述第三级变换反应器的催化剂中的载体呈条型或球形。
作为优选，所述第二级变换反应器的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。
作为优选，所述将原料气通入第一级变换反应器进行变换反应的步骤包括：将所述原料气通入第一换热器中进行加热，再将加热后的所述原料气通入所述第一级变换反应器中进行变换反应；所述将由所述第一级变换反应器出来的变换气通入第二级变换反应器进行变换反应的步骤包括：将由所述第一级变换反应器出来的变换气通入所述第一换热器进行降温，再将降温后变换气通入所述第二级变换反应器。
作为优选，所述将原料气通入第一级变换反应器进行变换反应的步骤中，将加热后的所述原料气通入除氧器进行除氧，再将除氧后的所述原料气通入所述第一级变换反应器中；所述将由所述第一级变换反应器出来的变换气通入第二级变换反应器进行变换反应的步骤中，将所述降温后变换气通入增湿器补充蒸汽，并将补充蒸汽后的变换气通入所述第二级变换反应器中。
作为优选，所述将由所述第二级变换反应器出来的变换气通入第三级变换反应器进行变换反应的步骤包括：将由所述第二级变换反应器出来的变换气通入第二换热器进行降温，再将降温后的变换气通入所述第三级变换反应器进行变换反应。
作为优选，所述原料气含有体积浓度为40-75％的CO、体积浓度为5-15g/Nm3的H2S，所述原料气中的汽气比为0.9-1.4。
作为优选，所述第一级变换反应器中的变换反应温度为240-300℃；所述第二级变换反应器中的变换反应温度为240-450℃；所述第三级变换反应器中的变换反应温度为190-280℃。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明提供的耐硫变换反应设备，第一级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂，该催化剂具有较低的耐硫变换性能，但具有很强的抗水合性能和对砷、氰化物能有效的转化，因而面对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气时，催化剂床层不会发生“飞温”，而且能对原料气中的有毒物质能够(特别是砷化物和氰化物)有效净化；
本发明提供的耐硫变换反应设备，第二级变换反应器装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂，由于载体中游离的Al和Mg基本没有，能有效抑制Co、Mo与载体中部分游离的Al发生相互作用形成结构稳定的CoAl2O4和Al2(MoO4)复合氧化物，同时通过添加稀土氧化物来抑制在热点温度比较高时的甲烷化等副反应，其原因是，首先，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，稀土Ce3+(0.102nm)、La3+(0.103nm)等的离子半径大于Co2+(0.0745nm)、Mo6+(0.059nm)等离子，易填补催化剂的活性相晶粒表面，有效抑制活性相团聚，提高催化剂的分散度和促进催化性能稳定；其次，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，例如，Ce的功函数为2.9ev，Co、Mo的功函数分别为5ev和4.6ev，也就意味着Ce更易失去电子，而Co、Mo在Ce存在的情况下，是电子受体，能起到电子效应的作用，能起到降低硫化温度，进而提高催化剂的性能；再次，稀土元素具有晶格移动氧，有利于H2O的解离吸附，从而调整其对不同反应物的吸附能力和反应活性，提高变换效率和抑制副反应的发生；
本发明提供的耐硫变换反应设备，第三级变换反应器装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂，K2O能有效提高该催化剂的活性、耐热性能和抗水合性能，能够在低温下即能实现CO的深度变换，使得出口的CO浓度达到0.3-1.0％，达到工艺的要求，同时可以实现难转化的有机硫，如噻吩等的加氢转化。
(2)本发明提供的耐硫变换工艺方法，采用了本发明提供的耐硫变换反应设备，因此具有上述优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式中提供的耐硫变换反应设备的结构示意图。
1-第一级变换反应器；2-第二级变换反应器；3-第三级变换反应器；
4-第一换热器；41-原料气入口；42-原料气出口；43-换热气入口；
44-换热气出口；5-除氧器；6-增湿器；7-第二换热器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种耐硫变换反应设备，如图1所示，包括依次串联的第一级变换反应器1、第二级变换反应器2和第三级变换反应器3；其中，所述第一级变换反应器1装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；所述第二级变换反应器2装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；所述第三级变换反应器3装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分为，以K2O为活性助剂的催化剂。
本实施例提供的耐硫变换反应设备，第一级变换反应器1装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂，该催化剂具有较低的耐硫变换性能，但具有很强的抗水合性能和对砷、氰化物能有效的转化，因而面对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气时，催化剂床层不会发生“飞温”，而且能对原料气中的有毒物质能够(特别是砷化物和氰化物)有效净化；
本实施例提供的耐硫变换反应设备，第二级变换反应器2装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂，由于载体中游离的Al和Mg基本没有，能有效抑制Co、Mo与载体中部分游离的Al发生相互作用形成结构稳定的CoAl2O4和Al2(MoO4)复合氧化物，同时通过添加稀土氧化物来抑制在热点温度比较高时的甲烷化等副反应，其原因是，首先，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，稀土Ce3+(0.102nm)、La3+(0.103nm)等的离子半径大于Co2+(0.0745nm)、Mo6+(0.059nm)等离子，易填补催化剂的活性相晶粒表面，有效抑制活性相团聚，提高催化剂的分散度和促进催化性能稳定；其次，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，例如，Ce的功函数为2.9ev，Co、Mo的功函数分别为5ev和4.6ev，也就意味着Ce更易失去电子，而Co、Mo在Ce存在的情况下，是电子受体，能起到电子效应的作用，能起到降低硫化温度，进而提高催化剂的性能；再次，稀土元素具有晶格移动氧，有利于H2O的解离吸附，从而调整其对不同反应物的吸附能力和反应活性，提高变换效率和抑制副反应的发生；
本实施例提供的耐硫变换反应设备，第三级变换反应器3装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂，K2O能有效提高该催化剂的活性、耐热性能和抗水合性能，能够在低温下即能实现CO的深度变换，使得出口的CO浓度达到0.3-1.0％，达到工艺的要求，同时可以实现难转化的有机硫，如噻吩等的加氢转化。
需要说明的是，第一级变换反应器1、第二级变换反应器2和第三级变换反应器3中催化剂的各组分含量可以根据原料气的浓度、变换工艺要求进行设定。作为优选的实施方式，所述第一级变换反应器1的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；所述第二级变换反应器2的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；所述第三级变换反应器3的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
经过上述第一级变换反应器1后CO转化率≤30％，经过上述第二级变换反应器1后CO转化率≥85％，经过上述第三级变换反应器1后CO转化率≥90％。
作为优选的实施方式，所述第一级变换反应器1的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状，该催化剂具有大孔结构，对油污、粉尘良好的吸附能力，对砷、氰化物能有效的转化。
同样优选的，所述第二级变换反应器2的催化剂中的载体呈条型；所述第三级变换反应器3的催化剂中的载体呈条型或球形。
作为优选的实施方式，所述第二级变换反应器2的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。稀土Ce3+(0.102nm)、La3+(0.103nm)等的离子半径大于Co2+(0.0745nm)、Mo6+(0.059nm)等离子，易填补催化剂的活性相晶粒表面，有效抑制活性相团聚，提高催化剂的分散度和促进催化性能稳定。
作为改进的实施方式，所述耐硫变换反应设备还包括第一换热器4，所述第一换热器4包括换热器本体，设置于所述换热器本体的侧壁上的原料气入口41和原料气出口42，设置于所述第一换热器本体的底端的换热气入口43，以及设置于所述换热器本体的顶端的换热气出口44；所述原料气出口42与所述第一级变换反应器1的入口连通，所述第一级变换反应器1的出口与所述换热气入口43连通，所述换热气出口44与所述第二级变换反应器2连通。
上述第一换热器4用于对原料气进行加热，并将加热后的所述原料气通入所述第一级变换反应器中进行变换反应。而且，上述第一换热器4还用于对由所述第一级变换反应器出来的变换气进行降温，并将降温后变换气通入所述第二级变换反应器。
作为进一步优选的实施方式，所述耐硫变换反应设备还包括设置于所述原料气出口42和所述第一级变换反应器1的入口之间的除氧器5，以及设置于所述换热入出口与所述第二级变换反应器2之间的增湿器6。
上述除氧器5用于脱除原料气中可能过高的氧，上述增湿器6用于对由第一级变换反应器1出来的变换气补入适量蒸汽，再通入第二级变换反应器2。
作为进一步优选的实施方式，耐硫变换反应设备还包括设置于所述第二级变换反应器2和所述第三级变换反应器3之间的第二换热器7。由第二级变换反应器2出来的变换气经第二换热器7进行降温，然后进入第三级变换反应器3。
需要说明的是，所述第一级变换反应器1、所述第二级变换反应器2和所述第三级变换反应器3可以为本领域中常用的变换反应器，例如等温反应器。优选地，所述第一级变换反应器1、所述第二级变换反应器2和所述第三级变换反应器3均为绝热反应器。绝热反应器具有操作简单、价格便宜等优点。
实施例2
本实施例提供了一种耐硫变换工艺方法，包括以下步骤：将原料气通入第一级变换反应器1进行变换反应，所述第一级变换反应器1装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；将由所述第一级变换反应器1出来的变换气通入第二级变换反应器2进行变换反应，所述第二级变换反应器2装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；将由所述第二级变换反应器2出来的变换气通入第三级变换反应器3进行变换反应，所述第三级变换反应器3装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分为，以K2O为活性助剂的催化剂。
本实施例提供的耐硫变换工艺方法，第一级变换反应器1装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂，该催化剂具有较低的耐硫变换性能，但具有很强的抗水合性能和对砷、氰化物能有效的转化，因而面对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气时，催化剂床层不会发生“飞温”，而且能对原料气中的有毒物质能够(特别是砷化物和氰化物)有效净化；
本实施例提供的耐硫变换工艺方法，第二级变换反应器2装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂，由于载体中游离的Al和Mg基本没有，能有效抑制Co、Mo与载体中部分游离的Al发生相互作用形成结构稳定的CoAl2O4和Al2(MoO4)复合氧化物，同时通过添加稀土氧化物来抑制在热点温度比较高时的甲烷化等副反应，其原因是，首先，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，稀土Ce3+(0.102nm)、La3+(0.103nm)等的离子半径大于Co2+(0.0745nm)、Mo6+(0.059nm)等离子，易填补催化剂的活性相晶粒表面，有效抑制活性相团聚，提高催化剂的分散度和促进催化性能稳定；其次，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，例如，Ce的功函数为2.9ev，Co、Mo的功函数分别为5ev和4.6ev，也就意味着Ce更易失去电子，而Co、Mo在Ce存在的情况下，是电子受体，能起到电子效应的作用，能起到降低硫化温度，进而提高催化剂的性能；再次，稀土元素具有晶格移动氧，有利于H2O的解离吸附，从而调整其对不同反应物的吸附能力和反应活性，提高变换效率和抑制副反应的发生；
本实施例提供的耐硫变换工艺方法，第三级变换反应器3装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂，K2O能有效提高该催化剂的活性、耐热性能和抗水合性能，能够在低温下即能实现CO的深度变换，使得出口的CO浓度达到0.3-1.0％，达到工艺的要求，同时可以实现难转化的有机硫，如噻吩等的加氢转化。
需要说明的是，第一级变换反应器1、第二级变换反应器2和第三级变换反应器3中催化剂的各组分含量可以根据原料气的浓度、变换工艺要求进行设定。作为优选的实施方式，所述第一级变换反应器1的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；所述第二级变换反应器2的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；所述第三级变换反应器3的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
经过上述第一级变换反应器1后CO转化率≤30％，经过上述第二级变换反应器1后CO转化率≥85％，经过上述第三级变换反应器1后CO转化率≥90％。
作为优选的实施方式，所述第一级变换反应器1的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状，该催化剂具有大孔结构，对油污、粉尘良好的吸附能力，对砷、氰化物能有效的转化。
同样优选的，所述第二级变换反应器2的催化剂中的载体呈条型；所述第三级变换反应器3的催化剂中的载体呈条型或球形。
作为优选的实施方式，所述第二级变换反应器2的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。稀土Ce3+(0.102nm)、La3+(0.103nm)等的离子半径大于Co2+(0.0745nm)、Mo6+(0.059nm)等离子，易填补催化剂的活性相晶粒表面，有效抑制活性相团聚，提高催化剂的分散度和促进催化性能稳定。
作为优选的实施方式，所述将原料气通入第一级变换反应器1进行变换反应的步骤包括：将所述原料气通入第一换热器4中进行加热，再将加热后的所述原料气通入所述第一级变换反应器1中进行变换反应；
所述将由所述第一级变换反应器1出来的变换气通入第二级变换反应器2进行变换反应的步骤包括：将由所述第一级变换反应器1出来的变换气通入所述第一换热器4进行降温，再将降温后变换气通入所述第二级变换反应器2。
作为进一步优选的实施方式，所述将原料气通入第一级变换反应器1进行变换反应的步骤中，将加热后的所述原料气通入除氧器5进行除氧，再将除氧后的所述原料气通入所述第一级变换反应器1中；
所述将由所述第一级变换反应器1出来的变换气通入第二级变换反应器2进行变换反应的步骤中，将所述降温后变换气通入增湿器6补充蒸汽，并将补充蒸汽后的变换气通入所述第二级变换反应器2中；
所述将由所述第二级变换反应器2出来的变换气通入第三级变换反应器3进行变换反应的步骤包括：将由所述第二级变换反应器2出来的变换气通入第二换热器7进行降温，再将降温后的变换气通入所述第三级变换反应器3进行变换反应。
本实施例提供的耐硫变换工艺方法中，原料气是由煤气化等得到的原料气(包括CO、H2S等)，其中原料气中各组分的含量会有所不同。该耐硫变换工艺方法能够对高CO浓度、高汽气比、含油污和粉尘的原料气进行耐硫CO变换。作为优选的实施方式，所述原料气含有体积浓度为40-75％的CO、体积浓度为5-15g/Nm3的H2S，所述原料气中的汽气比为0.9-1.4。
所述第一级变换反应器1、所述第二级变换反应器2和所述第三级变换反应器1的操作工艺参数可以根据所采用原料气的浓度以及工艺要求进行设定。作为优选的实施方式，所述第一级变换反应器1中的催化剂的装置量15-25m3，所述第一级变换反应器1中的变换反应温度为240-300℃；所述第一级变换反应器1中的催化剂的装置量30-40m3，所述第二级变换反应器2中的变换反应温度为240-450℃；所述第一级变换反应器1中的催化剂的装置量60-70m3，所述第三级变换反应器3中的变换反应温度为190-280℃。
作为示例，在一种具体的实施方式中，所述第一级变换反应器1、所述第二级变换反应器2和所述第三级变换反应器3的操作工艺条件包括：
第一级变换反应器1：入口汽气比：0.9-1.4，气量12000-22000m3/h，入口温度250±10℃，热点温度330±10℃，设计压力3.0-5.0Mpa，催化剂装置量19m3；
第二级变换反应器2：入口汽气比：0.6-0.8，气量12000-22000m3/h，入口温度240±10℃，热点温度420±10℃，设计压力3.0-5.0Mpa，催化剂装置量33m3；
第三级变换反应器1：入口汽气比：0.3-0.5，气量12000-22000m3/h，入口温度220±10℃，热点温度270±10℃，设计压力3.0-5.0Mpa，催化剂装置量62m3；
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (20)
1.一种耐硫变换反应设备，其特征在于，包括依次串联的第一级变换反应器(1)、第二级变换反应器(2)和第三级变换反应器(3)；其中，
所述第一级变换反应器(1)装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；
所述第二级变换反应器(2)装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；
所述第三级变换反应器(3)装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以K2O为活性助剂的催化剂；
所述第一级变换反应器(1)的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；
所述第二级变换反应器(2)的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；
所述第三级变换反应器(3)的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
2.根据权利要求1所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，
所述第一级变换反应器(1)的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状；
所述第二级变换反应器(2)的催化剂中的载体呈条型；
所述第三级变换反应器(3)的催化剂中的载体呈条型或球形。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，所述第二级变换反应器(2)的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。
4.根据权利要求1或2所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，所述耐硫变换反应设备还包括第一换热器(4)，所述第一换热器(4)包括换热器本体，设置于所述换热器本体的侧壁上的原料气入口(41)和原料气出 口(42)，设置于所述第一换热器本体的底端的换热气入口(43)，以及设置于所述换热器本体的顶端的换热气出口(44)；所述原料气出口(42)与所述第一级变换反应器(1)的入口连通，所述第一级变换反应器(1)的出口与所述换热气入口(43)连通，所述换热气出口(44)与所述第二级变换反应器(2)连通。
5.根据权利要求3所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，所述耐硫变换反应设备还包括第一换热器(4)，所述第一换热器(4)包括换热器本体，设置于所述换热器本体的侧壁上的原料气入口(41)和原料气出口(42)，设置于所述第一换热器本体的底端的换热气入口(43)，以及设置于所述换热器本体的顶端的换热气出口(44)；所述原料气出口(42)与所述第一级变换反应器(1)的入口连通，所述第一级变换反应器(1)的出口与所述换热气入口(43)连通，所述换热气出口(44)与所述第二级变换反应器(2)连通。
6.根据权利要求4所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，所述耐硫变换反应设备还包括设置于所述原料气出口(42)和所述第一级变换反应器(1)的入口之间的除氧器(5)，以及设置于所述换热入出口与所述第二级变换反应器(2)之间的增湿器(6)。
7.根据权利要求4所述的耐硫变换反应设备，其特征在于，所述耐硫变换反应设备还包括设置于所述第二级变换反应器(2)和所述第三级变换反应器(3)之间的第二换热器(7)。
8.根据权利要求1或2所述的耐硫变换反应设备，其特征在，所述第一级变换反应器(1)、所述第二级变换反应器(2)和所述第三级变换反应器(3)均为绝热反应器。
9.根据权利要求3所述的耐硫变换反应设备，其特征在，所述第一级变换反应器(1)、所述第二级变换反应器(2)和所述第三级变换反应器(3)均为绝热反应器。
10.一种耐硫变换工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料气通入第一级变换反应器(1)进行变换反应，所述第一级变换反应器(1)装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分的催化剂；
将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入第二级变换反应器(2)进行变换反应，所述第二级变换反应器(2)装填有以MgAl2O4为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分，以稀土氧化物为活性助剂的催化剂；
将由所述第二级变换反应器(2)出来的变换气通入第三级变换反应器(3)进行变换反应，所述第三级变换反应器(3)装填有以MgAl2O4或Al2O3为载体，以CoO和MoO3为主要活性组分为，以K2O为活性助剂的催化剂；
所述第一级变换反应器(1)的催化剂中CoO的含量为0.5-3.0wt％，MoO3含量为5-8wt％；
所述第二级变换反应器(2)的催化剂中CoO的含量为2-5wt％，MoO3含量为7-15wt％，稀土氧化物的含量为0.3-2wt％；
所述第三级变换反应器(3)的催化剂中CoO的含量为1.0-3.0wt％，MoO3含量为7-15wt％，K2O的含量为0.3-2wt％。
11.根据权利要求10所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，
所述第一级变换反应器(1)的催化剂中的载体呈条型或多孔柱状；
所述第二级变换反应器(2)的催化剂中的载体呈条型；
所述第三级变换反应器(3)的催化剂中的载体呈条型或球形。
12.根据权利要求10或11所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，所述第二级变换反应器(2)的催化剂中，以二氧化铈或氧化镧为活性助剂。
13.根据权利要求10或11所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，
所述将原料气通入第一级变换反应器(1)进行变换反应的步骤包括：将所述原料气通入第一换热器(4)中进行加热，再将加热后的所述原料气通入所述第一级变换反应器(1)中进行变换反应；
所述将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入第二级变换反应器(2)进行变换反应的步骤包括：将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入所述第一换热器(4)进行降温，再将降温后变换气通入所述第二级变换反应器(2)。
14.根据权利要求12所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，
所述将原料气通入第一级变换反应器(1)进行变换反应的步骤包括：将所述原料气通入第一换热器(4)中进行加热，再将加热后的所述原料气通入所述第一级变换反应器(1)中进行变换反应；
所述将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入第二级变换反应器(2)进行变换反应的步骤包括：将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入所述第一换热器(4)进行降温，再将降温后变换气通入所述第二级变换反应器(2) 。
15.根据权利要求13所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，
所述将原料气通入第一级变换反应器(1)进行变换反应的步骤中，将加热后的所述原料气通入除氧器(5)进行除氧，再将除氧后的所述原料气通入所述第一级变换反应器(1)中；
所述将由所述第一级变换反应器(1)出来的变换气通入第二级变换反应器(2)进行变换反应的步骤中，将所述降温后变换气通入增湿器(6)补充蒸汽，并将补充蒸汽后的变换气通入所述第二级变换反应器(2)中。
16.根据权利要求13所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，所述将由所述第二级变换反应器(2)出来的变换气通入第三级变换反应器(3)进行变换反应的步骤包括：
将由所述第二级变换反应器(2)出来的变换气通入第二换热器(7)进行降温，再将降温后的变换气通入所述第三级变换反应器(3)进行变换反应。
17.根据权利要求10、11、14、15或16所述的耐硫变换工艺方法， 其特征在于，所述原料气含有体积浓度为40-75％的CO、体积浓度为5-15g/Nm3的H2S，所述原料气中的汽气比为0.9-1.4。
18.根据权利要求12所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，所述原料气含有体积浓度为40-75％的CO、体积浓度为5-15g/Nm3的H2S，所述原料气中的汽气比为0.9-1.4。
19.根据权利要求13所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，所述原料气含有体积浓度为40-75％的CO、体积浓度为5-15g/Nm3的H2S，所述原料气中的汽气比为0.9-1.4。
20.根据权利要求17所述的耐硫变换工艺方法，其特征在于，
所述第一级变换反应器(1)中的变换反应温度为240-300℃；
所述第二级变换反应器(2)中的变换反应温度为240-450℃；
所述第三级变换反应器(3)中的变换反应温度为190-280℃。
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