CO变换反应装置和CO变换转化方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了CO变换反应装置和CO变换转化方法，利用它们可以增加CO变换催化剂的寿命，并且可以降低能量损耗。本发明专利技术提供了CO变换反应装置，其包括CO变换反应部，在CO变换反应部中，多个分别处于不同的活性温度区域的CO变换催化剂布置在气体流动方向上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CO变换反应装置和CO变换转化方法
本专利技术涉及一氧化碳(CO)变换反应装置，并且涉及将气化气(gasifiedgas)中所含的CO转化成CO2的CO变换转化方法。
技术介绍
近年来，已经发展了煤的气化技术和气体纯化技术，以有效地使用煤作为能量介质。另一方面，在对通过将煤气化所生成的气体(气化气)纯化的过程中，引起了由以下表达式(1)所表示的用于将在气化气中所含的CO转化成CO2的CO变换反应。CO+H2O→CO2+H2(1)在CO变换反应中，使用催化剂(CO变换催化剂)促进所述反应。然而，因为CO变换反应是放热的，所以在变换反应器中的温度可能增加至大约400℃，CO变换催化剂的耐久性可能降低。作为防止这种CO变换催化剂的耐久性降低的措施，已知有在专利文献1和2中公开的技术。引用清单专利文献[专利文献1]日本未审查专利申请公布号2012-162425[专利文献2]日本未审查专利申请公布号2012-131873专利技术概述技术问题考虑到上述情况，设计了本专利技术，并且本专利技术的一个目的是提供能够增加CO变换催化剂的使用寿命并且降低能量损耗的CO变换反应装置和CO变换转化方法。解决问题的技术方案为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，CO变换反应装置包括CO变换反应单元，所述CO变换反应单元包括布置在气体流动方向上的多个具有相互不同的活性温度区域的CO变换催化剂。优选的是，具有第一温度区域的Ni-Mo催化剂布置在所述CO变换反应单元的上游部分作为所述CO变换催化剂，并且具有第二温度区域的高耐久性的CO变换催化剂布置在所述CO变换反应单元的下游部分作为所述CO变换催化剂。在一个优选的实施方案中，可以串联布置多个所述CO变换反应单元。可以在所述CO变换反应单元之间设置用于使未反应的气体循环的管线。还可以设置热交换器，并且所述热交换器将在所述CO变换反应单元中的变换反应后的气体冷却至在所述第一温度区域中的温度。优选的是，Ni-Mo催化剂包括活性组分，所述活性组分包括作为主组分的钼(Mo)和作为副组分的镍(Ni)，并且由负载所述活性组分的钛(Ti)、锆(Zr)和铈(Ce)的氧化物中的一种或两种以上载体负载。优选的是，在高温区域中的高耐久性的CO变换催化剂是Co-Mo催化剂。优选的是，在低温区域中的高耐久性的CO变换催化剂是Ni-Mo催化剂。此外，优选的是，所述第一温度区域是150至300℃的范围，且所述第二温度区域是300至500℃的范围。根据本专利技术的另一方面，本专利技术是一种CO变换转化方法，其是一种在通过将煤气化获得的气化的气体(气化气)中所含的CO被转化成CO2的CO变换转化方法，该方法包括使所述气化气与多个CO变换催化剂接触的步骤，所述CO变换催化剂是高耐久性的且具有被布置在气体流动方向上的相互不同的温度区域。所述接触步骤可以包括：在使所述气化气与具有第一温度区域的Ni-Mo催化剂接触之后，使所述气化气与具有第二温度区域的高耐久性的CO变换催化剂接触。所述CO变换转化方法还可以包括使已经与所述高耐久性的CO变换催化剂接触过的所述气化气再次与所述Ni-Mo催化剂接触的步骤。此外，所述CO变换转化方法可以还包括将与所述高耐久性的CO变换催化剂接触过的所述气化气冷却至在所述第一温度区域中的温度的步骤。本专利技术的有益效果根据本专利技术的CO变换反应装置和CO变换转化方法，可以增加CO变换催化剂的使用寿命并且可以降低能量损耗。附图简述[图1]图1是示出根据本专利技术的CO变换反应装置的一个实施方案的示意图。[图2]图2是示出根据本专利技术的CO变换反应装置的另一个实施方案的示意图。[图3]图3是示出Co-Mo催化剂和Ni-Mo催化剂的催化剂层温度与CO转化率之间的关系的图。[图4]图4是示出Ni-Mo催化剂的在多个催化剂层温度下的耐久时间与CO转化率之间的关系的图。[图5]图5是示出Co-Mo催化剂的在多个催化剂层温度下的耐久时间与CO转化率之间的关系的图。[图6]图6是示意图，其示出了在使用Ni-Mo催化剂的情况下的CO转化率以及在使用Co-Mo催化剂的情况下的CO转化率与反应器的级数量的关系。实施方案描述下文将参照附图描述根据本专利技术的CO变换反应装置和CO变换转化方法的实施方案；然而，本专利技术不限于下列实施方案。图1示出了根据本专利技术的CO变换反应装置的一个实施方案。根据本实施方案的CO变换反应装置10包括CO变换反应单元，所述CO变换反应单元包括布置在气体流动方向A上的多个具有相互不同的活性温度区域的CO变换催化剂。具有第一温度区域的Ni-Mo催化剂布置在所述CO变换反应单元的上游部分11中，并且具有第二温度区域的高耐久性的CO变换催化剂布置在所述CO变换反应单元的下游部分12中，分别作为CO变换催化剂。对于CO变换催化剂来说，通常使用Co-Mo催化剂或Ni-Mo催化剂。本专利技术人辛勤检查了这些催化剂层的温度与CO转化率之间的关系。图3示出了结果。在本文中，术语“CO转化率”指的是CO向CO2的转化的比率。如图3中所示，发现了，关于Co-Mo催化剂(空心方块的曲线图G1)，在高温区域(300至500℃)中的活性(即，CO转化率为40％以上)高，但在低温区域(150至300℃)中的活性低。另一方面发现了，关于Ni-Mo催化剂(图3中的空心圆圈的曲线图G2)，在高温区域的活性低，但在低温区域的活性高。参照平衡转化率曲线C，因为如上所述CO变换反应是放热反应，所以在化学平衡方面低温更加有利，并且认为在低温平衡转化率更高。本专利技术人还辛勤检查了在低温区域具有高活性的Ni-Mo催化剂的高温耐久性。图4示出了结果。如在图4中所示，发现了，耐久性在低温区域中比在高温区域中高，所述低温区域中催化剂层平均温度为250℃(图4中的空心圆圈的曲线图G3)或300℃(图4中的空心菱形的曲线图G4)，所述高温区域中催化剂层平均温度为450℃(图4中的实心圆圈的曲线图G5)。基于此发现，认为Ni-Mo催化剂适合于在低温区域中长期使用。此外，专利技术人还辛勤检查了在高温区域具有高活性的Co-Mo催化剂的高温耐久性。图5示出了结果。如在图5中所示，发现了，耐久性在高温区域中比在低温区域中高，所述高温区域中催化剂层平均温度为350℃(图5中的空心菱形的曲线图G6)或300℃(图5中的空心圆圈的曲线图G7)，所述低温区域中催化剂层平均温度为250℃(图4中的实心圆圈的曲线图G7)。基于此发现，认为Co-Mo催化剂适合于在高温区域中长期使用。随后，在本实施方案中，第一温度区域是150至300℃的温度范围，而第二温度区域是300至500℃的温度范围。Ni-Mo催化剂包括活性组分，所述活性组分包括作为主组分的钼(Mo)和作为副组分的镍(Ni)，并且由负载所述活性组分的钛(Ti)、锆(Zr)和铈(Ce)的氧化物中的一种或两种以上进行负载。可以使用钛(Ti)、锆(Zr)和铈(Ce)中的任何一种作为载体，以提供具有出色低温活性的催化剂，这从而使得CO变换反应能够有效进行。对于载体，优选的是使用氧化物如TiO2、ZrO2和CeO2。载体可以包括复合氧化物，在所述复合氧化物中，存在它们中的至少两种，或者至少存在它们中的至少两种的元素。这种复杂氧化物的实例包括TiO2-ZrO2、TiO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CO变换反应装置，所述CO变换反应装置包括CO变换反应单元，所述CO变换反应单元包括布置在气体流动方向上的多个具有相互不同的活性温度区域的CO变换催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.21 JP 2013-0321091.一种CO变换反应装置，所述CO变换反应装置包括CO变换反应单元，所述CO变换反应单元包括布置在气体流动方向上的多个具有相互不同的活性温度区域的CO变换催化剂，其中具有第一温度区域的Ni-Mo催化剂布置在所述CO变换反应单元的上游部分作为所述CO变换催化剂，并且具有第二温度区域的高耐久性的CO变换催化剂布置在所述CO变换反应单元的下游部分作为所述CO变换催化剂，并且其中所述高耐久性的CO变换催化剂是Co-Mo催化剂，所述第一温度区域是150至300℃的范围，且所述第二温度区域是300至500℃的范围。2.根据权利要求1所述的CO变换反应装置，其中串联布置多个所述CO变换反应单元。3.根据权利要求2所述的CO变换反应装置，所述CO变换反应装置还包括设置在所述CO变换反应单元之间的用于使未反应的气体循环的管线。4.根据权利要求2所述的CO变换反应装置，所述CO变换反应装置还包括热交换器，所述热交换器将在所述CO变换反应单元中的变换反应后的气体冷却至在所述第一温度区域中的温度。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：阿部飞太，清木义夫，泽田明宏，田中幸男，米村将直，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP