[发明专利]用合成气体制造含甲烷气体的方法及实施该方法的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用合成气体制造含甲烷的气体的方法，其中，将含有一氧化碳和氢气的合成气体提供给包括催化剂材料的反应器系统以实现甲烷化，将离开该反应器系统的过程气体流分成产物气体流和回收气体流，并且将该回收气体流输送经过喷射器并为了冷却引导进入反应器系统(1)。

背景技术

例如，通过这种方法可以将诸如煤、木材和秸秆形式的生物质以及各种液态含碳的分解物转化成合成天然气，这种合成天然气能够被供应到天然气传输网络中。

将一氧化碳和氢气进行转化以形成甲烷首先通过下面的化学方程式来实现：

CO+3H₂→CH₄+H₂O

此外，必须考虑下面的可逆反应：

结果是也通过如下的反应产生甲烷：

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

在有催化剂出现的情况下进行的甲烷化以整体高度放热的方式进行。同时，由此而产生的不利结果是，由反应平衡导致的随着温度的升高而降低的甲烷产出。为了冷却反应器系统，已知的方法是将离开反应器系统的过程气体流分成产物气体流和回收气体流，其中，之前冷却的回收气体被再次输送到反应器系统的入口。在回收气体再循环时，必须对所出现的压降进行补偿。为此目的而使用压缩机会产生只能以相当大的成本设计用于约300℃的升高的温度的压缩机，而且出于这种原因，离开反应器系统的过程气体流通常会冷却下来，这样含在过程气体流中的水也会凝结。

GB 1 516 319公开了一种方法，其中，使用射流泵(也称为喷射器)输送回收气体流并且对压降进行补偿。这种喷射器结构简单并且在升高的温度(如300℃)下没有问题地运行。将供给反应器系统的合成气体或水蒸气作为喷射器的膨胀介质来提供。在将合成气体用作膨胀介质时，这种合成气体会在喷射器中经历压降，由此而导致的结果是以降低的压力在反应器系统中产生甲烷化作用。由于甲烷化反应的平衡，也会因压力的降低导致甲烷产出的降低，因此，这就会降低这种方法的效率。将水蒸气用作膨胀介质会产生不利后果，因为由此会加速常见的催化剂材料的老化过程。

发明内容

考虑到这种背景，本发明的目的在于提供一种用合成气体制造含甲烷气体的方法，这种方法能够以高效和低成本来实现。

在具有上述特征的方法的基础上，根据本发明来用一种方法实现这种目的，在这种方法中，将产物气体流压缩到比提供给反应器系统的合成气体的压力更高的压力，其中，将压缩的产品气体或来自使用气体导管系统的使用气体作为膨胀介质提供给喷射器。

在一个实施例中，为了提供产品气体以用于随后的用途，施加压力以使压缩的产品气体的一部分变成喷射器的膨胀介质。这样就避免了尤其是在现有技术中所出现的不利结果，即合成气体压力的降低或者催化剂的加速老化。

在加压之后，可将产品气体的未用作膨胀介质的部分储存在如压力罐内，或输送到使用气体导管系统。因此，本发明尤其能够产生合成天然气，在进一步压缩之后，这种天然气能够被输送到天然气传输网络中。这种类型的使用气体导管系统内的压力通常在60至80巴之间变化，而引入到反应器系统中进行甲烷化的合成气体通常以30至50巴之间的压力存在。由于这种相当大的压差，仅要求相对较少量的膨胀介质，就能够对回收气体的压降进行补偿。

在进一步压缩之后，若将产物气体流引入使用气体导管系统，则另一种可能的方法是将来自使用气体导管系统的使用气体作为膨胀介质提供给喷射器，而不是产物气体流的一部分。特别地，若该使用气体导管系统是天然气输送网络，则对作为膨胀介质提供给该喷射器的使用气体进行精细脱硫以保护催化剂免受损害是有利的。将来自使用气体导管系统的使用气体用作膨胀介质产生额外的有益效果，即，该喷射器还可以用来启动该设备。

本发明的目的还在于一种实施上述方法的甲烷制备设备。该甲烷制备设备包括反应器系统，该反应器系统含有催化剂材料以实现甲烷化，在其入口连接有合成气体输送导管，其中，在反应器系统的出口侧连接有导管系统。在再循环管路中设有喷射器，该喷射器的抽吸侧连接到该导管系统，且该喷射器的压力面连接到该反应器系统的入口侧。设有至少一个冷却器，优选该至少一个冷却器设置在再循环管路中或者在反应器系统与该喷射器之间设置在导管系统内，以将回收气体降至适当的温度。特别地，可规定离开该反应器系统的全部过程气体流引导经过设置用于产生蒸汽的冷却器。