[其他]含一氧化碳、二氧化碳和氢的合成气的催化甲烷化方法和甲烷化反应器

说明书

本发明涉及含一氧化碳、二氧化碳和氢的合成气的催化甲烷化方法。甲烷化是在由冷却剂冷却的固体催化剂床中进行的。在催化剂床中，合成气相继流经合成气输入区和合成气高温度（以下称为局部过热区），最后流经合成气温度显著降低的输出区。冷却剂将固体催化剂床中产生的热量带走，有助于产生蒸汽并被转化为过热蒸汽。

由于含有一氧化碳、二氧化碳和氢的合成气的转换是一个放热过程，所以可用来生产能量。众所周知，合成气的转换是在含有催化剂的内冷却反应器中进行的。为了产生蒸汽，内冷却反应器具有冷却系统，该系统是配置在催化剂床内并且有冷却剂流经该催化剂床。需要注意工作温度不超过催化剂所容许的最高温度，通过冷却以保持催化剂材料的稳定。

用于由合成气甲烷化内冷却反应器，在B.Hǒhlein的“关于NFE项目工作中的甲烷化方法”（于利肴核研究设备有限公司的报告，JL-1589，1979年5月）一文中已有介绍。在这篇报告中所给出的设备，特别是图10，可以无需借助易受干扰的压缩机使气体回路，就可控制整个过程。由德国专利DE-OS 29 49 588中，已知产生过热饱和蒸汽是将多个反应器相互连接。其连接的方式是将其中先通过合成气的反应器作为绝热反应器，相继连接的一个反应器作为内冷却反应器。内冷却反应器中产生的热量通过冷却剂的蒸发带走。通过与由绝热反应器流出的合成气的热交换使冷却剂过热。鉴于用脱离绝热反应器的合成气使内冷却反应器产生蒸汽并使蒸汽过热，所以德国专利DE-PS    31    21    991这项已知的甲烷化方法与先前所述的方法并无区别。该项已知的方法是合成气先后流经3个反应器，其中第一个反应器是在蒸发温度下产生蒸汽，第二个反应器作为绝热反应器，第三个反应器是将冷却剂加热到蒸发温度。由绝热反应器流出的合成气使冷却剂过热。

由于合成气先后通过多个反应器以及为了使产生的蒸汽过热需要把配置附加的热交换器，因此，除了仪器设备的费用，上述方法在实施方面也遇上困难。为了避免催化剂过热，需要对各个反应器之间的合成气进行中间冷却。使整个甲烷化过程可逐步进行。

本发明的任务在于提供由合成气甲烷化一步法。该方法产生过热蒸汽也产生富甲烷产物的气体，并且确保包括局部过热区的催化剂床内维持足够的工作温度而不影响催化剂稳定性。

解决本发明的任务是通过在由冷却剂冷却的固体催化剂床中使含有一氧化碳、二氧化碳和氢的合成气催化甲烷化。在催化剂床中，合成气先后流经合成气输入区和合成气高温区（局部过热区），最后流经合成温度显著降低的输出区。通过反应时产生的热量的传递使冷却剂转化为过热蒸汽，其特征在于至少在沸点温度下在催化剂床的输出区蒸发，所形成的蒸汽在局部过热区过热。通过实施该方法，可继续保持输出区中冷却剂和局部过热区中所形成的蒸汽过热的温度基本上不变，这个方法可非常简单地在催化剂床的最佳工作区进行。

在蒸发冷却剂时，除了利用输出区外，也可利用局部过热区中最高温度的下限。因此局部过热区中产生的反应热不仅可用于产生过热蒸汽，部份热量也可以用来蒸发冷却剂，该过程的变化根据需要很容易调整。

下面将以实施例并参考附图详细阐述本发明的方法和实施本发明方法的反应器（也是本发明的内容）。附图简介如下：

图1甲烷化一步法的装置流程图;

图2甲烷化一步法所使用的带有蒸汽室（在蒸发器和过热器之间）的装置;

图3冷却剂与合成乞逆向流动时，在甲烷化反应器的催化剂床中温度的分布;冷却剂不流经输入区;

图4冷却剂与装有冷却系统的合成气反向流动时，催化剂床中的温度分布（该冷却系统在甲烷化逆应器中由输出区延伸至输入区）;

图5冷却剂与合成气逆向流动时，甲烷化反应器催化剂床中温度的分布，在该反应器中有分开配置的蒸发器和过热器;冷却剂不流经输入区;

图6甲烷化反应器的催化剂床中温度的分布，该反应器中有分开配置的蒸发器、过热器和甲烷化反应器输入区的附加冷却器（用于冷却剂的改变）;

图7带有蒸发器和过热器分开配置的甲烷化反应器的催化剂床中温度的分布;蒸汽与合成气并流通过过热器而过热;

图8冷却剂在甲烷化反应器的局部过热区和输入区中蒸发时，催化剂床中的温度分布。