，冷却和脱水装置18可包括冷却单元和脱水单元，且冷却单元和脱水单元可为独立的设备。加热装置20用来加热来自冷却和脱水装置18的气体至适合第一甲烷化反应的温度，例如大约350摄氏度。
[0024]第一甲烷化反应器21和WGS反应器19连通，用来使至少部分H2和至少部分CO反应产生CH4。在WGS反应器19中的WGS反应后，变换后的合成气经过冷却和脱水装置18和加热装置20后传输至第一甲烷化反应器21。第一甲烷化反应器21执行甲烷化过程，将合成气中的CO和H2反应产生CH4和水。反应产生的CH4和水的体积之和为相应的CO和H2的体积之和的一半，如此，很大程度上减小合成气的体积，下游的装置(例如，冷却装置22、酸性气体去除装置23、捕捉装置27及第二甲烷反应器31等)可以采用体积较小的装置。因此整个系统的体积变小，从而提高散热，降低能耗。在一个实施例中，第一甲烷化反应器21产生浓度大约10%的甲烷，即产生的甲烷相对于第一甲烷化反应器21中混合气体的浓度。
[0025]第一甲烷化反应器21包括第一甲烷化催化剂，用来加速甲烷化反应。第一甲烷化催化剂源于WGS催化剂，可含有WGS催化剂的组分。第一甲烷化催化剂包括基于钥的催化剂、基于钴的催化剂或两者的结合。例如，钥的氧化物或钴的氧化物。在一个实施例中，第一甲烷化催化剂与WGS催化剂采用相同的催化剂。如此，第一甲烷化反应器21可利用WGS催化剂，从而方便准备催化剂。第一甲烷化反应器21在高温(例如大约350摄氏度至500摄氏度)、高压(例如大约3兆帕至5兆帕)及水气比大约小于0.5的条件下进行甲烷化反应。在本实施例中，第一甲烷化反应器21包括酸性甲烷化反应器，也就是说，第一甲烷化反应器21可在未预先去除酸性气体(例如，H2S)的情况下产生CH4。
[0026]第一甲烷化反应器21进行甲烷化反应之后，气体输入冷却装置22进行冷却，以便去除酸性气体。冷却装置22可包括一个或多个利用冷却剂(例如，水)来冷却气体的热交换器。
[0027]酸性气体去除装置23和第一甲烷化反应器21连通，用来去除酸性气体。冷却后的气体输入酸性气体去除装置23来去除酸性气体。在典型的实施例中，酸性气体去除装置23主要去除比5。酸性气体去除装置23可以基本上除去!!#。在一些实施例中，酸性气体去除装置23还可去除第一甲烷化反应器21输出的混合气体中其他不希望有的成分，例如HC1、HF,COS和HCN。酸性气体去除装置23可将去除的气体(例如，HCl、HF、COS、HCN和H2S)传输至尾气处理装置25。尾气处理装置25可分离出硫，分离出的硫可被使用或销售。
[0028]在本实施例中，天然气生产系统100还包括位于WGS反应器19的气体流动路径的下游的捕捉装置27，用来捕捉和去除C02。捕捉装置27可以用胺基溶液吸收CO2、低温甲醇洗的方法或其他方法去除C02。WGS反应器19中会产生CO2，捕捉装置27可用来清洁气体。在图示实施例中，酸性气体去除装置23输出的无硫的气体输入捕捉装置27。在其他实施例中，捕捉装置27位于WGS反应器19和第一甲烷化反应器21之间、第一甲烷化反应器21和酸性气体去除装置23之间，或第二甲烷化反应器31之后。在一些实施例中，去除的CO2可从捕捉装置27传输至CO2脱水和压缩装置29，其可脱水并压缩CO2以进行储存和随后使用。
[0029]第二甲烷化反应器31和酸性气体去除装置23连通，用来促进CO和H2的反应进一步产生CH4。在图示实施例中，第二甲烷化反应器31位于捕捉装置27的气体流动路径的下游，气体被清洁之后进一步反应产生甲烷。第二甲烷化反应器31可包括无酸甲烷化反应器，其利用清洁的合成气(例如，硫已从合成气除去)产生CH4(例如，合成天然气(SNG，Synthetic Natural Gas))和水。第二甲烧化反应器31包括第二甲烧化催化剂,第二甲烧化催化剂包括基于镍(Ni)的催化剂、基于铁(Fe)的催化剂或两者的结合。例如，镍的氧化物或铁的氧化物。第二甲烷化反应器31在高温(例如大约350摄氏度至500摄氏度)及高压(例如大约3兆帕至5兆帕)的条件下进行甲烷化反应。在一个实施例中，第二甲烷化反应器31产生浓度大约90%的甲烷。
[0030]在一个实施例中，第二甲烷化反应器31可将产生的SNG和水通过冷却装置32冷却后传输至SNG脱水和压缩装置33。该SNG脱水和压缩装置33可从SNG中分离水，使得SNG可被压缩并从SNG脱水和压缩装置33传输至储存装置或其他SNG处理装置。
[0031]在一些实施例中，上述的各个装置为独立的物理设备。在另一些实施例中，上述的两个或多个装置可以整合在一起为一个物理设备。例如，冷却装置22可以和酸性气体去除装置23整合在一起。
[0032]图2所示为另一个实施例的天然气生产系统200的示意图。图2所示的天然气生产系统200类似于图1所示的天然气生产系统100。图2中与图1中相同的装置用相同的标号表示。相对于图1的天然气生产系统100，图2中的天然气生产系统200的冷却和脱水装置18位于WGS反应器的气体流动路径的上游。气化装置11进行气化反应之后的气体输入冷却和脱水装置18，冷却和脱水装置18调节水气比。气化后的合成气的水气比大约为
1.2，冷却和脱水装置18用来降低水气比，以适用WGS反应和第一甲烷化反应。
[0033]图3所示为另一个实施例的天然气生产系统300的示意图。图3所示的天然气生产系统300类似于图2所示的天然气生产系统200。图3中与图2中相同的装置用相同的标号表示。相对于图2的天然气生产系统200，图3中的天然气生产系统300的气化装置11进行气化反应后的合成气通过冷却和脱水装置18调节水气比，之后加热来自冷却和脱水装置18的合成气使其适合甲烷化反应。接着，合成气输入第一甲烷化反应器21进行甲烷化反应，如此缩小气体的体积，从而下游的WGS反应器19也可采用体积较小的反应器。第一甲烷化反应器21进行甲烷化反应之后，冷却装置24对合成气进行冷却以适合WGS反应。WGS反应的温度低于甲烷化反应的温度。WGS反应器19接收来自冷却装置24的合成气进行WGS反应。
[0034]图4所示为另一个实施例的天然气生产系统400的示意图。图4所示的天然气生产系统400类似于图1所示的天然气生产系统100。图4中与图1中相同的装置用相同的标号表示。相对于图1的天然气生产系统100，图4中的天然气生产系统400进一步包括附加水气变换(WGS)反应器35，其位于酸性气体去除装置23与第二甲烷化反应器31之间，用来提高H2和CO的比例。在一些实施例中，WGS反应器19产生的H2和CO的摩尔比小于3比I JiWPWGS反应器35进一步调节H2和CO的比例，调节至摩尔比大约3比I，用于第二甲烷化反应器31的甲烷化过程。捕捉装置27位于附加WGS反应器35的气体流动路径的下游，用来去除WGS反应器19和附加WGS反应器35产生的C02。附件WGS反应器35还可用于图2和图3所示的天然气生产系统200和300中。
[0035]图5所示为一个实施例的天然气生产方法500的流程图。步骤501中，气化燃料源产生包括氢气和一氧化碳的合成气。合成气的主要成分为氢气和一氧化碳，合成气还包括少量的其他气体，例如CH4、HCl、HF、NH3, HCN、COS和H2S。在一个实施例中，气化之前可对燃料源做预处理，例如斩切、碾磨、切碎、粉碎、压块等。在一个实施例中，从空气中分离出氧气提供给气化过程，来加