生成合成气的设备和方法与流程

本发明涉及一种生成合成气的设备和方法，尤其适用于通过碳氢化合物的气化生成合成天然气的领域。

背景技术：

生物甲烷是一种“sng”(合成天然气)，可以通过任何碳氢化合物的热化学转化来生成。这种转化是通过由以下四个主要步骤组成的方法来实现的：

-气化碳氢化合物以生成主要由h2、co、co2、ch4、h2o和焦油(c6+)组成的合成气(合成气体)；

-净化合成气以除去焦油和硫酸化和/或氯化杂质；

-催化甲烷化，包括将h2和co转化为ch4；以及

-调整规格，旨在消除水、残留的h2和二氧化碳以生成尽可能接近天然气的规格的合成天然气。

规格特别是指以下简单列表：

-高热值，缩写为“hhv”；

-沃泊指数；以及

-最大的h2和co2含量。

碳氢化合物的气化在生物质经历不同反应步骤的反应器内进行。

第一步是碳氢化合物的热降解，该碳氢化合物先后经历干燥和有机物的脱挥发以产生：

-含碳残渣(简称“炭”)；

-合成气，如h2、co、co2、h2o和ch4；以及

-合成气中含有的可冷凝化合物，如焦油。

然后含碳残渣可以被气化剂(例如水蒸气、空气或氧气)氧化以生成h2和co。根据其性质，这种气化剂也可能与焦油或主要组分的气体反应。因此，如果是水蒸气(h2o)，那么dussan反应被称为“气-水”反应，通常首字母缩写为wgs(用于水气转换)，根据以下的平衡在气化反应器中发生：

反应器压强对该反应几乎没有影响。然而，平衡与反应器温度和试剂“初始”浓度密切相关。对于现有的方法，在气化步骤结束时，h2/co的比例通常小于2。这个比例对于随后的纯化和甲烷化步骤中生物甲烷的生成是一个重要因素，使ch4的生成为可能，并且sng生产方法基于此。

wgs反应可以在置于甲烷化上游的特定反应器中进行。然而，在某些流化床的方法中，甲烷化和wgs这两个反应可以在同一反应器中平行进行，wgs反应所需的蒸汽与反应混合物同时注入反应器。

从气化步骤生成的合成气生成生物甲烷是基于co或co2的催化甲烷化反应，称为“sabatier反应”。甲烷化包括在氢气和催化剂(通常基于镍或周期表的任何其它过渡金属)的存在下转化一氧化碳或二氧化碳以生成甲烷。它被以下竞争平衡的氢化反应控制：

通常在从气化获得的合成气用于生成sng的条件下，因为在生成的合成气中缺少h2，co的甲烷化反应在很大程度上受到青睐。

甲烷化反应是伴随着摩尔数减少的放热反应，根据勒夏特列(lechatelier)原理，通过增加压强促进反应以及通过升高温度来阻碍反应。

对于成分接近化学计量比组成的气体，即当h2/co比接近3时，由co和h2生成甲烷是最佳的。气化生成的合成气特别是生物质合成气的特点是在于较低的h2/co比例，为1至2。而且，为了使甲烷的生成最大化，必须利用通过wgs反应的水蒸气和一氧化碳之间的反应产生的氢气来调节该比例。

在低于230℃的温度下，构成催化剂或存在于构成反应器壁的材料中的镍很可能与一氧化碳反应形成剧毒化合物四羰基镍(ni(co)4)。由于这个原因，与co接触的反应器的所有部分必须要一直处于高于150℃的温度，并且优选高于230℃以完全阻止这种状况。

在1nm³甲烷的生成过程中，co在转化过程中产生的热量约为2.7kwh。通过烧结控制反应器内的温度并因此除去反应产生的热量，是使催化剂失活最小化和使甲烷转化率最大化的关键之一。

在甲烷化反应器技术中，一些利用密集流化床反应器，该床由甲烷化反应催化剂形成。因此，反应产生的热量通过浸没在流化床中的交换器去除。然而，由于反应的非常高的放热性，要除去的热量以及因此所需的交换表面积非常大。因此，该交换器占据的体积导致反应器尺寸的整体扩大，并且最重要的是使其设计更复杂。

流化床的使用是限制反应温度的简单方法。催化剂通过反应物混合物的流化使得能够在催化剂层的所有点处的温度几乎完美的均匀化，并且反应器可以被等同为等温反应器。反应所产生的热量的去除是通过浸在流化床内的交换器来实现的。流化层与浸入床中的壁之间的热交换系数非常高(大约400至600w/k.m²，与那些液体和壁的相当)并且可以使交换器的尺寸最小化，并因此使反应器的整体尺寸减小。

在流化床甲烷化反应器中使用的温度范围内，甲烷化反应的动力学非常迅速，使得仅用于化学反应所需的催化剂量很小。因此，反应器的尺寸和所用催化剂的量来自安装在流化床内的交换器的整体尺寸。

由于热交换和流化机制，主要的缺点归因于这种用于高压操作的技术。由于增加的压强导致的气体体积的减小导致用于定位交换器的更小的横截面积(等效功率)。然而，本领域技术人员的解决方案为用于克服有效表面积或流化状态的调整。例如，非详尽的解决方案为：

-减少管的数量，并因此增加催化剂层的高度，其高度限制与热交换性能降低的压塞现象有关，压塞是在两包内的固体与两个包之间的、填充反应器的整个横截面的气泡的运动，如预期的那样，它产生的作用是在固体和气泡之间产生交替而不是气体和固体的混合物的交替；以及

-改善催化剂的物理特性(颗粒尺寸、载体的密度)以保持较低体积流量的等效流化。

就灵活性而言，流化床在反应器流量方面自然允许更大的灵活性，并因此就尺寸条件而言具有更大的灵活性

关于反应物，与固定床技术或壁冷反应器不同，合成气在流化床中的甲烷化不需要预先wgs。与合成气共同喷射蒸汽意味着co甲烷化和wgs反应可以在同一设备中进行。

目前针对这一技术族提出的解决方案并没有通过转换效率来真正区分，而主要是用于冷却反应器的方法。

最后，规格调整的最后步骤的功能是分离甲烷化产生的气体成分，以获得符合注入天然气网络的规格的生物甲烷。因此这种分离产生了副产物h2o、co2和h2。它通常在独立的设备中进行，有时工作条件有很大差异。

从甲烷化反应器输出时，通过在讨论的条件下经过在低于水的露点温度冷却和冷凝，首先将水从生物甲烷中分离出来。

接下来，从气体中提取co2以符合网络的规格。使这种分离可行的技术相对众多而且是公知的。主要技术族是物理或化学吸收、压强调节吸附、膜渗透和低温。

最后，在产生的sng被加工和注入之前的最后步骤中，为了符合更具体的hhv的规格，必须除去甲烷化反应中的大部分残余的h2。这种分离最经常使用的技术是膜渗透，就资本支出和运营而言，这可能表现出很大的复杂性和成本，对价值链产生相当大的影响

从反应器输出的原始sng的组成与反应器的操作条件密切相关，就反应器的压强、温度、绝热或等温操作模式而言，这些条件也控制了以上反应的化学平衡。这些反应通常形成水，因此需要分离这种物质。关于其他物质(co、co2和h2)，可以通过首先在反应器的操作模式(绝热或等温)下，其次在温度或压强下来改变它们各自的浓度。因此，高压和低温将使这些化合物的浓度显著降低。当在“绝热”反应器中进行操作时，还需要一系列步骤来获得等温反应器的等效转化质量。无论如何，所生成的气体的组成通常与注入的规格不相容，因此需要改进步骤以除去co2和/或残余的h2。因此，操作模式形成了简化方法链的块。

例如在文献us2013/0317126中描述的已知的系统。在这些系统中，使用绝热甲烷化反应器，并且部分甲烷化产物在所述的反应器的输入中再循环。

根据该文献，该甲烷化产物的再循环的目的在于调节输入到绝热甲烷化反应器中的试剂的温度，以便缓和在反应器中发生的绝热反应的放热。

在这些解决方案中，甲烷化反应器的输入温度约为310-330℃，该反应器输出的温度约为620℃，这导致由反应的热力学限制的转化率有点低，因此在反应器的输出流量中存在不需要的化合物，例如过量的h2、co、co2。不需要有的化合物特别是氢气的存在，在反应器的下游进行必要的氢气分离步骤，以满足例如注入天然气分配或输送网络的规格。

当下列流体特性：

-高热值(“hhv”)；

-沃泊指数；以及

-氢气含量

在对应于天然气分配或输送网络的特定特征的预定义值范围内时，该流符合注入规格。

例如文献us3967936中所述的系统也是已知的。在这些系统中，利用了一系列的绝热甲烷化反应器，并且部分甲烷化产物在一系列反应器的各个反应器的输入中再循环。

根据该文献，该甲烷化产物的再循环的目的在于调节输入到绝热甲烷化反应器中的试剂的温度，以便缓和在反应器中发生的绝热反应的放热。

以相同的方式，这些解决方案需要在反应器下游分离不需要的化合物(如氢气)，以满足例如注入天然气分配或输送网络的规格。

例如在文献us2009/0247653中描述的已知的系统。在这些系统中，利用了一系列的三个绝热甲烷化反应器，该系列中的最后一个反应器被设计为生成另外的合成甲烷。在这些系统中，部分甲烷化产物co和h2在第二个反应器之后再循环到系列中第一个反应器的输入流，从而调节co和h2比例，并调节第一反应器的输入流的温度以缓和在第一反应器中发生的绝热反应的放热。

然而，这些解决方案还需要在反应器下游分离不需要的化合物(如氢气)。

绝热反应器在甲烷化反应器内不承担冷却作用时有几个缺点：

-需要多个串联的反应器才能获得令人满意的甲烷化产生率；以及

-在co甲烷化的情况下，通过添加所谓的气-水催化剂步骤，合成气的特定组成对于获得令人满意的化学计量比是必要的。

另一方面，绝热反应器的设计更简单，因为它们基本上由一个通常能抵抗高压(>30巴)的室组成，以实现令人满意的转化。

在等温反应器中甲烷化的情况下，操作压强不需要太高(<20巴)，但是需要在催化剂层中进行表面布置，这产生了复杂的设计和与冷却系统相关的额外成本。

因此，目前的系统在甲烷化步骤下游没有进行氢气分离步骤的情况下，不能对注入天然气分配或输送网络的规格的进行调整。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述全部或者部分缺陷。

有鉴于此，根据第一方面，本发明提供一种合成气生成设备，其包括：

-等温甲烷化反应器，包括：

-用于通过气化碳氢化合物原料产生的合成气且连接到合成气供应通道的入口，以及

-用于合成天然气的出口；

-水分离装置，包括：

-用于合成天然气的入口，以及

-用于脱水合成天然气的出口；以及

-用于从水分离装置的出口到合成气供应通道的部分脱水合成天然气的支路，以便将合成气和支路的合成天然气的混合物提供给反应器。

当水分离装置冷却合成天然气时，输入到反应器的这种气体的供应使得合成气被冷却，并且意味着反应器不需要高于某一再循环率的热交换器。高于此速率时，浸入反应器中的交换器所需的表面积减小。这种反应器的设计，特别是在尺寸，甚至更简单。此外，供应通道中的脱水合成天然气的供应通过对反应平衡的有利修改而提高了甲烷化反应产物的沃泊指数和hhv。因此，作为本发明主题的设备允许简化反应器的尺寸和简化规格调整，不再需要注入气体网络之前分离氢气。

另外，利用等温反应器可以进行单一的甲烷化步骤以获得高效的合成天然气转化，并获得质量接近于用于注入天然气分配或输送网络的规格的气体。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于从脱水合成天然气中分离二氧化碳的装置，该分离装置位于支路的下游。

这些实施例改进了对甲烷化反应产物的规格的调整。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于从脱水合成天然气中分离二氧化碳的装置，该分离装置位于支路的上游。

这些实施方式进一步改善了甲烷化反应产物的规格调整的简化。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括：

-反应器输出或内部温度的传感器；以及

-输入到支路的产物的再循环器，该再循环器被作为测量温度的函数而控制。

这些实施例可以调节再循环的反应产物的流量，作为测量温度的函数。如果所测量的温度高于预定温度(对应于最佳的甲烷化反应条件)，则增加再循环产物的流量以冷却反应器的反应介质。相反，如果测量的温度低于预定温度，则减少再循环产物的流量。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括从输入到反应器的上游，用于将混合物预热到高于150℃的装置。

这些实施方例可以限制甲烷化反应器中四羰基镍的形成，四羰基镍在低于230℃的温度下形成，并在150℃和230℃之间降低。

在一些实施例中，预热装置将混合物加热到高于230℃的温度以避免产生有毒化合物，并且低于反应器的操作温度以使反应器冷却。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于将水蒸气从用于形成从支路输出的甲烷化产物和合成气的混合物的上游的位置注入到合成气供应通道的通道。

这些实施例使得可以实现wgs反应来调节反应器中的h2/co比率，从而防止焦炭沉积对催化剂的失活并提高ch4生产产率。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于一部分热甲烷化反应产物的支路通道，其包括：

-位于反应器出口和水分离装置之间的入口；以及

-位于反应器入口上游和预热装置下游的出口。

这些实施例使得可以通过从反应器的输出中分流一部分热甲烷化产物，而保持甲烷化反应器中的总体流量恒定。维持这一流量使得该设备在合成气供应方面具有更大的灵活性。

在一些实施例中，作为本发明的主题的设备包括：

-在注入从水蒸汽注入通道输出的水蒸汽之后并且在与从支路输出的气体混合之后测量合成气流量的装置；

-输入到支路通道的产物再循环器，该再循环器被作为测量的流量的函数而控制。

这些实施例可以保持输入到甲烷化反应器的总流量。

在一些实施例中，水分离装置被配置为将合成天然气冷却到-5℃和+60℃之间的温度。

这些实施例能够增加合成天然气中的水分离。

在一些实施例中，水分离装置被配置为在讨论的反应器的操作压强下将合成天然气冷却至低于水的露点温度的温度。

在一些实施例中，该反应器被配置为进行所谓的“气-水”dussan反应。

这些实施例能够使用单个反应器来进行wgs反应和甲烷化反应。

在一些实施例中，等温反应器是流化床反应器。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括位于流化床中的至少一个热交换表面。

这些实施例可以调节甲烷化反应器内的温度。

这些实施例使得等温反应器的催化剂层中的温度均匀简单化。

根据第二方面，本发明提供了一种生成合成气的方法，该方法包括：

-甲烷化反应步骤，包括：

-将气化碳氢化合物原料产生的合成气通过合成气供应通道输入等温甲烷化反应器的步骤，以及

-输出合成天然气的步骤；

-分离水的步骤，包括：

-输入合成天然气的步骤，以及

-输出脱水合成天然气的步骤；

-将从水分离步骤输出的部分脱水合成天然气分流到合成气供应通道，以便将合成气和支路的合成天然气的混合物提供给反应器的步骤。

作为本发明主题的方法对应于作为本发明的主题的设备，该方法的特定特征、优点和目的与本发明主题的设备相似。这些特征、优点和目的在这里不再重复。

在一些实施例中，作为本发明主题的方法包括：

-从水分离步骤输出的脱水合成天然气中分离二氧化碳的步骤，和/或

-分流部分热甲烷化反应产物到甲烷化步骤上游的步骤。

附图说明

从本发明主题的用于生成合成气的设备和方法的至少一个特定实施例的以下的非限制性描述使本发明的其它优点、目的和特征将变得显而易见，将包括在附录中的参考附图中，其中：

-图1示意性地示出了作为本发明主题的设备的第一特定实施例；

-图2示意性地示出了作为本发明主题的设备的第二特定实施例；

-图3以逻辑图的形式示意性地示出了作为本发明主题的方法的特定系列的步骤；

-图4以曲线形式示出了通过作为本发明主题的设备和方法获得的合成气的沃泊指数；

-图5以曲线形式示出了通过作为本发明主题的设备和方法获得的合成气的hhv；

-图6以曲线的形式示出了作为合成气再循环率的函数的合成气中的氢气摩尔流的相对减少；

-图7以曲线的形式示出了在使用作为本发明主题的设备和方法期间获得合成气的反应的放热性；以及

-图8示意性地示出了在现有技术中使用的系统的示例。

具体实施方式

作为非限制性的示例给出本说明，实施例的每个特征能够以有利的方式与任何其他实施例的任何其他特征组合。另外，可以独立于所述实现示例的其他参数来利用实现示例的每个参数。

现在注意到这些附图不是等比例的。

图8示出了在现有技术中使用的系统80的示例的示意图。

在这些系统80中，甲烷化试剂进入甲烷化反应器805，甲烷化反应器805可以是这样的反应器系列(未示出)的一部分。

从甲烷化步骤的输出中，通过用于分离水的装置825(例如热交换器)将水与甲烷化产物分离。

然后脱水合成天然气通过用于分离二氧化碳的装置845被处理。

最后，合成天然气通过用于分离氢气的装置855被处理，使得该合成天然气符合注入天然气分配网络的规格。

分离水、二氧化碳和氢气的步骤可以以任何顺序进行。

图1(不等比例)示出了作为本发明主题的设备10的第一实施例的示意图，该合成气生成设备10包括：

-等温甲烷化反应器105，包括：

-用于通过气化碳氢化合物原料生成的合成气并且连接到合成气供应通道115的入口110，以及

-用于合成天然气的出口120；

-水分离装置125，包括：

-用于合成天然气的入口130，以及

-用于脱水合成天然气的出口135；以及

-从水分离装置125的出口到合成气供应通道115的部分脱水合成天然气的支路140，以便将合成气和支路的合成天然气的混合物提供给反应器105。

反应器105优选为在预设温度下操作的等温流化床甲烷化反应器。催化剂通过反应物混合物的流化使得在催化剂层的所有点处的温度几乎完美均匀化，并且反应器105可以被等同为等温反应器。在一些变型中，该反应器105可以是本领域技术人员已知的，缩写为“bwr”的沸水反应器。在其他变型中，该反应器105可以是壁冷式反应器或交换式反应器。

在一些实施例中，反应器105包括位于等温反应器105的流化床中的至少一个热交换表面106。

该表面106例如是配置为形成用于使流体从反应器105的外部循环到该反应器105的内部的回路的管，流体在反应器105外部被冷却。

这种流体例如是过热或饱和的水蒸气。

该反应器105配置为执行一氧化碳和/或二氧化碳的甲烷化。

该反应器105包括用于合成气的入口110，其例如是配备有与合成气供应通道115兼容的连接器(未示出)的反应器105的孔。

在一些优选实施例中，例如图1所示的实施例中，反应器105被配置为进行所谓的“气-水”(“gas-to-water”)的dussan反应。在这些实施例中，水蒸气被注入到供应到反应器105的合成气中。

合成气供应通道115连接到用于气化碳氢化合物原料(例如生物质、碳或废物，未示出)的单元。合成气包括h2、co、co2、h2o、ch4、c2、c3+等成分。该供应通道115是密封的。

在一些变型中，供应通道115接收例如来自水电解装置的h2。

在其他变型中，供应通道115接收从多个独立来源输出的h2。

合成天然气通过反应器的出口120离开反应器105。该出口120例如是连接到连接器(未示出)的孔，使得可以连接用于输送合成天然气的密封通道。

水分离装置125例如是用于将合成天然气冷却到低于水的露点温度的温度的热交换器。该温度优选在-5℃和+60℃之间，优选地，该温度在-5℃和40℃之间。

以这种方式分离的水由用于水的出口127收集，由外部设备使用或者被加热转化为水蒸气，如下所示，被注入到合成气供应通道115。

水分离装置125包括用于合成天然气的入口130。该入口130例如是与连接器(未示出)相关联的孔，该连接器被连接到用于输送从反应器105输出的合成天然气的密封通道。该密封的输送通道连接到来自甲烷化反应器105的合成天然气的出口120。

水分离装置125包括用于脱水合成天然气的出口135。该出口135例如是与连接器(未示出)相关联的孔，以连接到输送脱水合成天然气的密封通道(未示出)。

支路140例如是与用于脱水合成天然气的输送通道连接的密封通道，以便捕获通过该输送通道的部分气流。

该支路140将脱水合成天然气注入到合成气的供应通道115中。

这样，通过水分离工艺冷却的合成气和脱水合成天然气在反应器105中形成混合物，降低了甲烷化反应器的放热性，也改善了反应器105输出的合成天然气的特性以满足正常的使用规格。

特别是，所生成的混合物可以避免h2的下游分离。在一些优选的实施例中，例如图1中所示的那样，设备10包括：

-反应器105的输出或内部的温度或从该反应器105输出的合成气流的温度的传感器150；以及

-输入到支路的产物的再循环器155，再循环器155被作为所测量的温度的函数控制。

传感器150位于反应器105的内部或出口上。该传感器150捕捉形成流化床的催化剂、反应器105的气氛和/或反应器105的壁的温度。

再循环器155旨在抵消负载或压强的连续损失：

-特别是参考图1描述的用于设备10的预热装置160、反应器105、水分离装置125，以及

-参考图2描述的用于设备20的预热装置260、反应器205、水分离装置225和二氧化碳分离装置245

以及这些各种设备的所有连接通道。

例如，这种负载损耗估计在200至800毫巴之间。再循环装置155例如是风扇、压缩机或喷射器。在喷射器的情况下，用于实现喷射机制的流体例如是水蒸气，部分地补充或替换发生在反应器105中的wgs的蒸汽165。

如果所测量的温度高于预定温度(对应于最佳的甲烷化反应条件)，则增加再循环产物的流量以冷却反应器105的反应介质。相反，如果测量的温度低于预定温度，则减少再循环产物的流量。

在一些优选实施例中，例如图1所示，设备10包括在反应器105入口的上游用于将混合物预热到高于150℃的装置160。优选地，该预热装置160将混合物加热到高于或等于200℃的温度。优选地，该预热装置160将混合物加热到高于或等于230℃的温度。优选地，该预热装置160将混合物加热到低于280℃的温度，优选地低于反应器105的操作温度。

预热装置160例如是被配置为将高于150℃的温度传递至混合物的流体-气体或电热交换器。优选地，使混合物的温度达到高于或等于230℃的温度。

另外，在这些实施例中，设备10可以包括预热装置160下游的混合物的温度传感器162。由预热装置160的供应功率随作为在160的输出上捕捉的温度和预定的温度设定点的函数而变化。如果捕捉的温度高于温度设定点，则由预热装置160供应的功率减小。相反，当捕捉的温度低于温度设定点时，预热装置160的功率增加。

在一些优选实施例中，例如图1所示，设备10包括用于将水蒸气从用于形成从支路140输出的甲烷化产物和合成气的混合物的位置注入到合成气供应通道115上游的通道165。

注入通道165例如是连接到用于生成水蒸气的装置(未示出)的密封通道。该水蒸气生成装置例如对从合成天然气中分离出的水进行加热生成注入到合成气中的水蒸气。以这种方式注入的水可以产生wgs反应并限制反应器105中焦炭的形成。另外，蒸汽通过wgs反应促进调节h2/co比例以接近最佳的甲烷化反应条件。现有技术的分析已经表明，wgs反应可以在位于反应器105上游的专用反应器中进行，或者甚至在该反应器内与甲烷化反应并行进行。为了从该方法的经济收益和简化中获益，甲烷化和wgs反应优选在单个装置中进行。

在一些优选实施例中，例如图1中所示的实施例，设备10包括用于一部分热甲烷化反应产物的支路通道170，包括：

-位于反应器105的出口和水分离装置125之间的入口175；以及

-位于入口110到反应器105的上游并在预热装置160下游的出口180。

支路通道170例如是密封通道。入口175例如是在水分离装置125的上游、在合成天然气运输通道的内部出现的孔。出口180例如是在预热装置160下游、将合成天然气注入到的混合物的孔。

合成天然气是热的，可以保持反应器105中的流量恒定。

气化合成气的流量完全取决于可用碳氢化合物的量的函数。为了在甲烷化操作过程中保持转换稳定性，水动力条件必须尽可能保持恒定。然而，如果可用的碳氢化合物原料不足，并且导致合成气流量减小，则需要维持输入到反应器105的恒定总流量或者选择非常灵活的技术。即使在流化床能够在1至6的流量范围内操作的情况下，流量太低也会导致冷却降低，并因此导致转化率降低。为了克服这个难题，在合成气流量显著下降的情况下，来自预热装置160的输出流量由直接来自反应器105的出口120的热再循环通过支路通道170补充。使用热再循环流体的事实不会导致反应器105的热不平衡，但使设备10变得非常灵活。

在一些优选的实施例中，例如图1所示的那样，该设备10包括：

-在注入从水蒸气注入通道165输出的水蒸气之后并且在与从支路140输出的气体混合之后用于测量合成气流量的装置185；以及

-输入到支路通道165中的产物的再循环器190，再循环器190被作为所测量的流量的函数控制。

流量测量装置185可以是本领域技术人员已知的适用于测量气体流量的任何类型，例如风速计、科里奥利效应流量计、涡流效应流量计或电磁流量计。

再循环器190在结构上类似于再循环器155。该再循环器190由被作为测量装置185测量的流量和预定流量设定点187的函数而控制。如果所测量的流量低于预定流量设定值187，则再循环器190被启动以通过合成天然气的等效流量来补偿所测量的流量和流量设定值187之间的差值。

在一些优选的实施例中，设备10包括用于从位于支路140下游的脱水合成天然气中分离二氧化碳的装置145。

利用作为本发明主题的设备10，需要少量的附加操作就可以获得接近气体网络的规格的合成气。

另外，设备10还可以用于1至100巴之间的压强范围以及230℃至700℃之间的预定温度范围。

图2(不等比例)示出了作为本发明主题的设备20的第二实施例的示意图。该合成气生成设备20与参考图1说明的设备10相同。因此，设备20的参考标记205、210、215、220、225、227、230、235、240、250、255、260、262、265、270、275、280、285、287和290分别对应于设备10的参考标记105、110、115、120、125、127、130、135、140、150、155、160、162、165、170、175、180、185、187和190。

设备20还包括用于从位于支路240上游的脱水合成天然气中分离二氧化碳的装置245。该分离装置245可以位于水分离装置225的上游或下游。

图3以步骤的逻辑图的形式示出了作为本发明主题的方法30的特定实施例。该合成气的生成方法30包括：

-甲烷化反应步骤305，包括：

-将气化碳氢化合物原料而生成的合成气通过合成气供应通道输入等温甲烷化反应器的步骤310，以及

-输出合成天然气的步骤315；

-分离水的步骤320，包括：

-输入合成天然气的步骤325，以及

-输出脱水合成天然气的步骤330；

-将从水分离步骤输出的部分脱水合成天然气分流到合成气供应通道的步骤335，以便将合成气和支路的合成天然气的混合物提供给反应器；以及

-优选地，从分离步骤320输出的脱水合成天然气分离二氧化碳的步骤340；

-优选地，分流部分热甲烷化反应产物到甲烷化步骤305的上游的步骤(未示出)。

该方法30例如由作为本发明主题并参考图1和图2描述的设备10或20来运用。

在一些变型中，作为本发明主题的方法30在反应步骤305的上游包括预热步骤340。例如通过预热装置160或260执行该预热步骤340，如图1或2所述。

应注意的是，图4至图7是为了确定作为本发明主题的装置和方法的作用而进行的模拟的结果，将这些结果与没有脱水再循环的情况的模拟进行比较例如，例如沸水反应器的第一步骤中的情况。作为本发明主题的装置和方法的目的还在于在成本可接受时在中等压强下操作单级甲烷化时使调整规格的步骤最少。出于同样的原因，在注入电网所需的分离之后，最好在生产链的末端压缩sng。下面进行和展示的模拟是在8巴和320℃的甲烷化温度下进行的。

图4和图5分别示出了用于潮湿sng的再循环的参考配置的h2分离前的sng、脱水再循环的sng和脱水脱碳再循环的sng的沃泊指数和hhv。

这些结果表示为再循环率的函数，再循环率对应于再循环流在常压和常温条件下的体积流量与合成气流的比值。对于“参考配置”，再循环流被与通过支路通道的流等量的潮湿sng流量代替。这种潮湿的sng流量是通过在水分离的上游分流从反应器输出的一部分流来实现的。

图4示出了在x轴上由设备10或20生成的合成天然气的沃泊指数作为在y轴上的再循环率和输入到甲烷化反应器105或205的再循环合成天然气的性质的函数。

特别要指出的是，潮湿的合成天然气的再循环405对由该设备生成的合成天然气的沃泊指数没有影响。

还应注意的是，脱水合成天然气的再循环410改善了由该设备生成的合成天然气的沃泊指数。

最后注意的是，即使在再循环率小于1的情况下，脱水脱碳合成天然气的再循环415也进一步提高了由该装置生成的合成天然气的沃泊指数。

图5示出了在x轴上由设备10或20生成的合成天然气的hhv作为在y轴上的再循环率和输入甲烷化反应器105或205的再循环的合成天然气的性质的函数。

特别注意的是，潮湿的合成天然气的再循环505对由该设备生成的合成天然气的hhv没有影响。

还应注意的是脱水合成天然气的再循环510改善了由该设备生成的合成天然气的hhv。

最后注意的是，即使再循环率小于1，脱水脱碳合成天然气的再循环515也进一步提高了装置生成的合成天然气的hhv。

根据沃泊指数和hhv得到的结果，湿气的再循环率(即参考配置)对气体质量没有影响，并且表明h2的分离对于达到注入规格是必不可少的。单独脱水或脱碳后(dehydrationaloneorwithdecarbonation)的再循环导致沃泊指数和hhv的增加或减少。这些改进可以被解释为简单稀释的结果，但是图6突出显示了反应平衡的真实改善，从设备10或20的输出h2摩尔流量显著降低。

图6示出了在x轴上从设备10或20输出的h2的相对摩尔流的减少作为在y轴上的再循环率和输入到甲烷化反应器105或205的再循环合成天然气的性质的函数。

特别要指出的是，潮湿的合成天然气的再循环605对从设备输出的h2摩尔流量没有影响。

还应注意的是脱水合成天然气的再循环610引起设备输出的h2摩尔流量的减少。

最后注意的是，脱水脱碳合成天然气的再循环615也引起设备输出的h2摩尔流量的减少。

尽管通过再循环稀释，在反应器的输入上，co/h2o比例维持在了相对于反应器启动时初始的co/h2o比例。因此，通过焦化使甲烷化催化剂失活的风险相对较低。在两个设备10和20之间，在合成天然气的再循环上游脱碳对h2摩尔量的减少显得更有效。因此，为了符合可注入标准，单独脱水的再循环流量需要比脱碳方案的高四到八倍。对于用于模拟的操作条件，并且当在再循环之前仅应用脱水时，避免h2分离所需的最小再循环率估计为1.6。当通过脱碳步骤补充脱水时，所需比率为0.2。这些各自的比率能够有效地满足与注入有关的限制，但仍然需要用于冷却反应器以保持等温性的内部系统，并且在这种情况下不适用于非冷却固定床技术。在这些运行条件下，关于换热反应器-沸水或流化床反应器-这一新功能使换热器表面积分别减少10％和25％。

图7使得能够根据参考配置和上述两个设备10和20的再循环率的函数看到反应器的归一化放热性(即，与没有再循环的情况相比待除去的热量)的变化。

图7示出了在x轴上设备10或20的甲烷化反应的放热性作为在y轴上的再循环率和输入到甲烷化反应器105或205的再循环合成天然气的性质的函数。

特别注意的是，潮湿的合成天然气的再循环705降低了甲烷化反应的放热性。

还注意的是脱水合成天然气的再循环710也降低了甲烷化反应的放热性。

最后注意的是，脱水脱碳合成天然气的再循环715也降低了甲烷化反应的放热性。

似乎增加再循环率导致反应器的放热性线性降低。在这里，再循环的sng起蓄热器的作用，由于较高的热容量，其在h2o存在时更显著。获得与设备10和20的理想操作温度相对应的再循环水平，使得sng可以从反应器的内部交换器和h2分离中释放出来以调整至规格。此外，反应器是等温的，因此需要供热来维持反应。

h2、co2、co和ch4的摩尔分数的变化作为模拟配置的再循环率的函数是在改善sng品质。然而，co的摩尔分数随着脱水sng再循环设备10而显著增加。

在这种情况下，单独脱水导致co2含量在输入到反应器中时过度集中，并且将wgs反应的平衡向co的生成和h2的消耗方向移动。对于设备20，并入再循环回路中的co2的提取允许促进wgs反应生成h2，然后h2转化为ch4。