的燃烧/氧化，这与更加不完全的向一氧化碳和氢气的燃烧(和蒸汽碳反应)相反。
[0177]供应至加氢甲烷化反应器(200)的氧气的量必须足以使足够的碳质原料燃烧/氧化以产生足够的热能和合成气来满足稳态加氢甲烷化反应的热和合成气需求。
[0178]在一个实施方式中，提供至加氢甲烷化反应器(200)的分子氧(如氧气增浓的气体物流(14a)中包含的)的量可范围从约0.10、或者从约0.20、或者从约0.25到约0.6、或者到约0.5、或者到约0.4、或者到约0.35磅O2/镑在经催化的附聚的颗粒状低煤阶原料(32+35)中的碳。
[0179]加氢甲烷化反应器(200)中的加氢甲烷化和氧化/燃烧反应将同时发生。取决于加氢甲烷化反应器(200)的配置，这两个步骤将典型地在分开的区中是主要的-在流化床(202)的上部部分(202b)中加氢甲烷化，和在流化床(202)的下部部分(202a)中氧化/燃烧。典型地将氧气增浓的气体物流(14a)与蒸汽物流(12)混合并且将该混合物在流化床(202)的底部处或者靠近流化床(202)的底部引入到下部部分(202a)中以避免在该反应器中形成热点，和避免(最少化)期望的气态产物的燃烧。进料具有提高的水分含量的经催化的碳质原料(32+35)并且特别是进料到流化床(202)的下部部分(202a)中还辅助热耗散以及如果在反应器(200)中形成热点的话，避免形成热点，如在之前引入的US2012/0102837A1 中表明的。
[0180]如果存在过热的合成气进料物流(16)，则该物流将典型地被作为与蒸汽物流(12a)的混合物引入到流化床(202)的下部部分(202a)中，并且氧气增浓的气体物流(14a)被单独地引入到流化床(202)的下部部分(202a)中以便不会优先地消耗合成气组分。
[0181]可通过例如如下的任何合适的手段将氧气增浓的气体物流(14a)进料到加氢甲烷化反应器(200)中:将经纯化的氧气、氧气-空气混合物、氧气-蒸汽混合物、或者氧气-惰性气体混合物直接注入到该反应器中。参见例如US4315753和Chiaramonte等，Hydrocarbon Processing, 1982 年 9 月，pp.255-257。
[0182]氧气增浓的气体物流(14a)典型地经由标准空气分离技术产生并且将被与蒸汽混合地进料，并且在高于约250° F(约121°C )、到约400° F(约204°C )、或者到约350。F(约177°C)、或者到约300° F(约149°C)的温度下和在比加氢甲烷化反应器(200)中存在的至少略高的压力下引入。氧气增浓的气体物流(14a)中的蒸汽应为在氧气增浓的物流(14a)向加氢甲烷化反应器(200)输送期间不能冷凝的，因此可能需要将氧气增浓的物流(14a)在较低的压力下输送，然后在即将引入到加氢甲烷化反应器(200)中之前加压(压缩)。
[0183]如上所示，加氢甲烷化反应具有蒸汽需求、热需求和合成气需求。组合的这些条件在决定加氢甲烷化反应的操作条件以及该工艺的其余方面是重要因素。
[0184]例如，加氢甲烷化反应需要至少约I的蒸汽对(在原料中的)碳的理论摩尔比。然而，典型地，该摩尔比大于约1、或者为从约1.5 (或更大)、到约6 (或更小)、或者到约5 (或更小)、或者到约4 (或更小)、或者到约3 (或更小)、或者到约2 (或更小)。经催化的碳质原料(32+35)的水分含量，在加氢甲烷化反应器(200)中由该原料产生的水分，以及在蒸汽物流(12a)、氧气增浓的气体物流(14a)和再循环细肩物流(和任选的过热的合成气进料物流(16))中包含的蒸汽均对加氢甲烷化反应贡献蒸汽。蒸汽物流(12a)中的蒸汽应足以至少充分满足(或至少满足)加氢甲烷化反应的“蒸汽需求”。
[0185]如也在以上所示的，加氢甲烷化反应为基本上热平衡的，但是，由于工艺热损失和其它能量需要(例如，原料上的水分的蒸发)，必须在加氢甲烷化反应中产生一些热以保持热平衡(热需求)。在来自氧气增浓的气体物流(14a)的引入到加氢甲烷化反应器(200)中的氧气的存在下碳的部分燃烧/氧化应足以至少充分满足(或至少满足)加氢甲烷化反应的热和合成气需求两者。
[0186]用在加氢甲烷化反应器(200)中用于经催化的碳质原料(32+35)的加压和反应的气体包括蒸汽物流(12a)和氧气增浓的气体物流(14a)(和任选的过热的合成气进料物流
(16))并且任选地包括额外的氮气、空气、或惰性气体例如氩气，其可根据本领域技术人员已知的方法供应至加氢甲烷化反应器(200)。结果，蒸汽物流(12a)和氧气增浓的气体物流(14a)必须是以容许它们进入加氢甲烷化反应器(200)的较高压力提供的。
[0187]在一个实施方式中，所有物流应该在低于加氢甲烷化反应器(200)的目标操作温度的温度下进料到加氢甲烷化反应器(200)中，例如在之前引入的US2012/0046510A1中公开的。
[0188]蒸汽物流(12a)将处于高于在进料压力下的饱和点的温度。当进料到加氢甲烷化反应器(200)中时，蒸汽物流(12a)应为过热蒸汽物流以避免任何冷凝发生的可能性。蒸汽物流(12)的典型的进料温度为从约400° F(约204°C )、或从约450° F(约232°C )、到约650° F(约343°C )、或到约600° F(约316°C )。蒸汽物流(12)的典型的进料压力为约25psi (约172kPa)或大于加氢甲烷化反应器(200)内的压力。
[0189]如以下讨论的，蒸汽物流(12a)的实际温度和压力将最终取决于从该工艺的热回收水平和加氢甲烷化反应器(200)内的操作压力。在任何情况下，期望的是，在该工艺的稳态操作中在蒸汽物流(12a)的过热中应不使用烧燃料的过热器。
[0190]当将蒸汽物流(12a)和氧气增浓的物流(14a)组合来用于进料到流化床(202)的下部段(202a)中时，该组合物流的温度将通过蒸汽物流(12a)的温度控制，并且将典型地范围从约400° F(约204°C )、或从约450° F(约232°C )、到约650° F(约343°C)、或到约 600° F(约 316°C)。
[0191]加氢甲烷化反应器(200)中的温度可例如通过控制蒸汽物流(12a)的量和温度、以及供应至加氢甲烷化反应器(200)的氧气的量而控制。
[0192]在稳态操作中，期望的是，用于加氢甲烷化反应的蒸汽完全从其它工艺操作通过工艺热捕获(process heat capture)产生(例如在废热锅炉中产生，通常称作“工艺蒸汽”或“工艺产生的蒸汽”)，特别是从粗制产物气体在热交换器单元中的冷却而产生。对于整个工艺的其它部分，可产生另外的蒸汽，例如在之前引入的US2010/0287835A1和US2012/0046510A1 中公开的。
[0193]本文描述的整个工艺期望地是蒸汽正向的(positive)，使得加氢甲烷化反应的蒸汽需求(压力和量)可经由热交换而得到满足，其中在不同阶段处的工艺热回收容许产生过量的蒸汽，所述蒸汽可用于发电和其它用途。期望地，工艺产生的蒸汽占加氢甲烷化反应的蒸汽需求的100重量％或更大。
[0194]加氢甲烷化反应的结果为甲烷增浓的粗制产物，将其作为甲烷增浓的粗制产物物流(50)从加氢甲烷化反应器(200)取出，甲烷增浓的粗制产物物流(50)典型地包括CH4、CO2, H2, CO、H2S、未反应的蒸汽，并且任选地包括其它污染物例如夹带的细肩、NH3、COS、HCN和/或单质汞蒸气，这取决于用于加氢甲烷化的碳质材料的性质。
[0195]如果加氢甲烷化反应在合成气平衡下运行，则甲烷增浓的粗制产物物流(50)在离开加氢甲烷化反应器(200)时将典型地包括至少约15摩尔％、或至少约18摩尔％、或至少约20摩尔％甲烷，基于所述甲烷增浓的粗制产物物流(50)中的甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数。此外，甲烷增浓的粗制产物物流(50)将典型地包括至少约50摩尔％的甲烷加二氧化碳，基于所述甲烷增浓的粗制产物物流(50)中的甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数。
[0196]如果加氢甲烷化反应在合成气过量下运行，例如包含多于合成气需求的过量的一氧化碳和/或氢气(例如，由于进料至加氢甲烷化反应器(200)的氧气增浓的气体物流(14a)的量而产生过量的一氧化碳和/或氢气)，则对甲烷增浓的粗制产物物流(50)中的甲烷和二氧化碳的摩尔百分数可存在一些稀释作用。
[0197]有利地，加氢甲烷化催化剂可包括一种或多种如以下讨论的催化剂物质，并且可起到用于经催化的附聚的颗粒状低煤阶原料(32+35)的粘合剂材料的作用。
[0198]碳质原料(32+35)和加氢甲烷化催化剂典型地在提供至加氢甲烷化反应器(200)之前紧密混合(即，以提供经催化的碳质原料(32+35))，但是它们也可单独地进料。在这样的情况下，对于经催化的附聚的颗粒状低煤阶原料(32+35)，需要单独的粘合剂材料。
[0199]典型地，甲烷增浓的粗制产物在从加氢甲烷化反应器(200)取出之前穿过流化床段(202)上方的初始分离区(204)。分离区(204)可任选地包含，例如，一个或多个内部旋流器和/或其它夹带颗粒分离机构。“取出的”甲烷增浓的粗制产物气体物流(50)典型地包括至少甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氢气(如以上讨论的)，以及硫化氢、蒸汽、热能和夹带的细肩。
[0200]甲烷增浓的粗制产物气体物流(50)初始进行处理以除去相当大部分的所夹带的细肩，典型地经由旋流器组件(360)(例如，一个或多个内部和/或外部旋流器)，如果必要其后可跟着任选的另外的处理例如文丘里涤气器，如以下更详细地讨论的。因此，“取出的”甲烷增浓的粗制产物气体物流(50)应被认为是在细肩分离之前的粗制产物，而不管该细肩分离发生在加氢甲烷化反应器(200)的内部和/或外部。
[0201]“相当大部分”的细肩的除去意味着从所得气体物流除去一定量的细肩，使得下游加工不受不利影响；因此，应除去至少相当大部分的细肩。一些较少水平的超细材料可以下游加工没有受到显著不利影响的程度剩留在所得气体物流中。典型地，除去粒度大于约20 μm、或大于约10 μm、或大于约5 μπι的细肩的至少约90重量％、或至少约95重量％、或至少约98重量％。
[0202]如图2中具体描绘的，将甲烷增浓的粗制产物物流(50)从加氢甲烷化反应器(200)送至旋流器组件(360)用于夹带颗粒的分离。虽然为了简化而将旋流器组件(360)在图2中显示为单个外部旋流器，但是如上所示，旋流器组件(360)可为内部和/或外部旋流器，并且也可为一系列的多个内部和/或外部旋流器。
[0203]将甲烷增浓的粗制产物气体物流(50)在旋流器组件(360)中处理，以产生细肩贫化的甲烷增浓的粗制产物气体物流(52)和回收的细肩物流(362)。
[0204]可将回收的细肩物流(362)进料回到加氢甲烷化反应器(202)中，例如，经由细肩再循环管线(364)到流化床(202)的上部部分(202b)中，和/或经由细肩再循环管线(366)到流化床(202)的下部部分(202a)中(如在之前引入的US2012/0060417A1中公开的)。就不进料回到流化床(202)中而言，可将回收的细肩物流(362)例如再循环回原料制备单元(100)和/或催化剂回收单元(300)，和/或与经研磨的低煤阶煤原料(32)和/或经催化的碳质原料(32+35)组合。
[0205]细肩贫化的甲烷增浓的粗制产物气体物流(52)典型地包括至少甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、硫化氢、蒸汽、氨和热能，以及少量污染物例如剩留的残余的夹带的细肩，和可存在于碳质原料中的其它挥发的和/或携带的材料(例如，汞)。在细肩贫化的甲烷增浓的粗制产物气体物流(52)中典型地几乎没有(总计典型地小于约50ppm)(在环境条件下)可冷凝的烃。
[0206]细肩贫化的甲烷增浓的粗制产物气体物流(52)可在一个或多个下游加工步骤中处理以回收热能、除污染物和转化为一种或多种增值产品例如代用天然气(管道品质)、氢气、一氧化碳、合成气、氨、甲醇和其它由合成气得到的产品、电力和蒸汽，如在许多在该“加氢甲烷化”部分的开始处引用的参考文献中所公开的。
[0207]用于加氢甲烷化的催化剂
[0208]加氢甲烷化催化剂对于催化至少上述反应(I)、(II)和(III)为潜在活性的。这样的催化剂通常是相关领域的普通技术人员公知的并且可包括例如碱金属、碱土金属和过渡金属、以及其化合物和络合物。典型地，加氢甲烷化催化剂至少包括碱金属，例如在许多之前引入的参考文献中公开的。
[0209]有利地，加氢甲烷化催化剂为碱金属，其还起到用于附聚的颗粒状低煤阶煤原料的粘合剂材料(35)的作用。
[0210]合适的碱金属为锂、钠、钾、铷、铯、及其混合物。特别有用的是钾源。合适的碱金属化合物包括碱金属碳酸盐、碳酸氢盐、甲酸盐、草酸盐、氨化物、氢氧化物、乙酸盐、或类似化合物。例如，所述催化剂可包括如下的一种或多种:碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯，并且特别是，碳酸钾和/或氢氧化钾。
[0211]可使用任选的助催化剂或其它催化剂添加剂，例如在之前引入的参考文献中公开的那些。
[0212]典型地，当加氢甲烷化催化剂完全地或基本上为碱金属时，其以足以提供约0.01、或者从约0.02、或者从约0.03、或者从约0.04、到约0.10、或者到约0.08、或者到约0.07、或者到约0.06的碱金属原子对经催化的碳质原料(32+35)中的碳原子的比率的量存在于该经催化的碳质原料中。
[0213]催化剂回收(300)
[0214]经催化的碳质原料(32+35)在所描述的条件下的反应通常提供甲烷增浓的粗制产物物流(50)和固体炭副产物(58)。
[0215]固体炭副产物(58)典型地包括大量的未反应的碳、无机灰分和夹带的催化剂。可将固体炭副产物(58)从加氢甲烷化反应器(200)除去用于采样、清除(purging)和/或催化剂回收。
[0216]如本文中使用的术语“夹带的催化剂”指的是包括加氢甲烷化催化剂的催化活性部