CN101880559B

CN101880559B - 一种生产合成天然气的方法及装置

Info

Publication number: CN101880559B
Application number: CN 201010210059
Authority: CN
Inventors: 李春启; 左玉帮; 刘永健; 邱波; 忻仕河
Original assignee: LIAONING DATANG POWER FUXIN COAL-TO-GAS Co Ltd; Datang International Chemical Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Liaoning Datang Power Fuxin Coal To Gas Co ltd; Datang International Chemical Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: CN101880559A

Abstract

本发明提供一种生产合成天然气的新方法及其装置。本发明以煤气化产物为原料生产包含甲烷94％以上摩尔组成的富甲烷气体的连续工艺流程。本发明所提供的方法不使用昂贵的循环压缩机，降低了操作成本，降低了反应器、废锅和蒸汽过热器的材质要求。对催化剂操作温度要求低，并且催化剂床层不易飞温、可以抑制析碳，能够显著降低甲烷化过程能耗，具有工艺流程合理、具备可操作性；节约能源等优点。

Description

一种生产合成天然气的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种完全甲烷化的方法，具体地，本发明涉及以煤气化产物为原料生产合成天然气的方法及装置，属于合成天然气技术领域。

背景技术

上世纪七十年代以来，伴随着石油危机，煤制甲烷(合成天然气或替代天然气)得到较快发展。煤制甲烷的主要方法包括煤加氢气化直接生产甲烷和经合成气间接生产甲烷。

煤加氢气化生产甲烷的主要问题有：碳转化率低、甲烷收率低、气体组成复杂、甲烷浓度低以及得不到高质量的合成天然气等。相对来说，煤经合成气生产甲烷的工艺具有技术成熟度高、碳利用率高及甲烷浓度高的显著优势。上世纪80年代初，德国鲁奇公司结合巴斯夫公司的甲烷化催化剂完成了甲烷化工艺的开发，并成功应用于美国大平原工厂389万立方米/天的煤制天然气工厂；英国煤气公司针对BGL气化炉的合成气特点开发了HICOM工艺及相应催化剂，并建立了2832m³/d的中试装置；丹麦托普索公司成功研制了最高能耐700℃高温的宽温型催化剂，并开发了TREMP完全甲烷化工艺。

鲁奇、HICOM和TREMP甲烷化工艺均采用部分高温高水工艺气循环的方式来降低首段反应器的操作温度，降低催化剂床层飞温和析碳的风险，提高甲烷化反应热利用效率，均需使用昂贵的循环压缩机，对反应器、废锅和蒸汽过热器要求高，并且装置存在着操作能耗高、运行成本高等缺点，并且即便采用了部分高温高水工艺气循环的方式，高温催化剂床层飞温和析碳的风险也很大。

甲烷化反应为快速、强放热反应，原料气中一氧化碳含量过高将导致大量放热，容易造成催化剂床层的飞温、析碳，从而导致催化剂失活，甚至危及反应器的安全。甲烷化反应能够在各类反应器中进行，包括绝热反应器、等温反应器、甚至流化床反应器。适用于甲烷化反应等反应热效应较大的反应体系的等温反应器一般由多根反应管组成，类似于管壳式换热器，通常情况下催化剂装填于管内(或管间)，载热流体流经管间(或管内)进行换热。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生产合成天然气(Synthetic Natural Gas，SNG)的方法。

本发明的另一个目的在于，提供实施上述方法的装置。

本发明的又一个目的在于，提供甲烷化反应放热的一种利用方法。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。一方面，本发明提供一种以煤气化产物为原料生产合成天然气的方法，所述合成天然气中含有的甲烷摩尔组成在94％以上，所述方法包括以下步骤：

a)将原料气加热升温到250-350℃后，分为第一股原料气6和第二股原料气7；

b)将步骤a)中的第一股原料气6与水蒸汽30混合，得到的混合气8通入装填甲烷化催化剂的首段冷却型列管式反应器9中发生反应，得到温度为250-400℃的首段产品气10，同时副产饱和蒸汽；

c)将步骤b)中得到的首段产品气10进行选自如下的处理：

将步骤b)中所得到的首段产品气10与步骤a)中的第二股原料气7混合，得到的混合气11通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器12中发生反应，得到温度为350-550℃的第二段产品气13，将该第二段产品气13冷却，得到温度为250-350℃的冷却的第二段产品气15，同时副产过热蒸汽；将冷却的第二段产品气15通入装填甲烷化催化剂的第三段绝热固定床反应器16中继续反应，得到第三段产品气17；

或者

将步骤b)中所得到的首段产品气10分成第一股首段产品气24和第二股首段产品气25；将第一股首段产品气24与第二股原料气7混合，得到的混合气11’通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器12中发生反应，得到温度为350-550℃的第二段产品气13’，将该第二段产品气13’冷却，得到温度为250-350℃的冷却的第二段产品气15’，同时副产过热蒸汽；将冷却的第二段产品气15’与第二股首段产品气25混合，得到的混合气15”通入装填甲烷化催化剂的第三段绝热固定床反应器16中继续反应，得到第三段产品气17’；

d)将步骤c)中得到的第三段产品气17或17’冷却，得到温度为150-300℃的冷却的第三段产品气19或19’，同时副产饱和蒸汽或第三段产品气与原料气进行换热以预热原料气，冷却的第三段产品气经气液分离后，得到合成天然气21或21’。此外，还会产生工艺冷凝液22或22’。

优选地，所述步骤a)中的第一股原料气6和第二股原料气7的体积比为0.5～10∶1，优选为1～5∶1；优选地，所述骤c)中的第一股首段产品气24和第二股首段产品气25的体积比为0.5～10∶1，优选为1～5∶1。

优选地，所述方法还包括将锅炉给水31通入到汽包32，来自汽包32的饱和水33通入步骤b)中的首段冷却型列管式反应器9的壳程内，与管程的反应气进行换热汽化生成饱和蒸汽34，饱和蒸汽34再进入汽包32；优选地，离开汽包32的饱和蒸汽35再进行过热，得到过热蒸汽36；更优选地，所述离开汽包32的饱和蒸汽35与第二段产品气13或13’进行热量交换而实现过热，得到过热蒸汽36。

优选地，所述步骤b)中的水蒸汽30的至少部分来源选自：步骤b)中副产的饱和蒸汽、步骤c)或d)中副产的过热蒸汽、经过汽包产生的饱和蒸汽35和过热蒸汽36。

优选地，所述原料气中的气体组成如下：一氧化碳5-45％、二氧化碳0-30％和氢气20-80％；优选地，所述原料气在加热前先进行净化，以除去其中含有的少量硫、氧等杂质。

优选地，所述首段冷却型列管式反应器的管内装填甲烷化催化剂，饱和水流经管间。

另一方面，本发明提供一种用于实施上述方法的装置，所述装置包括以下设备：

甲烷化反应器，用于对原料气或中间产品气实施甲烷化反应；

换热设备，分别与甲烷化反应器的出口相连，用于冷却甲烷化反应所生成的产品气，并副产饱和蒸汽和/或过热蒸汽。优选地，所述换热设备选自蒸汽过热器和换热器。

优选地，所述甲烷化反应器选自绝热固定床反应器和冷却型列管式反应器；优选地，其中所述甲烷化反应器分为三段，其类型分别为：首段甲烷化反应器包括至少一个冷却型列管式反应器，第二段和/或第三段甲烷化反应器包括至少一个绝热固定床反应器。

优选地，所述装置还包括汽包，用于为首段冷却型列管式反应器提供饱和水并接受首段冷却型列管式反应器排出的饱和蒸汽，同时将饱和蒸汽输送至换热设备。

优选地，所述装置还包括净化设备，用于对原料气进行深度净化，除去其中含有的少量杂质。

优选地，所述装置还包括加热设备，用于加热原料气。

优选地，所述装置还包括气液分离设备，用于分离第三段甲烷化反应器中生成的产品气。

优选地，所述装置还包括连接前段甲烷化反应器出口与后段甲烷化反应器入口的管道系统，用于将前段甲烷化反应器所生成的至少部分产品气导入后段甲烷化反应器中。

此外，本发明还提供了上述方法生产的合成天然气，所述合成天然气中含有的甲烷摩尔组成为94％以上。

又一方面，本发明提供了一种生产合成天然气中甲烷化反应放热的利用方法，其包括：将锅炉给水31经预热后加入到汽包32中，来自汽包32的饱和水33通入首段甲烷化反应器的壳程，与管程内的反应气进行换热汽化生成饱和蒸汽34，饱和蒸汽34再进入汽包32，离开汽包32的饱和蒸汽35经过热，得到400-500℃的过热蒸汽36。

综上所述，本发明提供了一种以煤气化产物为原料生产包含甲烷摩尔组成94％以上的合成天然气的连续工艺流程和相关装置。原料中一氧化碳含量在5-45％，二氧化碳含量在0-30％和氢气含量在20-80％。工艺流程如下：原料气经预热后分为两股，分别通入第一、第二段甲烷化反应器，第一段反应器为冷却型列管式反应器；第一段反应器产品气与第二股原料气混合通入第二段绝热固定床甲烷化反应器；而后第二段反应器产品气通入第三段反应器。第三段产品气经降温、气液分离后得到产物气合成天然气。另一种工艺流程如下：原料气经预热后分为两股，分别通入第一、第二段甲烷化反应器，第一段反应器为冷却型列管式反应器；第一段反应器产品气分成两股，第一股与第二股原料气混合通入第二段绝热固定床甲烷化反应器；而后第二段反应器产品气与第二股第一段反应器产品气混合后通入第三段反应器，第三段产品气经降温、气液分离后得到产物气合成天然气。本发明能够可副产不同等级的饱和蒸汽，可经过进一步的换热生产过热蒸汽。本发明的产品气中若仍含有少量的一氧化碳或是二氧化碳，可以将气体进一步反应得到最终产品。

与现有的技术相比，本发明实现了将煤气化产物经净化后的合成气完全甲烷化来生产合成天然气，不使用昂贵的循环压缩机，能耗低，操作成本低；本发明所提供方法的最高操作温度不超过550℃，不使用高温甲烷化催化剂，对反应器、换热设备如废锅和蒸汽过热器的材质要求低，并且催化剂床层不易飞温和析碳等优点，具有工艺流程合理、具备可操作性；节约能源等优点。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施方式1或4中所提供的合成天然气的生产方法的工艺流程示意图。

图2为本发明实施方式2或5中所提供的合成天然气的生产方法的工艺流程示意图。

图3为本发明实施方式3或6中所提供的传统甲烷化反应工艺流程示意图。

附图标记与其所对应的部件说明如下：

1/3/5/6/7：原料气 8/8’/11/11’/11”/15”：混合气

10/10’/13/13’/13”/17/17’/17” 10”/15/15’/19/19’ 冷却的中间

/24/25/26/27/29：中间产品气 /19”，：产品气

21/21’/21”：产物气SNG 27’：循环气

30/34/35/36：水蒸汽 31/33：水

2：净化设备 4/14/18：换热器

9/12/16：甲烷化反应器 20：气液分离器

32：汽包 22/22’/22”：冷凝液

28 循环压缩机

具体实施方式

下面结合具体实施方式对该发明做进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明的范围仅限于下述实施方式。

在以下实施方式1、2、4、5中，第二段绝热固定床反应器中装填的甲烷化催化剂可以选用本领域内已知的任何一种耐高温高压的催化剂，例如催化剂主要活性成分为金属的氧化物，所述金属包括铝、镍和稀土元素，以及锶、钒和铬中的一种或多种，优选地，其中所述稀土元素包括镧、铈、镨、铕和镱中的一种或多种。优选地，所述催化剂以100重量份的催化剂为基准，以金属元素计，镍的含量为1-10重量份，稀土元素的含量为1-6重量份，锶、钒和铬的总含量为0.5-5重量份，余量为氧化铝。该催化剂可采用例如以下方法制备：使用浓氨水调节0.3摩/升的碳酸氢铵溶液的pH为9，然后在搅拌条件下，将31.20克Ni(NO₃)₂和9.36克La(NO₃)₂缓慢加入到上述溶液中；在搅拌条件下，将得到的溶液与含有272.54克Al₂(SO₄)₃的水溶液同时缓慢滴入反应釜中，用1摩/升的NaOH溶液将反应釜内溶液的pH值调节至9.5，反应温度为40℃，搅拌速率为600rpm，反应9小时。然后过滤将得到的沉淀(Ni-La-Al复合氢氧化物)分离出来，在60℃下陈化4小时，然后用去离子水洗涤，在100℃干燥12小时，之后在500℃下焙烧4小时，制得催化剂前驱体；将1.56克Sr(NO₃)₂和2.29克Cr(NO₃)₃溶于水对催化剂前驱体进行过饱和浸渍，浸渍12小时后在120℃下干燥8-12小时，然后在400℃下焙烧4小时，最后得到催化剂粉体；向催化剂粉体按质量比添加3％的聚乙烯醇作为粘结剂，添加3.5％的石墨作为润滑剂后打片成型，得到成型催化剂。

首段冷却型列管式反应器和第三段绝热固定床反应器中装填的甲烷化催化剂可以选用本领域内已知的任何一种中低温甲烷化催化剂，例如市售的J105或CJ106型甲烷化催化剂。

实施方式1

图1所示为本发明所提供的合成天然气的生产方法的一种优选的实施方式。

主要的原料合成气由气化炉产生，经过急冷等常规步骤，脱除其中的焦油、酚、氨及粉尘等杂质，并通过酸性气体脱除单元除去其中含有的硫化物和部分二氧化碳等。经过酸性气体脱除单元的原料气1进入净化反应器2，进一步脱除其中含有的微量的含硫、氧等杂质。净化后的原料气3通过换热器4预热后分为两股气流，即第一股原料气6和第二股原料气7。第一股原料气6与水蒸汽30混合，得到的混合气8的温度为250-350℃，将其通入装填甲烷化催化剂的首段冷却型列管式反应器9中进行甲烷化反应，反应得到的首段产品气10的温度为250-400℃。将首段产品气10与第二股原料气7混合，所得到的混合气11的温度为250-350℃，将混合气11通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器12中进行甲烷化反应，得到第二产品气13，其温度为350-550℃，第二产品气13在蒸汽过热器14中将饱和蒸汽过热后降温至250-350℃，得到冷却的第二产品气15，并将其通入装填甲烷化催化剂的第三段绝热固定床反应器16中进行甲烷化反应，得到第三产品气17，其温度为250-400℃。第三产品气17通过换热器18换热降温至150-350℃，得到冷却后的第三段产品气19，并将其进入气液分离器20中进行气液分离，得到产物气21(SNG)和工艺冷凝液22。

以下通过表1中的各物流的气体组成参数，直观地描述了图1工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时，本方案副产5MPa蒸汽18.95t/h。

表1实施方式1中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产物气的参数

实施方式2

图2所示为本发明所提供的合成天然气的生产方法的另一种优选实施方式。

主要的原料合成气由气化炉产生，经过急冷等常规步骤，脱除其中的焦油、酚、氨及粉尘等杂质，并通过酸性气体脱除单元除去其中含有的硫化物和部分二氧化碳等。经过酸性气体脱除单元的原料气1进入净化反应器2，进一步脱除其中含有的微量的含硫、氧等杂质。净化后的原料气3通过换热器4预热后分为两股气流，即第一股原料气6和第二股原料气7。第一股原料气6与水蒸汽30混合，得到的混合气8的温度为250-350℃，将其通入装填甲烷化催化剂的首段冷却型列管式反应器9中进行甲烷化反应，反应得到的第一产品气10的温度为250-400℃。将第一产品气10分为两股，即第一股第一产品气24和第二股第一产品气25，第一股第一产品气24与第二股原料气7混合，所得到的混合气11’的温度为250-350℃，将混合气11’通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器12中进行甲烷化反应，得到第二产品气13’，其温度为350-550℃，第二产品气13’在蒸汽过热器14中将饱和蒸汽过热后降温至250-350℃，得到冷却的第二产品气15’，将其与第二股第一产品气25混合后，得到混合气15”，将该混合气15”通入装填催化剂的第三段绝热固定床反应器16中进行甲烷化反应，得到第三产品气17’，其温度为250-400℃。第三产品气17’通过换热器18换热降温至150-350℃，冷却后的第三段产品气19’进入气液分离器20中进行气液分离，得到产品气21’(SNG)和工艺冷凝液22’。

以下通过表2中的各物流的气体组成参数，直观地描述了图2工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时本方案副产5MPa蒸汽18.88t/h。表2实施方式2中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产物气的参数

实施方式3

为与实施方式1和实施方式2作对比，在相同的设计基础条件下，采用传统甲烷化工艺生产合成天然气。具体工艺流程图如图3所示。

主要的原料合成气由气化炉产生，经过急冷等常规步骤，脱除其中的焦油、酚、氨及粉尘等杂质，并通过酸性气体脱除单元除去其中含有的硫化物和部分二氧化碳等。经过酸性气体脱除单元的原料气1进入净化反应器2，进一步脱除其中含有的微量的含硫、氧等杂质。净化后的原料气3通过换热器4预热后分为两股气流，即第一股原料气6和第二股原料气7。第一股原料气6与循环气27’混合，得到的混合气8’的温度为250-350℃，将其通入装填甲烷化催化剂(可以选用例如本领域内已知的任何一种中低温甲烷化催化剂，例如市售的J105或CJ106型甲烷化催化剂)的第一段绝热固定床反应器9中进行甲烷化反应，反应得到的第一产品气10’的温度为400-700℃。第一产品气10’通过换热器23降温至250-350℃，得到冷却后的第一产品气10”。冷却后的第一产品气10”与第二股原料气7混合，得到混合气11”，混合气11”通入装填甲烷化催化剂(催化剂可使用以下制备方法：使用浓氨水调节0.3摩/升的碳酸氢铵溶液的pH为9，然后在搅拌条件下，将31.20克Ni(NO₃)₂和9.36克La(NO₃)₂缓慢加入到上述溶液中；在搅拌条件下，将得到的溶液与含有272.54克Al₂(SO₄)₃的水溶液同时缓慢滴入反应釜中，用1摩/升的NaOH溶液将反应釜内溶液的pH值调节至9.5，反应温度为40℃，搅拌速率为600rpm，反应9小时。然后过滤将得到的沉淀(Ni-La-Al复合氢氧化物)分离出来，在60℃下陈化4小时，然后用去离子水洗涤，在100℃干燥12小时，之后在500℃下焙烧4小时，制得催化剂前驱体；将1.56克Sr(NO₃)₂和2.29克Cr(NO₃)₃溶于水对催化剂前驱体进行过饱和浸渍，浸渍12小时后在120℃下干燥8-12小时，然后在400℃下焙烧4小时，最后得到催化剂粉体；向催化剂粉体按质量比添加3％的聚乙烯醇作为粘结剂，添加3.5％的石墨作为润滑剂后打片成型，得到成型催化剂)的第二段绝热固定床反应器12中，得到第二产品气13”。第二产品气13”通过换热器14降温至150-300℃得到冷却后的第二产品气26。将冷却后的第二产品气26分为两股，即第一股第二产品气27和第二股第二产品气29。第一股第二产品气27经循环压缩机28增压后得到增压后作为循环气27’，其与第一股原料气6混合后得到的混合气8’通入第一段绝热固定床反应器9。第二股第二产品气29通入装填甲烷化催化剂(可以选用例如本领域内已知的任何一种中低温甲烷化催化剂，例如市售的J105或CJ106型甲烷化催化剂)的第三段绝热反应器16中进行甲烷化反应，得到第三产品气17”，其温度为250-400℃。第三产品气17”通过换热器18换热降温至150-350℃，冷却后的第三段产品气19”进入气液分离器20中进行气液分离，得到产物气21”(SNG)和工艺冷凝液22”。

以下通过表3中的各物流的气体组成参数，直观地描述了图1工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时本方案副产5MPa蒸汽18.81t/h，压缩机功率为80KW。

表3实施方式3中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产品气的参数

与实施方式3相比，在相同的设计基础下，实施方式1节省了循环压缩机，降低了供耗80KW，最高操作温度不超过500℃，明显降低了反应器、废锅和蒸汽过热器的要求；同时产物气SNG的甲烷含量为94.68％，比实施方式3的产品气中甲烷含量高2.28％，满足国家天然气标准。并且副产蒸汽量比实施方式3略高。

与实施方式3相比，在相同的设计基础下，实施方式2节省了循环压缩机，降低了供耗80KW，最高操作温度不超过500℃，明显降低了反应器、废锅和蒸汽过热器的要求；同时产物气SNG的甲烷含量为95.40％，比实施方式3的产品气中甲烷含量高3.00％，满足国家天然气标准。并且副产蒸汽量比实施方式3略高。

采用实施方式3仅能得到甲烷含量为92.40％的SNG，需添加第四段绝热固定床反应器方可将产品气中甲烷含量提高到94％以上。

实施方式4

实施方式4与实施方式1所采用的合成天然气的生产方法的工艺流程相同，不同之处仅在于原料气的气体组成。

以下通过表4中的各物流的气体组成参数，直观地描述了本优选实施方式工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时本方案副产5MPa蒸汽18.22t/h。

表4实施方式4中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产品气的参数

实施方式5

实施方式5与与实施方式2所采用的合成天然气的生产方法的工艺流程相同，不同之处仅在于原料气的气体组成。

以下通过表5中的各物流的气体组成参数，直观地描述了本优选实施方式工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时本方案副产5MPa蒸汽18.70t/h。

表5实施方式5中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产品气的参数

实施方式6

为与实施方式4或实施方式5作对比，在相同的设计基础条件下，采用传统甲烷化工艺生产合成天然气，具体工艺流程如图3所示。

以下通过表6中的各物流的气体组成参数，直观地描述了图3工艺流程中各个工段甲烷化反应的实际发生情况。同时本方案副产5MPa蒸汽18.10t/h，压缩机功率为93.70KW。

表6实施方式6中各个甲烷化反应器进出口气体、原料气和产品气的参数

与实施方式6相比，在相同的设计基础下，实施方式4节省了循环压缩机，降低了供耗93.70KW，最高操作温度不超过500℃，明显降低了反应器、废锅和蒸汽过热器的要求；同时产物气SNG的甲烷含量为94.51％，比实施方式4的产品气中甲烷含量高9.51％，满足国家天然气标准。并且副产蒸汽量比实施方式6略高。

与实施方式6相比，在相同的设计基础下，实施方式5节省了循环压缩机，降低了供耗93.70KW，最高操作温度不超过500℃，明显降低了反应器、废锅和蒸汽过热器的要求；同时产物气SNG的甲烷含量为96.01％，比实施方式6的产品气中甲烷含量高2.01％，满足国家天然气标准。并且副产蒸汽量比实施方式6略高。

Claims

1.一种以煤气化产物为原料生产合成天然气的方法，所述合成天然气中含有的甲烷摩尔组成在94%以上，所述方法包括以下步骤：

a)将原料气加热升温到250-350℃后，分为第一股原料气（6）和第二股原料气（7）；

b）将步骤a）中的第一股原料气（6）与水蒸汽（30）混合，得到的混合气（8）通入装填甲烷化催化剂的首段冷却型列管式反应器（9）中发生反应，得到温度为250-400℃的首段产品气（10），同时副产饱和蒸汽；

c）将步骤b）中得到的首段产品气（10）进行选自如下的处理：

将步骤b）中所得到的首段产品气（10）与步骤a）中的第二股原料气（7）混合，得到的混合气（11）通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器（12）中发生反应，得到温度为350-550℃的第二段产品气（13），将该第二段产品气（13）冷却，得到温度为250-350℃的冷却的第二段产品气（15），同时副产过热蒸汽；将冷却的第二段产品气（15）通入装填甲烷化催化剂的第三段绝热固定床反应器（16）中继续反应，得到第三段产品气（17）；

或者

将步骤b）中所得到的首段产品气（10）分成第一股首段产品气（24）和第二股首段产品气（25）；将第一股首段产品气（24）与第二股原料气（7）混合，得到的混合气（11’）通入装填甲烷化催化剂的第二段绝热固定床反应器（12）中发生反应，得到温度为350-550℃的第二段产品气（13’），将该第二段产品气（13’）冷却，得到温度为250-350℃的冷却的第二段产品气（15’），同时副产过热蒸汽；将冷却的第二段产品气（15’）与第二股首段产品气（25）混合，得到的混合气（15”）通入装填甲烷化催化剂的第三段绝热固定床反应器（16）中继续反应，得到第三段产品气（17’）；

d）将步骤c）中得到的第三段产品气（17或17’）冷却，得到温度为150-300℃的冷却的第三段产品气（19或19’），同时副产饱和蒸汽或预热原料气，冷却的第三段产品气经气液分离后，得到合成天然气（21或21’）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中的第一股原料气（6）和第二股原料气（7）的体积比为0.5～10：1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中的第一股原料气（6）和第二股原料气（7）的体积比为1～5：1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骤c）中的第一股首段产品气（24）和第二股首段产品气（25）的体积比为0.5～10：1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骤c）中的第一股首段产品气（24）和第二股首段产品气（25）的体积比为1～5：1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将锅炉给水（31）通入到汽包（32），来自汽包（32）的饱和水（33）通入步骤b）中的首段冷却型列管式反应器（9）的壳程内，与管程的反应气进行换热汽化生成饱和蒸汽（34），饱和蒸汽（34）再进入汽包（32）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，离开汽包（32）的饱和蒸汽（35）再进行过热，得到过热蒸汽（36）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离开汽包（32）的饱和蒸汽（35）与第二段产品气（13或13’）进行热量交换而实现过热，得到过热蒸汽（36）。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤b）中的水蒸汽（30）的来源选自：步骤b）中副产的饱和蒸汽、步骤c）或d）中副产的过热蒸汽。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤b）中的水蒸汽（30）的来源选自：步骤b）中副产的饱和蒸汽、步骤c）或d）中副产的过热蒸汽、经过汽包产生的饱和蒸汽（35）和过热蒸汽（36）。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述原料气在加热前先进行净化，以除去其中含有的杂质。

12.用于实施权利要求1至11中任一项所述方法的装置，其特征在于，所述装置包括以下设备：

换热设备，分别与甲烷化反应器的出口相连，用于冷却甲烷化反应所生成的产品气，并副产饱和蒸汽和/或过热蒸汽。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述甲烷化反应器选自绝热固定床反应器和冷却型列管式反应器。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中所述甲烷化反应器分为三段，其类型分别为：首段甲烷化反应器包括至少一个冷却型列管式反应器，第二段和/或第三段甲烷化反应器包括至少一个绝热固定床反应器。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括汽包，用于为首段冷却型列管式反应器提供饱和水并接受首段冷却型列管式反应器产生的饱和蒸汽，同时将饱和蒸汽输送至换热设备。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述换热设备选自蒸汽过热器和换热器。

17.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括净化设备，用于对原料气进行深度净化，除去其中含有的少量杂质。

18.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括加热设备，用于加热原料气。

19.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气液分离设备，用于分离第三段甲烷化反应器中生成的产品气。

20.一种生产合成天然气中甲烷化反应放热的利用方法，包括：将锅炉给水（31）加入到汽包（32）中，来自汽包（32）的饱和水（33）通入首段冷却型列管式反应器的壳程，与管程内的反应气进行换热汽化生成饱和蒸汽（34），饱和蒸汽（34）再进入汽包（32），离开汽包（32）的饱和蒸汽（35）经过热，得到过热蒸汽（36）。