CN102762521A

CN102762521A - 生产富甲烷产品气体的方法及可用于该目的的反应器系统

Info

Publication number: CN102762521A
Application number: CN2010800631795A
Authority: CN
Inventors: 乌尔里奇·祖贝布勒; 贝恩德·施蒂默尔; 沃克马·弗里克; 迈克尔·施佩希特; 马丁·巴克斯鲍姆
Original assignee: SOLAR FUEL GmbH
Current assignee: SOLAR FUEL GmbH
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-10-31
Also published as: JP2013515684A; PL2516358T3; DK2516358T3; EP2516358B1; ES2821450T3; DE102009059310A1; CA2785297A1; WO2011076315A2; PT2516358T; EP2516358A2; AU2010335627A1; WO2011076315A3; US20130041051A1

Abstract

本发明涉及一种用于生产富甲烷产品气体的方法，在至少两个阶段且在至少一个可调节的参数的影响下催化甲烷化包含氢气和二氧化碳的起始气体，以及监控与产品气体的组分相关的至少一个标准。在影响该方法的条件下满足所述标准，且当条件改变时，执行保持满足所述标准的参数设定的改变。

Description

生产富甲烷产品气体的方法及可用于该目的的反应器系统

技术领域

本发明涉及一种生产富甲烷产品气体的方法、适用于该目的的反应器系统以及以此方式生产的产品气体，在该方法中，在至少两个阶段且在至少一个可设定的参数的影响下催化甲烷化包含氢气和二氧化碳的起始气体，以及监控与产品气体的组分相关的至少一个标准，其中在影响该方法的条件下满足所述标准。

背景技术

已知有这种甲烷化方法。其例如通过包括例如依次连接的具有含镍催化剂的两个固体床反应器的反应器系统执行。在预定的温度和预定的压力下将起始气体供给至第一固体床反应器（第一甲烷化阶段），其中所述起始气体包含基本上适用于甲烷产生的化学计量比的氢气和二氧化碳，而且，所述起始气体还可包含部分一氧化碳、甲烷、其他碳氢化合物以及以多种微量组分和惰性气体（例如，N₂）形式存在的杂质，在所述第一固体床反应器中发生下述总体产生甲烷的工艺（过程）：

1) CO + H₂O ↔ CO₂+ H₂，所谓水煤气变换反应；

2) CO + 3 H₂ ↔ CH₄+ H₂O，CO甲烷化；以及

3) CO₂ + 4 H₂ ↔ CH₄ + 2 H₂O，CO₂ 甲烷化。

以此方式，在第一甲烷化阶段之后，在退出该阶段的气体中可获得一定的甲烷比例。为了甲烷比例的更多的增加，采用设置在下游的第二甲烷化阶段。采用已知的方法，可从退出第二阶段的气体中去除水分及任意地过量反应物，以获得具有大于90%的甲烷比例的产品气体。

为了简化描述，在此并在以下使用术语气体（产品气体、起始气体、……），尽管其本质上是指包含不同组分的气体混合物。

通过该方法获得的富甲烷产品气体作为具有相当高的甲烷比例的“合成”矿产气体可用作供应多种用途。因此，可提供将产品气体供给至现有矿产气体网。为此目的，必须满足标准DVGW G 260/262，即、产品气体中氢气的比例必须小于5%，并且产品气体中二氧化碳的比例必须小于6%。对于将富甲烷气体作为用于驱动车辆的燃料使用，必须满足DIN 51624，即、气体混合物中惰性气体的比例必须小于 2%，且二氧化碳的比例必须小于15%。生产的燃料气体的这种用途在例如DE 10 2008 053 34 A1中公开。

用于甲烷化的反应器系统通常以连续操作的方式工作，其中选择一个或多个适用于连续供给的起始气体的工艺参数，以产生满足例如上述标准的产品气体。

发明内容

本发明基于改进这种方法的问题，尤其考虑到增加的灵活性。

在工艺技术方面，该问题通过改变背景技术中提到的方法来解决，其实质上特征在于，当条件改变时，执行保持满足标准的参数设定的改变。

以此方式，可以灵活的方式对工艺条件的改变作出反应，该工艺条件的改变例如也可能是有意引入的，同时确保保持所需的产品气体质量。

与产品气体组分相关的标准可以是单一的标准，例如产品气体的甲烷比例；然而，其也可包括两个或更多子标准，例如最高氢气和/或二氧化碳含量。

在优选的工艺设计中，允许起始气体流至第一甲烷化阶段，并且条件与起始气体的供给流相关。以此方式，可获得增加的与起始气体供给流相关的灵活性，其可能仅与单位时间的供给流量相关，但其也可附加地和/或替代地与起始气体的组分相关，以使以灵活的方式对所述组分的改变作出反应成为可能。

因此，应该注意的是，例如对于单位时间起始气体的流量的第一改变，即使起始气体的组分基本保持不变，将要反应的起始气体的量的改变对甲烷化过程有相当大的影响，然而对该影响人员可通过根据本发明的方案作出反应。当改变不是一次性干扰，而是人员需要对反复发生的改变作出反应时，这尤为有利。尤其是，人员于是可有意地省略对反应器系统连续供应恒量的起始气体流，这进一步提高了该方法的灵活性。

关于起始气体的供应，例如，起始气体的CO₂部分的供应没有特别问题，因为所述气体例如可通过从空气中洗涤气体获得，从而可作为纯的CO₂，或也可带有小部分从沼气处理（biogas workup）中泄漏的CH₄，或者以原料沼气的形式供给，原料沼气例如包括约45% CO₂ 比例和已有的约 55% 甲烷比例（除去此处忽略的微量组分）。另一方面，以正确的化学计量比供给甲烷化所需的氢气是比较昂贵的，因为首先需要消耗能量制造氢气。这可例如通过使用电解槽原位生成氢气而发生。在此，电解槽本身是连接到电力供应网的负载，其中电解槽的最大转化率限定了相应的最大负载。在第一甲烷化阶段之前，电解产生的氢气与含二氧化碳的对起始气体有贡献的气体混合，所以电解槽持续的负载也实质上限定了单位时间将要反应的起始气体的量。

以此方式，甲烷化方法可用于存储随着时间的流逝不能持续生成的可再生能源，例如风能或太阳能。在低可再生能源生成且缺乏通过其他连接的能源的补偿的情况下，电解槽收集相对较低的负载，其确保可采用根据本发明的方法来应对的负载变化，包括快速负载变化。

上述方法从而可设计为用于在正常状态和低利用容量状态之间的间歇操作，所述低利用容量为最大利用容量的甚至60%或更少，优选40%或更少，还特别地为25%或更少。为了增加输出，可在小于10分钟，优选地小于4分钟，特别地小于1分钟的切换时间内在这些低负载状态和正常状态之间切换，在各个情况下，在一半的时间内输出减小是可能的。

在一个特别优选的实施形态中，与甲烷化相关的能量消耗取决于至少一个参数的设定，其中已做出的设定改变减小能量消耗。从而在产品质量保持不变的同时实现能量优化工艺，其中，此处考虑到的能量消耗包括，例如，与气体的压缩（压缩）相关的能量消耗，或与通过水分计量的增加和其处理，和/或从气体中分离水分相关的能量消耗，以及额外的热量输出，但不包括用于所用氢气的电解的能量消耗。

在一个特别优选的实施形态中，至少一个参数的影响在至少两个甲烷化阶段中的第一和第二阶段间起作用。以此方式，过程阶段的模块化结构可有利地用于方法的控制，同时仍然满足标准，特别是，这简化了能量优化的过程控制。

对该目的重要的参数是压力，其可根据本发明在第一和第二甲烷化阶段之间改变。该可变性，即使独立于保持过程特性实施，从本发明的角度来看也被认为是有利的。从而本发明还以最一般的方式公开了一种生产富甲烷产品气体的方法，其中，在至少两个阶段中催化甲烷化包含氢气和二氧化碳的起始气体，所述方法实质上特征在于，相对于退出第一阶段的气体的压力，可改变进入第二阶段的气体的压力。

在采用稳态（全）负载的基本设定中，在流入第一阶段时，可设定气体压力为1 巴（bar）或更高，以及在该阶段中为 16 巴或更低，优选8 巴或更低，特别是4巴或更低，并且在第二反应器之前，可设定气体压力为1到16巴，优选3到10 巴，特别是5到8巴。在此处及下文中，压力是指绝对压力。

其影响在甲烷化阶段之间起作用的附加的参数是第一阶段后气体中的含水量。就这一点而言，本发明还考虑到部分除水的优点，即使与保持过程特性无关。因此，本发明还以其一般性公开了一种生产富甲烷气体混合物的方法，其中，在至少两个阶段中催化甲烷化包含二氧化碳和氢气的输入气体混合物，在第一位置执行的第一甲烷化阶段中，形成含水的中间气体混合物，然后人员允许该中间气体混合物流入第二位置用于第二甲烷化阶段，其实质上特征在于，人员从中间气体混合物流中去除包含在中间气体混合物中的第一部分水，同时人员保留其中的第二部分水并允许其继续流至第二位置。

在本发明的框架下，这两种独立公开的方面（阶段之间的压力改变和露点设定）的结合也被认为是有利的。

在该框架下，附加的技术参数是优选的，其中，部分除水通过下述方案来实现，即、将中间气体混合物冷却至低于露点的温度，但至少为60℃，优选至少为80℃，特别是至少86 ℃，更优选至少 100℃，和/或技术参数，根据该技术参数，中间气体混合物的冷却温度为160℃或更低，优选135℃或更低，尤其优选128℃或更低。就这一点而言，尤其规定被允许持续流动的中间气体混合物的含水量（摩尔百分含量，mol%）为20% 或更多，优选 25%或更多，特别是30%或更多，和/或70%或更少，优选50%或更少，特别是35% 或更少。优选地，压缩潮湿气体。如果这不能通过为此目的设置的压缩器完成，则必须选择彻底的冷凝。流入第一阶段时的含水量取决于流入反应器时的C_xH_y 含量，且其可以是0-50mol%，优选 0-30mol%。

当用于执行所述方法的反应器系统用于全容量（以下也称为正常状态的状态），相对于附加的参数，应优选采用后述的一定的基本设定执行该方法。

期望的温度：

在第一甲烷化阶段，应在250℃ 到330℃，优选270℃ 至290℃温度范围内引入起始气体。为此目的，可预热起始气体，特别是采用因放热的甲烷化得到的废热。这可防止该阶段流入区的冷却和结果无效区的形成，以及在使用含镍催化剂的情况下，防止羰基镍的形成。

在第一反应器中，最高温度应发生在350℃ 到 650℃的范围内，优选480℃ 到580℃，或者提供由适当的冷却剂循环引起的在气体流动方向的负温度梯度，或者优选地，采用平行流执行冷却。出口温度可为280℃到400℃，优选300℃ 到350℃的范围。

另一方面，在第二甲烷化阶段，最高温度应较低，在280℃到400℃，优选260℃到280℃的范围，入口温度在250℃到350℃，优选270℃到330℃的范围，且出口温度在230℃到350℃，优选270℃到300℃的范围。

尽管优选采用平行流来冷却，但为了在反应器中形成负温度梯度，用于冷却气体的循环相对于气体流定向于逆流方向。

期望的空间速度：

在第一甲烷化阶段中，期望的空间速度在2000/小时到12,000/小时，优选2000/小时到 8000/小时的范围内。在第二甲烷化阶段，期望的空间速度在1000/小时到6000/小时，优选1500/小时到4000/小时的范围内。如果反应器系统的利用容量为低，则相应地降低空间速度。在此处以及下文中，所有空间速度相对于干气体流速。

期望的再循环：

再循环气体量与起始气体量的比率优选为在0 到 5的范围内，特别是在起始气体基本上仅由CO₂ 和 H₂组成的情况下为在0到1.5的范围内，以及在使用沼气作为起始气体的含CO₂组分的情况下为在0 到0.5的范围内。

期望的甲烷化率：

在从第一阶段退出之后，得到50 到90 vol%，优选70 到 80 vol%的CO₂ 到 CH₄ 的转化比例；在第二阶段之后，所述比例为至少75 vol%，优选至少 90 vol%，特别是 93 vol%，或者更优选至少95 vol%。

根据权利要求7，有利地，从下述组中选择至少一个参数，所述组包括：流入第一甲烷化阶段时的当前压力（pressure existing）；流入第二甲烷化阶段时的当前压力；在第一阶段之前已被转移并再循环的气体的量；在第一甲烷化阶段之前的气体的含水量；在第二甲烷化阶段之前的气体的含水量；在第一甲烷化阶段之后从气体混合物中去除的水量；在第一和/或第二甲烷化阶段之前的用于加热气体的热量输出；是否包含第三甲烷化阶段；第一或（独立地）第二甲烷化阶段的温度；以及起始气体的组分。

这些参数中的一些已经在以上说明。特别是为了能量优化，要考虑的附加的参数为各个阶段之前供给的所需程度的水量。包含第三甲烷化阶段的可能性进一步增加了灵活性，并且其采用作为方法的基础的反应器设计中的根据本发明的模块化结构。

在一个特别优选的实施形态中，自动地发生改变的设定。因此，例如可提供下述方案，以节能模式执行方法，其中以能量减小的方式自动地设定至少一个参数，优选两个或更多参数。优选地，可由指示发生从第一条件到第二条件的改变的信号触发节能模式，换言之，要考虑的工艺条件再次被稳态地考虑。就这点而言，可设计测试标准以使在预定的时间内当被考虑的工艺条件未改变至超过预定程度时马上触发信号。或者也可以提供下述方案：以节能模式的原则执行方法，且仅基于预定的中断信号中断，该中断信号例如在方法从低利用容量切换至高利用容量时触发。在上述间歇操作模式的情况下，这尤为重要。

关于这点，可通过调节实施自动设定改变。为此目的，优选提供用于调节第一和第二阶段之间的压力改变的第一调节回路。或者还优选提供用于调节再循环气体量的第二调节回路。此外，本发明还提供用于调节第一/第二甲烷化阶段之前的气体的含水量的第三和第四调节回路。通过两个或更多相互接合的调节回路，可进一步改进具有优化的能量的过程控制。

在一些情况下，设定改变受制于要保持的一般条件，可以是有利的。作为一般条件的示例，可使用下述条件：在第一和/或第二甲烷化阶段中的气体或催化剂的最高温度；在第一和/或第二甲烷化阶段之前的气体的最小和/或最大含水量；最小和/或最大的再循环气体量；在第一甲烷化阶段之后的最小和/或最大除水量；在第一甲烷化阶段时当前压力的最低和/或最高值；以及与生产的气体混合物的组分相关的附加的（第二）标准的满足。

例如，在第一甲烷化阶段之前的压力的设定可采用已满足标准的目标要求来调节，其中未超过第一甲烷化阶段中的气体的最高温度这一条件作为要遵守的一般条件应用于所述调节。因此，可结合一般条件作为调节的第二调节标准。附加的有利应用是第一甲烷化阶段之后的除水的调节，其（一起）调节第二甲烷化阶段之前的含水量，且其可受制于设置在下游的接头可操作用于为了该含水量所作的第二甲烷化阶段的压力的调节这一一般条件。

根据本发明，多于一个的参数的控制/调节也可是相互关联的。为此目的，调节可平行地且同时地进行；然而，可提供根据第二调节执行的第一调节，以及为了不同的目标参数改变后者，根据该改变为每一改变执行第一参数的能量优化调节，并比较其结果，其后，选择的第二调节的设定值是在该设定值可达到第一参数的绝对能量的最小值的值。这种改变可应用于特别是在任何情况下仅能凭经验或根据适当的模型预先确定设定值的情况。

在所述方法的一个特别优选的实施形态中，提供下述方案：在单位时间起始气体流量增加的情况下，将在第一介入以增加反应速率的方式执行至少一个参数的设定改变。为此目的，尤其可增加压力，且改变再循环气体的量。在蓄意增加负载（powering up）期间，能量优化相对于反应器输出的快速增加变得次要的情况下，该介入的使用是尤其有利的。在该情况下，可关闭以上描述的节能模式，且过程可切换至“高负载（power up）”模式。

然后，特别优选地，在第二介入，当满足（负）一般条件时，特别是在第一甲烷化阶段中已超过预定的温度时马上执行对策。以此方式，相对于加速的步进高输出，优先提供对各个组分，特别是对使用该方法操作的反应器系统的催化剂的保护。对策可包括例如反应器R1中的压力降低、再循环气体量的增加和/或反应器的冷却能力，或者可包括上述对策中的至少一部分。

有利地是，然后在第三介入，对于改变的条件，在已达到稳态状态时马上执行根据前述方面中的一个方面的节能控制。在此，在第一和第二工序执行的设定再次被修正，无需考虑能量平衡。方法切换至节能模式。

可选地或者附加地，不断改变的条件也可与起始气体流的组分，特别是与其二氧化碳比例相关。以此方式，即使在改变起始气体组分的情况下，也可实现产品质量保持不变。

可选地或者附加地，有利的是，条件还可与甲烷化阶段中使用的至少一种催化剂的损耗相关。因此，可抵消由于催化剂活性的逐步的、不可避免的劣化降低产品气体质量的影响。

以上述低适应时间快速应对改变的条件也可与改变的用于要监控的标准本身的要求相关，例如，当从将供给至气体网的产品气体的生产切换至用作车辆的燃烧气体的燃料气体。在该情况下，改变的条件还可包括附加的子标准的实施。

换言之，本发明还公开一种生产富甲烷气体混合物的方法，在至少一个可设定的参数的影响下，在至少两个阶段催化甲烷化包含氢气和二氧化碳的起始气体，其中与甲烷化相关的能量消耗取决于所述参数的设定，并且所述产品气体的组分满足第一标准，其实质上特征在于，在产品气体要满足的标准改变至第二标准的情况下，进行所述参数的改变，其导致第二标准的满足，其特别是自动地执行，且最小化能量消耗。

关于设备技术，本发明提供一种用于从包含氢气和二氧化碳的起始气体生产富甲烷产品气体的反应器系统，具有：至少两个先后连接的包括催化剂的反应器阶段、用于监控与产品气体的组分相关的标准的监控装置、连接到所述监控装置的控制装置，及由控制装置控制的用于设定影响甲烷化的至少一个参数的至少一个设定装置，其中，在影响甲烷化的第一条件下，所述反应器系统可操作，且在所述操作期间满足所述标准，特别是，该标准的特征在于，所述反应器系统被设计用于在第一条件改变至第二条件时允许改变保持满足所述标准的设定参数的目的。

从上述对方法的说明可得出这种反应器系统的优点。

优选地，所述至少两个反应器阶段在其结构方面可不同。以此方式，一方面，实现模块化反应器结构，然而对于基本的应用领域，也可单独设计其各个阶段。特别是，所述结构在机械配置、热量移除的类型和/或所用催化剂的类型等方面可不同。

除了结构上的不同之外，各个反应器阶段还可采用不同的工艺参数操作。为此目的，提供下述方案：供给至各个反应器阶段的气体的性质是可变的，特别是通过至少一个设定装置改变。具有各个参数独立的可设定性的模块化结构作为独立的公开也是独立于所述反应器的控制类型而预先设定的。

此外，有利地是，提供下述方案：在两个反应器阶段之间设置至少一个第一设定装置，特别是其包括压缩器或由一个压缩器组成。从上述对方法的说明可得到通过在该位置的压力的可变的设定性实现的优点。特别是，本发明还独立地公开具有第一反应器阶段、连接在第一反应器阶段后面的第二反应器阶段、以及设置在第一和第二反应器阶段之间用于改变退出第一反应器阶段和进入第二反应器阶段的气体的压力的装置。

优选地，以使压缩器可操作地用于高达35%，优选地高达50%，特别是高达60%的要压缩的气体中的含水量（以气体中的水蒸汽的形式表示）的方式设计压缩器。这产生在第二阶段之前仅通过在两个反应器阶段之间除水来控制/调节含水量调节的可能性。

提供用于去除包含在第一阶段之后的气体中的水分的至少一部分的这种装置，例如作为反应器系统的第二设定装置，且特别是其设置在压缩器的上游。

在此，所述第二设定装置允许任意所需的露点设定，特别是其以此方式控制使在部分水分去除后保留在气体中的部分的含水量可在0% 和50%之间，优选在20% 和50%之间，特别是在25%和35%之间。

此外，优选地，反应器系统包括用于在一个或多个反应器阶段前供给水分的第三设定装置。该第三设定装置可分割为合适数量的与各个反应器阶段相关的子装置。

此外，有利地，提供用于加热引入至一个或多个反应器阶段的气体的第四设定装置，特别地，该设定装置也包括与各个反应器阶段相关的若干个子装置。在此，设置在第一反应器阶段上游的子装置用于首先加热起始气体到允许开始反应的温度。通常，退出第一反应器阶段的气体已处在足够用于第二反应器阶段的温度；然而，由于为了在反应器阶段之间通过冷凝使水分分离而发生的冷却，需要与第二反应器阶段相关的加热装置以再次将气体的温度提高至第二反应阶段期望的温度。所有热交换器形式的加热装置，例如，优选地从放热反应产生并从反应器阶段去除的废热中接收用于加热其热载体所需的能量。

特别优选地是，提供作为附加的设定装置的再循环装置用于将部分气体，特别是从第二反应器阶段退出的部分气体再循环至位于第一反应器阶段之前的位置。再循环装置的使用和产生的优点已参考甲烷化过程描述，包括可用于再循环的可控的限流器/压缩器。

在另外的可行的实施形态中，反应器系统包括通过控制装置可连接的第三反应器阶段。该设计增加通过系统的模块化结构实现的灵活性。就这一点而言，本发明还用于独立于精确控制实施反应器系统，该系统具有两串联连接的反应器阶段，气体流经该反应器阶段，以及可选地可连接的第三反应器阶段。

到迄今为止描述的程度，反应器系统假定获取经由相应设计的管线供给的起始气体。然而，系统可包含偶联的用于混合起始气体各个组分的混合装置，且其可具备相应数量的供给管线。在此，供给管线可连接到，特别是连接到通过电能产生氢气的装置，例如连接到以上已说明的电解槽中的一个。

关于起始气体的二氧化碳组分，可提供下述方案：可连接，特别是连接设置于反应器阶段附近的气体洗涤装置，该装置能从空气中滤出二氧化碳并将其供给至混合装置。也可从沼气中分离二氧化碳，其中多达约5%的甲烷含量作为沼气的残留物可保留在起始气体中。

此外，可设置通向混合装置并设计用于可控的沼气供给流的附加的管线，通过该管线可供给可预先设定的部分沼气作为起始气体的组分。

优选地，可通过调节回路控制一个或多个设定装置。为此目的，控制装置可从测量传感器获得具有所述调节所需的实际值的信号数据，并将与所述调节对应的控制数据传输到各个设定装置。从上述关于工艺方面的说明可得出优选调节的变量和相应的设定装置。因此，根据说明的工艺方面的一个或多个方面，控制装置，特别是也用于执行工艺的控制装置是可操作的。

到该（迄今为止）描述的程度，反应器系统也设计用于在要反应的具有不同大小的两种气体量之间的间歇操作。在该情况下，两种条件与单位时间要反应的不同量的起始气体相关；换言之，其与不同的系统利用容量相关，特别是由于偶联的电解槽的负载变化造成的。

本发明也保护根据以上描述的工艺方面中的一个生产的，或者采用上述实施形态中的一个中的反应器系统生产的富甲烷气体混合物。

考虑到在两个甲烷化阶段之间部分除水的独立的实施形态，优选提供下述方案：两个位置为反应器系统的两个依次串联设置的反应器阶段，每个反应器阶段包含催化剂，且在每个反应器阶段中分别进行甲烷化步骤，其中，特别是在300℃ 到 600℃的温度范围内进行引入到第一反应器阶段的输入气体混合物的催化甲烷化，特别是在继续流动的中间气体混合物引入至第二反应器阶段的情况下，且在第二反应器阶段，在250℃ 到350℃的温度范围内，特别是高达300℃下进行第二甲烷化步骤，其中，特别是，输入气体混合物具有小于0.1%的一氧化碳含量。

附图说明

从下述对各个示例实施例的说明，并参见附图可得出本发明更多的细节、特征和优点，其中：

图1示出根据本发明的反应器设计的图；以及

图2示出另外的实施形态的图。

具体实施方式

从图1中清楚地示出，起始气体在E标记的位置被供给至反应器系统，且如果仅使用反应器R1和R2，起始气体在A标记的位置被传输用于进一步处理，例如为了供给至现有的矿产气体网，或为了以用于各种车辆的燃烧气体的形式生产。

在位置E和A之间的路径上，起始气体流经两个反应器，反应器R1和下游反应器 R2，每个反应器具备催化剂，且具有除热系统15.1 或 15.2。反应器R1 和R2 设计为固体床反应器，其设计及使用的催化剂可不同。为了能更容易地移除强放热甲烷化产生的热量，优选地，可使用管束反应器，或也可使用平板反应器。此外，鉴于与反应器设计中使用的不同设定装置相关的理由以及其他因素，可采用不同的工艺参数（压力、温度、空间速度）执行步骤。

因此，首先，使用压缩器7.1，在流入反应器R1之前，可设定起始气体的气体压力。在压缩器7.1 的下游，设置热交换器 6.1，通过该热交换器6.1，可将起始气体变为预先可选择的温度，例如270℃。5.1 标记设置在热交换器 6.1后方的H₂O供给装置，通过该H₂O供给装置，可设定起始气体的含水量。再循环管线RZ 通向H₂O供给装置 5.1 和进入反应器R1的流之间的区域，且在该示例实施例中，所述管线在第二反应器R2后方分支，并允许退出反应器R2的部分气体再循环至反应器R1的前方。

附加的热交换器8.1 设置在反应器R1的下游，通过该热交换器，可实现退出反应器R1的气体的冷却。可执行期望的露点设定，以使在4.1标记的位置上，可去除对应于露点设定的气体中包含的一部分水。为此目的，可使用现有技术中已知的冷凝水分流器；也可参见关于图2的更详细的说明。

直到气体流入第二反应器R2，在气体流的顺序上，附加的装置为可控的限流器9.1、中间压缩器7.2、用于重新加热气体混合物的热交换器6.2、以及附加的H₂O供给装置5.2，通过该H₂O供给装置5.2，可进一步（再次）提高进入反应器R2的气体的含水量。

在图1示出的示图中，与反应器R1同样地概略示出第二反应器R2；然而，与反应器R1相比，第二反应器R2可包括具有不同活性，特别是更高活性的催化剂，其也可在其他方面设计为不同。

如以上已说明，通过再循环管线RZ，退出反应器R2的部分气体可再循环至反应器R1的前方。在再循环管线RZ中，设置可控的限流器 90 ，以及再循环压缩器70。后者是可选的，且由于通过中间压缩器7.2的压力控制（将在下文说明），其也可被省略。再循环管线RZ还可在反应器R1和R2之间，优选地在中间压缩器7.2的后方分支。然而如果不是这种情况，则再循环压缩器70应至少保留在再循环管线RZ中。

以与反应器R1一起使用的方式类似的方式，对于反应器R2，为了在到达出口位置A之前采用合适的分水器4.2和可控的限流器9.2的露点设定的目的，也以热交换器8.2的形式提供冷却装置。然而在限流器9.2的前方，还内置切换装置3，通过该切换装置3可将气体转向至第三反应器R3。在图1示出的示例实施例中，反应器R3完成了反应器系统的阶梯状模块化结构，且与反应器R1和R2类似，其上游具有热交换器6.3形式的加热装置和H₂O供给装置5.3，其下游具有附加的热交换器8.3形式的冷却装置以用于在到达出口A3之前采用合适的分水器4.3和可控的限流器9.3的更新的露点设定，该出口A3在使用反应器R3的情况下是活动的。也可完全省略第三反应器R3，这样，除了随后的水分分离，从反应器R2退出的气体可形成最终产品气体而无需进一步的处理措施。

反应器系统由控制装置20控制，其通过有线连接或无线地传输其控制指令至各个设定装置，并从未在图1中示出的测量传感器接收传感器数据，这将在下文更加详细地说明。

然而，首先说明发生在甲烷化中的一些事件，并且指出抵消所述事件对方法的负面效应的措施。

除了在背景技术中说明的式(1)-(3) 示出的反应，还发生其他反应，例如从一氧化碳到元素碳的转变，元素碳部分地与其他元素重新结合，其在反应器中的催化剂表面析出，且可导致催化剂的持续进行的劣化。为了避免会影响第一反应器R1中催化剂的活性的不期望的碳析出，或至少减小不期望的碳析出，当未能通过再循环引入足够的含水量时，在起始气体进入反应器R1之前，蒸汽形式的H₂O可供给至起始气体。为此目的，如需要，提供H₂O供给装置5.1。

甲烷化是强放热反应，这样，在气体中形成甲烷期间，气体的温度也极大地增加（热点的原因）。以此方式，人员通过在第一反应器R1中的甲烷化获得约65 vol %-85 vol%的甲烷含量。为了进一步增加甲烷含量，在反应器R1、R2及可选地R3中应用交错的温度水平，这将反应的平衡切换至高甲烷含量。另一方面，为了保持这些温度水平，对每个反应器步骤提供反应器冷却。为此目的提供的冷却循环15.1（15.2、15.3）是以冷却循环流与反应器气体流同向的方式设置，该冷却循环通过反应器侧的热交换单元18.1（18.2、18.3）冷却，并相应地吸收反应器热用于再次利用。或者与气体流方向相反的温度梯度也可通过逆流冷却循环流产生，考虑到后续在任何情况下总是发生的冷却，这在能量上是有利的。

为了第二反应器R2中的进一步改进的甲烷化，提供下述方案：通过冷却退出反应器R1的气体允许通过露点设定和水分分离在除水站冷凝部分水，该部分对应于设定的露点，而另外部分保留在气体流中以防止在第二反应器R2中的碳沉积，关于这个问题，也可参见关于图2的基本说明。

特别是在起始气体主要或实质上由化学计量比的适当的CO₂/H₂混合物组成的情况下，由于在流入反应器R1时已经在期望的空间速度以非常快的速度发生的反应，已经产生非常高的反应热以至于通过冷却循环的充分的反应器冷却不再足够。然后，在反应器入口区域可形成局部界定的过热的区域，这些区域称为“热点”。可通过温度传感器检测这种“热点”的形成，且相应的数据可传输至控制装置20。由于催化剂从长远来看不能经受过热区域的温度应力，因此执行对策以降低反应速率。

为该目的提供的措施是再循环RZ部分实质上已经完全反应的退出例如反应器R2的产品气体，在流入第一反应器R1之前，该部分气体重新与起始气体混合。为了保持压力水平，可通过压缩器70预先压缩再循环部分，这补偿流经反应器R1和R2的压力损失。当由于该措施降低了反应器R1中的反应速率时，人员还应确保人员基于再循环的甲烷调节或可能停止通过H₂O供给装置5.1的水分添加。

已建立的抵消“热点”的形成或消除“热点”的附加的措施包括通过压缩器7.1降低第一反应器R1前的起始气体的压力来减慢反应速率。此处，可显著地降低压力，只需要相对于环境稍高的压力以阻止在泄漏的情况下吸入空气；例如可选择1.5巴_绝对（1.5 bar_abs）的绝对压力。

接着，反应速率和局部过热区域复原。通过中间压缩器7.2，系统中的低压可再次被增压用于反应器R2，在反应器R2中实质上不再发生“热点”的问题。从而，可在较高压力，例如7巴下再次进行后甲烷化（post-methanation），由于是体积减小反应，该较高压力增加反应速率，并将平衡切换至更高的甲烷含量。在该情况下，相对于反应器R1前方的压力，甚至在反应器R2的后方的压力可发生压降，这样无需再次压缩再循环气体。从而，可省略循环压缩器70的使用，且仅通过可控的限流器90设定可选的潮湿的再循环气体的量。

如以上已说明，在常规操作（基本情况）中，例如容量完全利用的情况下，假定基于相应的基本设定，在通过两个反应器R1和R2后的产品气体质量是足够的（满足标准）。对于下述情况，例如由于较低的起始气体质量或催化剂渐减的活性，或由于负载变化的执行，仅适用两个反应器R1和R2不能满足标准的情况，还可通过连接反应器R3继续甲烷化反应。这通过经由改路径装置（rerouting device）3改变气体流的路径来进行。由于反应器R3仅可用于最终甲烷化，因此为此目的可使用具有最高活性的催化剂。此外，通过连接在上游的除水控制8.2和4.2，提供采用露点设定和相应的除水的更新的冷却，这样再次为抵消催化剂上不期望的碳沉积的目的，仅将反应器R3的反应器设计所需的含水量保留在流经其的气体流中。

考虑到上述措施，现在说明反应器操作的各个控制，这些控制一方面优化根据本发明实现的间歇操作（适应负载变化）。附加的优化涉及节约用于方法的能量以及催化剂更久的使用。

在第一方面，接下来仅描述最小可能的压缩消耗（compression effort）。如以上已说明，通过包括中间压缩器7.2的方式将反应器系统分为相互独立的可设定的反应器R1和R2的模块划分允许在各反应器R1和R2之间的任意可选的压力设定。关于反应器R1中的通过压缩器7.1的压力设定，反应器R1在非常低的压力（例如，1.5 到 2巴的范围）下操作；然而所述压力应以预定的安全界限设定为高于环境压力的值。

由于在第一反应器中的强体积减小反应，已实现显著的节能，因为中间压缩器7.2仅需要将较小体积的气体增压至反应器R2中期望的较高的压力，该体积小于在反应器R1前已执行压缩的情况。此外，反应器R2中的压力也应为节能尽可能地降低，这样仍仅勉强达到产品气体的期望的质量（满足第一标准）。

用反应器R1中的固定压力，反应器R2的该能源优化的压力降低通过集成在控制装置20中的调节回路自动地发生。作为要满足的标准的示例，可使用最低甲烷含量作为调节回路的目标值。调节回路的实际值则是在出口位置测量的产品气体的甲烷含量。在测量的和所需的甲烷含量间具有正偏差的情况下，作为调节回路的控制参数的反应器R2前方的压力继续降低直到压力已调节至实际值和目标值一致时的值，因此可采用最小能量消耗达到期望的产品质量。在该过程中，所需的标准还包括关于最低要求的安全界限。

由于调节回路，在反应器R2前方的适当的压力设定独立于是否通过催化剂中的一个逐步的劣化、轻微的负载变化、或例如起始气体中的二氧化碳比例的组成中的变化说明要求后调节（post adjustment）的中断而发生。

基于在中间压缩器7.2的能量消耗根据再循环气体量增加的认识，受制于优化调节的附加的参数是再循环气体量。

基于对与“热点”相关的问题的上述说明，在反应器R1中的温度不超过预定的极限温度的情况下，连接附加的调节（调节回路2），预定的极限温度是基于经验的值，具有安全界限，低于催化剂的极限温度，且其作为目标参数应用于调节回路2。反应器R1中测量的温度作为实际值，且用作控制参数的再循环气体量经由设置在再循环回路RZ中的限流器90设定。在此，只要测量的温度低于预定的目标温度，就减小再循环气体量。再次，以此方式，通过自动调节的（增加的）再循环补偿导致存在于反应器R1中的温度的升高且可能导致增加“热点”的形成的风险的中断，例如起始气体质量的变化，及乃至更快速反应组分，或单位时间将要反应的起始气体量的增加。

通过最小可能的再循环气体量的形式的优化，同时在反应器R1中达到最大可能的反应器温度，这样也最大化可通过相关的冷却循环15.1和热交换器18.1收集的可用废热的能量值。

如以上已说明，当每次流入反应器时，优选地，气体应包含最低比例的水分，以使催化剂免受不期望的碳沉积的危害。除了该保护性作用，通过H₂O供给装置5.1和5.2的水分供给对方法的能量平衡具有负面效应，因为水分须被处理、加热和蒸发，而且产生须由后续的压缩来补偿的压力损失。另一方面，供给的水分在各个反应器之后重新通过冷凝除去，这也增加过程能量。

因此，反应器系统的附加的控制确保每次流入反应器时的水分比例尽可能保持低。关于反应器R1，应最小化已通过H₂O水供给装置5.1以蒸汽形式供给的水分。相关的极限条件是，当流入反应器R1时，气体中的含水量不会下降至低于取决于若干个参数并采用预定计算程序确定的气体中的含水量。为了该一般条件的满足的验证，在每次流入反应器时不断地确定气体组分，并传输至控制装置20。参数（通过这些参数可计算目标含水量）包括下述中的一个或多个：起始气体组分、特别是碳氢化合物含量（包括计入的再循环），转化率、特别是反应器R1的转化率，以及反应器R1的压力和温度。

该控制也可通过附加的调节回路（调节回路3）自动地执行，其中反应器入流处的气体的间接确定/测量的含水量用作实际值，且已通过H₂O供给装置5.1的计量添加的水量代表该第三调节回路的设定参数。从了解起始气体、产品气体以及再循环气体的量获得间接确定。

以类似的方式，进入反应器R2的气体的含水量也应尽可能地保持低。然而与第一反应器R1相比，具有下述区别：可通过两种措施改变含水量，一方面，经由通过冷却8.1的露点设定的除水4.1，以及另一方面，经由通过H₂O 水供给装置5.2的计量的水分添加。因此，对相应的调节，两个设定参数可用。理想地，应完全忽略通过H₂O 水供给装置5.2的水分供给，且在气体从反应器R1退出后，应仅通过露点设定和除水来进行调节。然而，后者受制于中间压缩器7.2的最大容许含水量的一般条件。如果超过该含水量，经由露点设定和水分分离的调节终止，且通过水分添加（5.2）发生保留的后调节。作为流入反应器R2时的含水量的目标值，可再次使用通过采用反应器R2中的压力、中间产品气体的组分（特别是其碳氢化合物含量）以及反应器R2中反应器温度应用预定的计算程序获得的值。

基于该调节回路4和调节回路3，自动地实现催化剂的保护，并且独立于干扰参数的来源执行抵消干扰参数的调节，否则参数会导致催化剂的进一步劣化。

对要满足的标准涉及例如产品气体的甲烷含量，但该标准已被设置得更严格（或简化）的情况，提供附加的优化。除了适应该改变的标准以通过中间压缩器7.2的反应器R2的压力来满足该标准外，可更改起始气体的组分作为附加参数。一方面，其可通过例如通过电解产生的氢气相对于起始气体的含二氧化碳比例的更改的混合比，或者通过改变后者比例来进行。为此目的，例如，可通过连接到外部气体管线供给部分沼气，沼气本身已包含高甲烷比例。

反应器操作的附加的尤其重要的优化包括用于间歇操作的后者的控制。如以上已说明，反应器不应仅在连续操作中可用，其也应允许在短时间内通过可行的负载变化（即、通过单位时间反应不同的、快速变化的起始气体量）处理例如源自可再生能源的过电流。

首先，反应器系统设计用于最大气体转化，为此，根据上述调节设定在能量方面合理的参数。通过这种输出，或与其相关的负载，反应器可在小于5分钟，特别是小于2分钟的切换时间内，在较低负载（例如最大负载的40%或更小，特别是最大负载的20%或更小）下操作。也可以使用完全的断开。对于常规固体床反应器是极其有问题的该一般的负载变化，特别是快速负载变化通过根据本发明的模块化反应器结构及其控制来缓解。

完全调节过的正常操作的基本设置如下所示，例如：首先将起始气体预热到 270℃（6.1）。在第一甲烷化阶段，在270℃ 到550℃的温度范围内，在2巴的压力下执行操作。在通过第一甲烷化步骤的路径之后，在100℃和 135℃之间的温度下进行冷却（8.1），其后分离冷凝水部分（4.1）。在7巴的压力下进行后续的压缩（7.2）。在气体混合物的含水量仍低于20%的程度下，将含水量提高至25-35%（5.2），其中执行预热再压缩的气体至约280℃ （6.2）。然后在350℃和280℃之间的温度、在7巴的压力下进行第二步骤中的甲烷化。

现在采用第一示例描述，以示出在将反应器从在接近最大输出的调节过的正常操作减慢至所述输出的20%的情况下如何进行方法的控制，该情况例如是因为由于风的暂时平静或由于低太阳辐射导致从可再生能源获得的用于产生氢气用的电解槽的电能已明显地降低。另一方面，可设想，因为为此目的所需的电流仅在电流市场在不经济的价格下可得，所以会使氢气生产减慢。

然后，由于起始气体流减小，在反应器中发生降低的空间速度，且其催化剂上的负载减小，允许甚至更高的甲烷化程度。因此，应用上述调节，特别是调节回路1和2，也可以低能量消耗满足最低甲烷比例的标准，这样，在由于调节回路的渐减的输出的情况下，自动发生相应的节能。

在相反的情况下，当控制装置20接收信号以便反应器系统应从相对低的负载，例如最大负载的20%增加负载至全输出，首先暂停针对优化能量消耗的控制和调节操作，因为在该过程中没有足够的能量，且因为在负载增加期间用于负载增加的所需的反应热的快速生成比潜在的节能更重要。为了调节的目的，可以初步且临时的方式预定义更严格的标准。

为负载变化而准备的控制装置20以使影响反应热的释放的参数改变至促进该释放的值的方式控制一个或多个设定装置，特别是装置7.1、6.1、7.2、90。以此方式，增加反应器R1的压力和/或反应器R2的压力，如必要减小再循环，且起始气体可任意地加热至更高的值。尽管在负载变化期间，可能不满足更严格的标准（例如CH₄含量），但是仍然满足原始标准。

当在反应器R1中局部地形成极其高的温度并形成“热点”时，马上启动对抗抑制反应速率和反应热的释放的参数设定的对策。在趋稳至新的输出后（通过在新的负载下达到稳态反应条件），可重新启动着眼于优化能量消耗的控制/调节，且更严格的标准可任意地降低。

在尽可能短的时间内应对负载增加的附加的可行性包括连接反应器R3。在由能量优化控制的反应器系统正常操作期间，优选地，仅当前述用于保持所需产品气体质量（满足标准）的附加的可行性已用尽时才连接该反应器R3。在图1示出的示图中，提供下述方案：可连接反应器R3（3），且由于其模块化连接，其可设置在反应器R1和R2的下游。然而在本发明的另一实施形态（未示出）中，可考虑完全省略反应器R3，以可选地通过使第二反应器R2的尺寸变得更大来寻求更高的灵活性。

从而从可以串联系统相互连接且也作为串联系统的部分以工业化、节约成本的系列生产的方式更简便地制造的各个反应器形成的反应器系统的模块化结构允许在处理不同起始气体方面的更大的灵活性，并实现不同的输出范围。此外，通过各个反应器各自的可控性，特别是通过影响在反应器R1和R2之间流动的气体，使说明的系统的更灵活的控制，特别是能量优化控制成为可能。

下面，也参见图2说明附加的实施形态。该实施形态中描述的与露点设定或气体混合物相关的细节基本上也可应用于参见图1描述的实施形态，同时以下列出的参数值应理解为不是限制本发明，而是可能的选择或可能的示例实施例。

反应器系统1’ 包括用于以预定的摩尔比SN混合二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）的混合单元2’、用于甲烷化包含二氧化碳和氢气的气体混合物的合成单元3’、以及干燥单元4’，在该干燥单元4’中去除合成单元3’中的甲烷化的气体混合物中的水分。

混合单元2’包括用于二氧化碳（CO₂）的供给管线5’和用于氢气（H）的供给管线6’。在供给管线 5’、6’中设置质量流量控制器（MFC）7’、8’，通过质量流量控制器7’、8’可分别控制流过供给管线 5’、6’的气体流。在质量流量控制器7’、8’的下游，这两条供给管线 5’、6’集合成一条气体管线。

如图2所示，合成单元包括两个相互先后设置的反应器阶段9’和10’，每个反应器阶段包含其本身是已知的含镍催化剂。

这两个反应器阶段9’和10’各自通过合适的冷却介质从外部冷却。此处使用的冷却介质在各自的情况下分别沿着反应器阶段9’、10’的外壁导入循环，这样冷却介质能分别从反应器阶段9’、10’吸收通过甲烷化反应（3）的放热产生的部分热量。在第一和第二反应器阶段9’和10’的冷却介质循环中，包含冷却介质温度保持设备11’、12’，冷却介质温度保持设备11’、12’将冷却介质在沿着反应器阶段9’、10’的外壁引导前变至预定温度。

在与气体混合物流动方向相反的方向上，即、从反应器阶段9’、10’的出口到反应器阶段9’、10’的入口的方向上引导来自冷却介质温度保持设备11’、12’的冷却剂通过第一或第二反应器阶段9’、10’。结果是，冷却效果在反应器阶段9’、10’的出口处为最大，且朝向反应器阶段9’、10’的入口不断地减小，因为由于气体混合物吸收的热能，冷却剂的温度朝向入口增加，因此减小气体混合物的温度和冷却介质的温度之间的温差。

来自反应器阶段9’、10’的已经由甲烷化反应（3）的放热加热的冷却剂，在返回到温度保持设备11’、12’之前，首先用于在热交换器 13’、14’中预热流入第一反应器阶段9’前或流入第二反应器阶段10’前的气体混合物。来自热交换器 13’、14’的冷却剂在第一反应器阶段的冷却剂循环的情况和第二反应器阶段的冷却剂循环的情况中的任一情况下返回至温度保持设备 11’、12’。

在两个反应器阶段9’、10’之间，合成单元3’包括用于退出第一反应器阶段9’后的气体混合物的露点设定，且在用于预热流入第二反应器阶段10’的气体混合物的热交换器14’之前的装置。该露点设定装置包括具有冷却单元15’和用于冷却退出第一反应器阶段9’的气体混合物的热交换器16’的冷却剂循环，以及从合成系统3’或从反应器系统1’去除由于气体混合物的冷却而冷凝的水分的冷凝水分流器17’。

在从第二反应器阶段10’退出后，甲烷化的气体混合物引入至干燥单元 4’。类似于用于露点设定的装置，该干燥单元4’包括具有冷却单元（未示出）和用于冷却退出第二反应器阶段10’的气体混合物的热交换器18’的冷却剂循环，以及从干燥单元4’或从反应器系统1’去除由于气体混合物的冷却而冷凝的水分的冷凝水分流器19’。

在混合单元2’中，通过质量流量控制器7’、8’的适当控制以化学计量比混合例如从空气或沼气中获得的纯的二氧化碳（CO₂），和例如通过电解水获得的纯的氢气（H₂）。因此，在本实施形态中，在混合单元 2’中产生的气体混合物实质上只包括二氧化碳和氢气。

在该示例实施例中，在气体混合物引入至第一反应器阶段9’之前，通过在位于第一反应器阶段9’的前方的第一热交换器13’中的预热将气体混合物预热至约270℃的温度。在引入已以此方式预热的气体混合物之后，由催化剂触发的甲烷化反应的放热导致快速地将气体混合物加热至约450℃的最高温度。接着，气体混合物的温度朝向第一反应器阶段9’的出口降低至约300℃的值。在从第一反应器阶段9’退出之后，气体混合物在露点设定装置中冷却至约120℃的温度，并且在该过程中已冷凝的水分通过冷凝水分流器17’从合成单元3’或从反应器系统1’中去除。在露点设定后，通过热交换器14’将气体混合物预热至约260℃的温度。在将气体混合物引入至第二反应器阶段 10’之后，气体混合物的温度仅稍微地上升至约280℃，且其朝向出口稍微降低约10℃至270℃的温度。

在第一和第二反应器阶段9’、10’中的甲烷化之后，在干燥单元4’中，通过在热交换器18’中将气体混合物冷却至约30℃的温度以及通过采用冷凝水分流器19’去除已在冷却过程中冷凝的水分，从甲烷化的气体混合物中去除通过甲烷化反应产生的H₂O。

根据本示例实施例，反应器系统1’中的压力或合成单元3’中的压力设定为6 巴。在本示例实施例中，二氧化碳气体和氢气气体的质量流量已通过质量流量控制器7’、8’以使在第一反应器阶段具有3500/小时的值且第二反应器阶段具有稍微较低的2500/小时的值的空间速度的方式设定。

在本示例实施例中，露点设定后的气体混合物中的摩尔含水量已为30% 和35% 之间。

在干燥单元4’中干燥之后，气体混合物中的摩尔含水量具有与30℃的露点相应的值。

在示例实施例中，在第一反应器阶段9’中的二氧化碳转化约为95%，在示例实施例中，在第二反应器阶段10’中的二氧化碳转化稍微高于90%，这样，最终，甲烷化的气体混合物中的甲烷含量约为99%。

产生的具有高甲烷含量的气体混合物可直接用作车辆的燃料、或其可直接供给至矿产气体网。

然而，根据本发明，不同形式的反应器系统1’及通过其执行的方法也是可能的。

因此，以上描述了反应器系统1’ 具有两个反应器阶段 9’、10’。然而，如果需要更完全的甲烷化，也可提供附加的反应器阶段。

含二氧化碳和氢气的气体的甲烷化不仅可在6巴下进行，也可在其他压力下进行。然而，优选从2 到15 巴的范围内的压力。特别有利的是从2 到8 巴的范围内的压力。

以上，已描述了一定的温度管理。其他温度管理也是可能的。因此，可为在引入第一或第二反应器阶段9’、10’前预热气体混合物选择其他温度。基于所用的催化剂，也可执行方法而无需在引入第一或第二反应器阶段9’、10’前预热气体混合物。这将降低设备成本。

已在第一反应器阶段9’中的温度为300℃ 到450℃的示例实施例中描述方法。在该范围内，甲烷化特别有效地发生。然而，也可在其他温度执行第一反应器阶段中的甲烷化，其中选择300℃ 到 600℃的温度范围，在该范围实现有效的甲烷化。第二反应器阶段中的后甲烷化已以其在270℃到280℃温度范围内执行的方式描述。在该范围内，后甲烷化特别有效地发生。然而，也可在其他温度执行后甲烷化，其中250℃ 到 300℃的温度范围可提供优点。

对于露点设定，已描述将气体混合物冷却至120℃的温度。然而，基于所采用的压力，可能需要其他温度优化地设定露点。在2巴和15巴之间的压力下，为露点设定须冷却气体混合物至80℃到160℃的温度范围以设定30%到50%的摩尔含水量。在优选的2到8巴的压力范围内，该温度范围为86℃到128℃。有利地是，以使摩尔含水量为30%到50%，特别优选地30%到35%的方式执行露点设定。

在上述示例实施例中，已描述对有效的甲烷化特别有利的一定的空间速度。然而，其他空间速度也是可能的，第一反应器阶段9’中的气体混合物的空间速度优选2000/小时到8000/小时的范围。特别有利的是2000/小时到6000/小时的空间速度范围。第二反应器阶段10’中的空间速度优选1000/小时到6000/小时的范围。特别有利的是1500/小时到4000/小时的空间速度范围。

在上述示例实施例中，作为包含二氧化碳和氢气的气体混合物，使用实质上只包含二氧化碳和氢气的气体混合物。然而，用于甲烷化的气体混合物也可包含附加的组分。可选地，在引入至第一反应器阶段9’之前，例如应脱除例如硫化物的催化剂毒物。含二氧化碳和氢气的气体混合物可以例如是沼气，其除了二氧化碳和氢气外，还已包含一定的甲烷比例和小于0.1%的一氧化碳比例。在此，可通过掺入氢气再次获得二氧化碳和氢气的摩尔比。

此外，在上述示例实施例中，已描述了二氧化碳和氢气的化学计量比混合。然而，可使用与此不同的二氧化碳和氢气的混合比。

最后，在上述示例实施例中描述了在干燥单元4’中通过将甲烷化气体混合物冷却至30℃并通过去除冷凝的水分来干燥甲烷化气体混合物。然而，甲烷化气体混合物的干燥也可通过其他已知的方法执行。此外，基于起始气体混合物的规格，可改变干燥，且可选地也可完全省略干燥。

本发明不限于图示详细说明描述的实施形态。而是，为了以不同的实施形态实施本发明，上述说明书及权利要求中公开的本发明的特征可以是单独、以及以任意组合的方式是必要的。

Claims

1.一种用于生产富甲烷产品气体的方法，在至少两个阶段（R1、R2）且在至少一个可设定的参数的影响下催化甲烷化包含氢气和二氧化碳的起始气体，以及监控与产品气体的组分相关的至少一个标准，其中在影响该方法的条件下满足所述标准，其特征在于，当条件改变时，执行保持满足所述标准的参数设定的改变。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，允许所述起始气体流至第一甲烷化阶段，并且所述条件与所述起始气体的供给流相关。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述条件与单位时间流动的起始气体流量相关。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述起始气体中包含的至少部分氢气特别是通过收集电力负载的电解而产生，其中所述条件与收集的负载相关。

5.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，与甲烷化相关的能量消耗取决于所述参数的设定，且执行的设定改变减小能量消耗。

6.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，至少一个参数的影响在所述至少两个甲烷化阶段中的第一和第二阶段间起作用。

7.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，所述至少一个参数从下述组中选择，所述组包括：流入第一甲烷化阶段时的当前压力；流入第二甲烷化阶段时的当前压力；在第一阶段之前已被转移并再循环的气体的量；在第一甲烷化阶段之前的气体的含水量；在第二甲烷化阶段之前的气体的含水量；在第一甲烷化阶段之后从气体混合物中去除的水量；在第一和/或第二甲烷化阶段之前的用于加热气体的热量输出；是否包含第三甲烷化阶段；第一甲烷化阶段的温度；独立地，第二甲烷化阶段的温度；以及起始气体的组分。

8.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，自动地发生设定改变，特别是通过调节自动地发生设定改变。

9.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，所述设定改变受制于要遵守的一般条件。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述一般条件从下述组中选择，所述组包括：在第一和/或第二甲烷化阶段中的气体和/或催化剂的最高温度；在第一和/或第二甲烷化阶段之前的气体的最小和/或最大含水量；最小和/或最大的再循环气体量；在第一甲烷化阶段之后的最小和/或最大除水量；在第一甲烷化阶段时当前压力的最低和/或最高值；以及与生产的气体混合物的组分相关的附加的（第二）标准的满足。

11.根据权利要求9或10所述方法，其特征在于，经由适当关联的调节回路控制，特别是监控所述一般条件的满足。

12.根据权利要求9-11中任一项所述方法，其特征在于，改变对所述一般条件的满足问题有影响的附加的（第二）工艺参数的设定同时满足所述一般条件，且对于（第一）工艺参数的设定的改变，在各个情况下，采用改变的第二工艺参数执行第一工艺参数的设定的改变，以根据所述设定获得与最低能量消耗相关的（第一）工艺参数的设定。

13.根据权利要求3-12中任一项所述方法，其特征在于，所述至少一个参数的影响作用于甲烷化的反应速率，且在单位时间起始气体流量增加的情况下，在第一介入以增加反应速率的方式执行至少一个参数的设定的改变。

14.根据权利要求13所述方法，其特征在于，在第二介入，当满足一般条件时，特别是在第一甲烷化阶段中已超过预定的温度时马上执行对策。

15.根据权利要求14所述方法，其特征在于，在第三介入，对于改变的条件，在达到稳态状态时马上执行根据权利要求5-12中任一项所述的节能控制。

16.根据权利要求2-15中任一项所述方法，其特征在于，条件可选地或者附加地与起始气体流的组分相关。

17.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，条件可选地或者附加地与甲烷化阶段中使用的至少一种催化剂的损耗相关。

18.根据前述权利要求中任一项所述方法，其特征在于，条件可选地或者附加地与产品气体的组分相关，特别是与监控的标准的适应相关。

19.一种用于从包含氢气和二氧化碳的起始气体生产富甲烷产品气体的反应器系统，所述反应器系统具备：

至少两个先后连接的且包括催化剂的反应器阶段（R1、R2）；

用于监控与产品气体的组分相关的标准的监控装置；

连接到所述监控装置的控制装置（20）；及

由控制装置（20）控制的用于设定影响甲烷化的至少一个参数的至少一个设定装置（3、5、6、7、8、90），其中，在影响甲烷化的第一条件下，所述反应器系统可操作，且在所述操作期间满足所述标准；

其特征在于，所述反应器系统被设计以使在第一条件改变至第二条件时允许改变保持满足所述标准的设定参数。

20.根据权利要求19所述的反应器系统，其特征在于，所述至少两个反应器阶段的结构不同。

21.根据权利要求20所述的反应器系统，其特征在于，所述结构不同涉及机械设计、热量移除的类型和/或所用催化剂的类型。

22.根据权利要求19-21中任一项所述的反应器系统，其特征在于，供给至各个反应器阶段的气体的性质是可变的，特别是通过至少一个设定装置改变。

23.根据权利要求22所述的反应器系统，其特征在于，在两个反应器阶段之间设置至少一个第一设定装置（8.1、7.2、6.2），特别是包括压缩器（7.2）或由压缩器（7.2）组成。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的反应器系统，其特征在于，第二设定装置是用于去除包含在第一反应器阶段之后的气体中的水分的至少一部分，特别是设置在压缩器的上游的装置（8.1、4.1）。

25.根据权利要求24所述的反应器系统，其特征在于，所述第二设定装置允许预先可选择的露点设定。

26.根据权利要求19-25中任一项所述的反应器系统，其特征在于，提供用于在一个或多个反应器阶段前供给水分的第三设定装置（5）。

27.根据权利要求19-26中任一项所述的反应器系统，其特征在于，提供用于加热引入至一个或多个反应器阶段的气体的第四设定装置（6）。

28.根据权利要求19-27中任一项所述的反应器系统，其特征在于，作为附加的设定装置，包括用于将部分气体，特别是从第二反应器阶段退出的部分气体再循环至位于第一反应器阶段之前的位置的再循环装置（RZ）。

29.根据权利要求28所述的反应器系统，其特征在于，所述再循环装置包括压缩器（70）和可控的限流器（90）。

30.根据权利要求19-29中任一项所述的反应器系统，其特征在于，还包括通过所述控制装置可连接的第三反应器阶段（R3）。

31.根据权利要求19-30中任一项所述的反应器系统，其特征在于，可连接至，特别是连接至通过电能产生氢气的装置。

32.根据权利要求19-31中任一项所述的反应器系统，其特征在于，可连接至，特别是连接至产生二氧化碳、特别是通过气体洗涤器产生二氧化碳的装置。

33.根据权利要求19-32中任一项所述的反应器系统，其特征在于，包括用于供给气体，特别是用作所述起始气体的一部分的沼气的连接。

34.根据权利要求19-33中任一项所述的反应器系统，其特征在于，一个或多个设定装置（7.2、90、5.1、8.1、5.2）可通过调节回路控制。

35.根据权利要求19-34中任一项所述的反应器系统，其特征在于，所述控制装置可通过执行权利要求1-18中任一项所述的方法来操作。

36.根据权利要求19-35中任一项所述的反应器系统，其特征在于，两种条件与单位时间反应的不同量的起始气体相关，该系统设计用于在将要反应的两种气体量之间的间歇操作。

37.一种根据权利要求1-18中任一项所述的方法制备，或采用权利要求19-36中任一项所述的反应器系统制备的富甲烷气体混合物。