CN105969435B

CN105969435B - 一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法及其系统

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Publication number: CN105969435B
Application number: CN201610378492.7A
Authority: CN
Inventors: 周明灿; 邢挺; 王家天; 刘晋波; 刘静; 周轲; 刘会祯
Original assignee: Chongqing Chemical Design Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chemical Design Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-05-28
Filing date: 2016-05-28
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2036-05-28
Also published as: CN105969435A

Abstract

本发明提供一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法及系统，根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，达到蒸汽消耗和反应后工艺气中CH₄含量的最佳平衡。粗煤气无需先经过CO变换和脱硫脱碳处理。采用等温反应器通过锅炉给水副产蒸汽移走反应热来降低装置的热点温度，而无需使用循环气压缩机进行气体循环来降低装置的热点温度，既降低了对设备和管道材料的要求，节省装置投资，也降低了装置的运行成本。通过配气达到控制绝热反应器出口温度的目的，满足下游蒸汽过热器对工艺气温度的要求，提高了装置的热回收等级。本发明特别适宜使用气流床煤气化技术（如Shell煤气化、GSP煤气化、HTL煤气化）生产的煤气进行甲烷合成。

Description

一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法，属于化工工艺技术领域。

背景技术

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，随着经济社会的发展和城市化率的不断提高，天然气的需求量逐渐增大，天然气的供需矛盾难以在短期内得到根本解决。为缓解天然气的供需矛盾，在煤炭资源丰富的地区，适度发展煤制天然气符合我国能源结构特点和能源消费结构调整的需要。

煤制天然气工艺的反应主要包含前端的煤气化和后端的甲烷合成。煤气化工艺种类繁多，技术多已成熟。但是，现有的甲烷合成技术较少，且都是处理经过CO变换、脱硫脱碳处理后的净化合成气，要求净化合成气的H₂/CO比值为3左右，大多采用循环气压缩机将反应后的合成气与新鲜合成气进行混合的方式控制反应热点温度。现有甲烷合成技术用于生产煤制天然气的全厂工艺流程复杂，粗煤气需要经过CO变换、脱硫脱碳处理之后再进行甲烷合成，甲烷合成之后还要进行压缩和干燥处理才能作为商品天然气外卖，且品质无法满足天然气直接液化的要求。现有甲烷合成技术是CO与H₂按照1:3的比例进行反应，生成等摩尔量的CH₄和H₂O，反应生成的H₂O无法得到合理利用，只能进行冷却分离处理。并且，甲烷合成技术多采用循环气压缩机循环合成气的方式或加入蒸汽控制反应平衡的方式来控制甲烷合成反应的热点温度，存在能耗高的问题。由于以现有甲烷合成技术为基础的煤制天然气全厂工艺流程复杂、建设投资高、运行能耗高等特点，导致目前的煤制天然气产业经济性差，发展受阻。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决的技术问题是，如何直接使用粗煤气进行甲烷合成反应，降低投资和运行成本，而提供以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法。

本发明还提供实现上述方法的工艺和系统。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法，其特征在于，根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，达到蒸汽消耗与反应后工艺气中CH₄含量的最佳平衡；工艺流程包括：

1)煤气水汽含量调节：根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量；

2)预反应：调节好水汽含量的粗煤气加热至预反应器催化剂启活温度后进入预反应器进行预反应，预反应器使用普通耐硫变换催化剂；

3)配气控制及主反应：对经过预反应处理并回收热量后的粗煤气进行配气控制，通过1级等温反应器和2-5级绝热反应器的反应处理与级间热回收，使粗煤气中的CO、H₂反应最终生成CH₄和CO₂；

4)合成气冷却及分离：完成反应的工艺气经低压废热锅炉、除盐水预热器回收热量和循环水冷却，经气液分离后送出系统。

本发明还提供一种以粗煤气为原料的甲烷合成系统，包括水汽调节及预反应、配气控制及主反应、合成气冷却及分离三部分；

1)煤气水汽调节及预反部分：其中，水汽调节包含煤气分离器；预反应包括粗煤气加热器、预反应器、1#蒸汽过热器；煤气分离器的入口接粗煤气输入管，煤气分离器设有连接粗煤气加热器的第一管道和用于排除冷凝液的第二管道；粗煤气加热器连接预反应器和等温反应器；1#蒸汽过热器的工艺气侧分别连接预反应器和粗煤气加热器；

2)配气控制及主反应部分，包括等温反应器、蒸汽汽包、锅炉给水循环泵、1#绝热反应器、2#蒸汽过热器、1#锅炉给水预热器、2#绝热反应器、3#蒸汽过热器、2#锅炉给水预热器、3#绝热反应器、3#锅炉给水预热器、4#绝热反应器、4#锅炉给水预热器；等温反应器连接蒸汽包和锅炉给水循环泵，通过锅炉给水循环泵强制循环锅炉给水，以吸收等温反应器的反应放热来降低整个系统的温度；等温反应器还通过管道与上游粗煤气加热器和下游1#绝热反应器连接；1#绝热反应器的入口同时连接等温反应器的出口和粗煤气加热器的热侧出口，1#绝热反应器出口经过2#蒸汽过热器和1#锅炉给水预热器连接2#绝热反应器；2#绝热反应器的入口还同时连接粗煤气加热器的热侧出口；2#绝热反应器出口经过3#蒸汽过热器、2#锅炉给水预热器连接3#绝热反应器；3#绝热反应器出口经3#锅炉给水预热器连接4#绝热反应器，等温反应器出口也通过管道与3#锅炉给水预热器的入口连接；4#绝热反应器出口经过4#锅炉给水预热器与合成气冷却及分离系统的入口连接；

3)合成气冷却分离部分，包括依次连接的低压废热锅炉、除盐水预热器、合成气水冷器和合成气分离器。

所述以粗煤气为原料的甲烷合成系统的应用，其工艺为：进入系统的粗煤气调整水汽含量后通过粗煤气加热器加热至催化剂的启活温度，然后进入预反应器进行预反应，预反应器出口气体依次经过1#蒸汽过热器、粗煤气加热器回收热量后分三股：第一股气体进入等温反应器进行反应，等温反应器利用锅炉给水副产蒸汽移走反应热；第二股和第三股不经过等温反应器而分别直接进入1#绝热反应器和2#绝热反应器；等温反应器出口气体分两股：第一股气体与预反应器出口经热量回收之后的第二股气体混合进入1#绝热反应器进行反应，第二股气体将与3#绝热反应器出口气体混合后送至3#锅炉给水预热器；1#绝热反应器出口气体经过2#蒸汽过热器和1#锅炉给水预热器回收热量后与预反应器出口经热量回收之后的第三股气体混合进入2#绝热反应器进行反应；2#绝热反应器出口气体依次经过3#蒸汽过热器、2#锅炉给水预热器回收热量冷却后进入3#绝热反应器进行反应；3#绝热反应器出口气体与等温反应器出口第二股气体混合，经3#锅炉给水预热器回收热量冷却后进入4#绝热反应器进行反应，4#绝热反应器出口气体经过4#锅炉给水预热器、低压废热锅炉、除盐水预热器逐渐回收热量后依次进入合成气水冷器和合成气分离器进行冷却分离处理后送出界区。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明方法直接使用粗煤气进行甲烷合成反应，粗煤气无需先经过CO变换和脱硫脱碳处理。本发明根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，达到蒸汽消耗与反应后工艺气中CH₄含量的最佳平衡。

进入装置的粗煤气首先调整水汽含量，使水汽含量F_H2O满足：0.5*(F_CO-F_H2)≤F_H2O≤0.6*(F_CO-F_H2)，即水汽含量大于等于0.5倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差，小于等于0.6倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差，达到蒸汽消耗与反应后工艺气中CH₄含量的最佳经济平衡。

2、本发明系统使用1级等温反应器和多级绝热反应器，等温反应器通过锅炉给水副产蒸汽的方式既降低装置的热点温度，降低了对设备和管道材料的要求，又将反应热通过副产中压(或高压)蒸汽的方式进行了有效回收；设置多级绝热反应器并通过配气手段控制绝热反应器的出口温度以满足下游蒸汽过热器对工艺气温度的要求，等温反应器副产的中压(或高压)蒸汽经过过热处理满足动力蒸汽品质要求后送出系统，提高了装置的经济性。

3、本发明在等温反应器前设置一预反应器，预反应器采用立式轴向固定床反应器形式，同时发挥化学反应和防止因粗煤气含尘带油导致等温反应器催化剂结块的作用，有利于延长等温反应器的催化剂使用寿命。

4、本发明适用于高CO浓度的粗煤气进行甲烷合成，煤气无需先经过CO变换和脱硫脱碳处理，简化煤制天然气的全厂工艺流程；本发明适应处理的煤气CO干基体积含量的最佳范围为40％～90％。

5、无需使用循环气压缩机进行气体循环来降低装置热点温度，装置投资和运行成本降低。

6、本发明可以使用多种煤气化技术生产的粗煤气进行甲烷合成，特别适宜使用气流床煤气化技术(如Shell煤气化、GSP煤气化、HTL煤气化)生产的煤气进行甲烷合成。

附图说明

图1为本发明使用SHELL废锅流程煤气化技术生产的粗煤气进行甲烷合成的工艺流程简图，生产出的天然气经过脱硫脱碳处理后满足天然气国家标准GB 17820-2012中一类天然气的技术指标。

图2为本发明使用GSP煤气化技术生产的粗煤气进行甲烷合成的工艺流程简图，生产出的天然气经过脱硫脱碳处理后满足天然气国家标准GB 17820-2012中一类天然气的技术指标。

图中，1-粗煤气加热器，2-预反应器，3-1#蒸汽过热器，4-等温反应器，5-蒸汽汽包，6-锅炉给水循环泵，7-1#绝热反应器，8-2#蒸汽过热器，9-1#锅炉给水预热器，10-2#绝热反应器，11-3#蒸汽过热器，12-2#锅炉给水预热器，13-3#绝热反应器，14-3#锅炉给水预热器，15-4#绝热反应器，16-4#锅炉给水预热器，17-低压废热锅炉，18-除盐水预热器，19-合成气水冷器，20-合成气分离器，21-煤气分离器，22-2#低压废热锅炉，23-2#煤气分离器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

一、本发明提供一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法。

根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，达到蒸汽消耗与反应后工艺气中CH₄含量的最佳平衡；调节好水汽含量后的粗煤气进入反应器进行反应，最终将粗煤气中的CO、H₂以及水汽反应生成CH₄和CO₂，工艺流程包括：

1)煤气水汽含量调节：根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量。当入口粗煤气水汽含量高于0.6倍的CO含量与H₂含量之差时，需要对煤气进行冷却处理，将煤气中过量部分的水汽冷却成液态后进行分离；当入口粗煤气中水汽含量低于0.5倍的CO含量与H₂含量之差时，需要向粗煤气中加入蒸汽，以满足水汽含量的要求；当入口粗煤气的水汽含量满足大于等于0.5倍的CO含量与H₂含量之差，且小于等于0.6倍的CO含量与H₂含量之差时，水汽含量无需进行特别处理，只需将夹带的液态冷凝液进行分离即可。

2)预反应：调节好水汽含量的粗煤气加热至预反应器催化剂启活温度后进入预反应器进行预反应，粗煤气通过预反应器催化剂床层时，可以将粗煤气夹带的灰分、油分和部分对下游催化剂有害的物质进行吸附过滤。

3)配气控制及主反应：对经过预反应处理并回收热量后的粗煤气进行配气控制，通过1级等温反应器和多级绝热反应器的反应处理与级间热回收，使粗煤气中的CO、H2在水汽作用下反应最终生成CH₄和CO₂。装个系统的化学反应总方程式为：

反应放出的热量通过副产蒸汽、过热蒸汽和预热锅炉给水等方式进行逐级合理回收，以提高装置的经济效益，热回收的方式可以根据具体的工程条件而定。

4)合成气冷却及分离：完成反应的合成气主要含有CH₄和CO₂气体，经锅炉给水预热器、低压废热锅炉、除盐水预热器等回收热量后，采用循环水进行进一步冷却，经气液分离后送出系统。

二、实现上述方法的以粗煤气为原料的甲烷合成系统。

下面以4级绝热反应器为例对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，选择2级绝热反应器成本更低；而选择5级绝热反应器，成本会有所增加，但是甲烷合成含量更高。

以粗煤气为原料合成甲烷的系统，包括水汽调节及预反应、配气控制及主反应、合成气冷却及分离三部分；

1)煤气水汽调节及预反部分：其中，水汽调节包含煤气分离器21；预反应包括粗煤气加热器1、预反应器2、1#蒸汽过热器3；煤气分离器21的入口接粗煤气输入管，煤气分离器21设有连接粗煤气加热器1的第一管道和用于排除冷凝液的第二管道；粗煤气加热器1连接预反应器2和等温反应器4；1#蒸汽过热器3的工艺气侧分别连接预反应器2和粗煤气加热器1；

2)配气控制及主反应部分，包括等温反应器4、蒸汽汽包5、锅炉给水循环泵6、1#绝热反应器7、2#蒸汽过热器8、1#锅炉给水预热器9、2#绝热反应器10、3#蒸汽过热器11、2#锅炉给水预热器12、3#绝热反应器13、3#锅炉给水预热器14、4#绝热反应器15、4#锅炉给水预热器16；等温反应器4连接蒸汽包5和锅炉给水循环泵6，通过锅炉给水循环泵6强制循环锅炉给水，以吸收等温反应器4的反应放热来降低整个系统的温度；等温反应器4还通过管道与上游粗煤气加热器1和下游1#绝热反应器7连接；1#绝热反应器7的入口同时连接等温反应器4的出口和粗煤气加热器1的热侧出口，1#绝热反应器7出口经过2#蒸汽过热器8和1#锅炉给水预热器9连接2#绝热反应器10，2#绝热反应器10的入口还同时连接粗煤气加热器1的热侧出口；2#绝热反应器10出口经过3#蒸汽过热器11、2#锅炉给水预热器12连接3#绝热反应器13；3#绝热反应器13出口经3#锅炉给水预热器14连接4#绝热反应器15，等温反应器4出口也通过管道与3#锅炉给水预热器14的入口连接；4#绝热反应器15出口经过4#锅炉给水预热器16与合成气冷却及分离系统的入口连接；

3)合成气冷却分离部分，包括依次连接的低压废热锅炉17、除盐水预热器18、合成气水冷器19和合成气分离器20。

其中，配气控制及主反应部分将工艺气走向分配采用串、并联组合的方式，通过等温反应器与绝热反应器的有效组合，将装置热点温度控制在450℃～600℃之间，且实现将反应放出的热量通过副产压力在4.0MPaA～12MPaA之间，温度满足动力蒸汽品质要求的过热蒸汽。等温反应器4采用立式“火管”型和“水管”型等温反应器，通过锅炉给水副产蒸汽移走反应热，锅炉给水采用强制循环方式保证移热效果。1#绝热反应器7和2#绝热反应器10为高温反应器，为降低系统阻力降和降低反应器壳体温度，1#绝热反应器7和2#绝热反应器10采用立式轴径向反应器，入口气体从反应器壳体与催化剂床层间的环隙进入催化剂床层，经催化剂床层中间的集气中心筒汇集后出反应器。

三、实现上述方法和系统的工艺流程。

实施例1：

参见图1，SHELL废锅流程粉煤气化技术生产的粗煤气进入甲烷合成系统，粗煤气温度为167℃，压力为3.8MPa(A)。粗煤气中CO含量54.87％，H2含量15.44％，水汽含量22.67％，水汽含量F_H2O已满足：0.5*(F_CO-F_H2)≤F_H2O≤0.6*(F_CO-F_H2)，即水汽含量大于等于0.5倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差，小于等于0.6倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差的要求。

粗煤气经粗煤气分离器21进行夹带液体分离、粗煤气加热器1加热至240℃后进入预反应器2进行反应，预反应器2出口气体温度为450℃左右，依次经过1#蒸汽过热器3、粗煤气加热器1回收热量降温至320℃左右后分三股，第一股气体进入等温反应器4进行反应，等温反应器4利用锅炉给水副产10MPa(G)的高压蒸汽移走反应热，第二股和第三股分别进入1#绝热反应器7和2#绝热反应器10。等温反应器4出口气体温度控制在380℃左右，分两股，第一股气体与预反应器2出口经热量回收之后的第二股气体混合进入1#绝热反应器7进行反应，第二股气体将与3#绝热反应器13出口气体混合。1#绝热反应器7出口气体温度控制在580℃左右，经过2#蒸汽过热器8和1#锅炉给水预热器9回收热量降温至320℃后与预反应器2出口经热量回收之后的第三股气体混合进入2#绝热反应器10进行反应。2#绝热反应器10出口气体温度控制在580℃左右，依次经过3#蒸汽过热器11、2#锅炉给水预热器9回收热量冷却至280℃左右后进入3#绝热反应器13进行反应，3#绝热反应器13出口气体温度为450℃左右，与等温反应器4出口的第三股气体混合，经3#锅炉给水预热器14回收热量冷却至250℃左右后进入4#绝热反应器15进行反应，4#绝热反应器15出口气体为280℃左右，经过4#锅炉给水预热器16、低压废热锅炉17、除盐水预热器18逐级回收热量后依次进入合成气水冷器19和合成气分离器20进行冷却和气液分离处理，后送出界区。各反应器进出口的物料组成见下表，其中预反应器的入口组成由进入系统的原料粗煤气组成决定，1#绝热反应器和2#绝热反应器入口气体组成可以通过配气手段进行调节，其余各点的物料组成由反应平衡控制。

组分含量，mol，％	H<sub>2</sub>	CO	CO<sub>2</sub>	CH<sub>4</sub>	N<sub>2</sub>+Ar	H<sub>2</sub>O	H<sub>2</sub>S
								预反应器入口	15.44	54.87	5.86	0.00	0.97	22.67	0.19
预反应器出口	34.76	35.55	25.18	0.00	0.97	3.35	0.19
								等温反应器入口	34.76	35.55	25.18	0.00	0.97	3.35	0.19
等温反应器出口	0.43	0.36	66.12	26.80	1.48	4.50	0.30
								1#绝热反应器入口	15.16	15.46	48.55	15.30	1.26	4.01	0.25
1#绝热反应器出口	3.92	10.02	55.38	21.73	1.39	7.29	0.28
								2#绝热反应器入口	13.80	18.20	45.70	14.77	1.25	6.03	0.25
2#绝热反应器出口	4.01	10.21	55.15	21.62	1.38	7.34	0.28
								3#绝热反应器入口	4.01	10.21	55.15	21.62	1.38	7.34	0.28
3#绝热反应器出口	1.13	1.90	64.40	25.94	1.47	4.87	0.29
								4#绝热反应器入口	0.96	1.51	64.83	26.15	1.47	4.78	0.29
4#绝热反应器出口	0.12	0.03	66.50	27.05	1.49	4.51	0.30

本发明通过设置多级绝热反应器，并采用配气手段调节1#绝热反应器和2#绝热反应器入口气体组成来控制1#绝热反应器和2#绝热反应器的出口温度，以满足下游蒸汽过热器对工艺气温度的要求，等温反应器副产的中压(或高压)蒸汽经过过热处理满足动力蒸汽品质要求后送出系统，提高了装置的经济性。

实施例2：

参见图2，GSP煤气化技术生产的粗煤气进入甲烷合成装置，温度为210℃，压力为3.8MPa(A)。粗煤气中CO含量32.38％，H2含量9.11％，水汽含量54.37％，水汽含量F_H2O超过0.6倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差，需要进行水汽含量调节。

粗煤气经煤气分离器21进行夹带液体分离后进入2#低压废热锅炉22冷却至165℃，冷却冷凝出的液态水进入2#煤气分离器23进行气液分离，分立后的粗煤气经粗煤气加热器1加热至240℃后进入预反应器2进行反应，预反应器2出口气体温度为440℃左右，依次经过1#蒸汽过热器3、粗煤气加热器1回收热量降温至320℃左右后分三股，第一股气体进入等温反应器4进行反应，等温反应器4利用锅炉给水副产10MPa(G)的高压蒸汽移走反应热，第二股和第三股分别进入1#绝热反应器7和2#绝热反应器10。等温反应器4出口气体控制在380℃左右，分两股，第一股气体与预反应器2出口经热量回收之后的第二股气体混合进入1#绝热反应器7进行反应。1#绝热反应器7出口气体控制在580℃左右，经过2#蒸汽过热器8和1#锅炉给水预热器9回收热量降温至320℃后与预反应器2出口经热量回收之后的第三股气体混合进入2#绝热反应器10进行反应。2#绝热反应器10出口气体温度控制在580℃左右，依次经过3#蒸汽过热器11、2#锅炉给水预热器12回收热量冷却至280℃左右后进入3#绝热反应器13进行反应，3#绝热反应器13出口气体温度为450℃左右，与等温反应器4出口的第二股气体混合，经3#锅炉给水预热器14回收热量冷却至250℃左右后进入4#绝热反应器15进行反应，4#绝热反应器15出口气体为290℃左右，经过4#锅炉给水预热器16、低压废热锅炉17、除盐水预热器18逐级回收热量后依次进入合成气水冷器19和合成气分离器20，进行冷却和气液分离处理后送出界区。装置入口及各反应器进出口的物料组成见下表，其中装置入口粗煤气组成由进入系统的原料粗煤气组成决定，预反应器入口水汽含量通过2#低压废热锅炉22产汽温度进行调节，1#绝热反应器和2#绝热反应器入口气体组成可以通过配气手段进行调节，其余各点的物料组成由反应平衡控制。

其中，预反应器可使用普通耐硫变换催化剂，如山东齐鲁科力化工研究院有限公司的QCS-04等类似产品；主反应器可使用Mo-Ni系耐硫甲烷化催化剂，如中国科学院山西煤炭化学研究所研制的类似产品。

本发明方法及系统适合于含有高浓度CO的粗煤气进行甲烷合成，尤其适合粗煤气中CO干基体积含量为40％～90％的工况。本发明在等温反应器之前设置预反应器，预反应器同时发挥化学反应和防止因粗煤气含尘带油导致等温反应器催化剂结块的作用。

对等温反应器设置旁路，预反应器出来的气体只部分进入等温反应器，1#绝热反应器和2#绝热反应器均加入部分没经过等温反应器反应的气体，以调节1#绝热反应器和2#绝热反应器的出口温度，满足下游蒸汽过热器对工艺气的温度要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种以粗煤气为原料的甲烷合成工艺方法，其特征在于，根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，达到蒸汽消耗与反应后工艺气中 CH₄含量的最佳平衡；工艺流程包括：

1）煤气水汽含量调节：根据系统入口粗煤气中CO和H₂含量来调节水汽含量，使水汽含量F_H2O满足：0.5*（F_CO-F_H2）≤F_H2O≤0.6*（F_CO-F_H2），即水汽含量大于等于0.5倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差，小于等于0.6倍的粗煤气中CO含量与H₂含量之差；

2）预反应：调节好水汽含量的粗煤气加热至预反应器催化剂启活温度后进入预反应器进行预反应，预反应器使用普通耐硫变换催化剂；

3）配气控制及主反应：对经过预反应处理并回收热量后的粗煤气进行配气控制，通过1级等温反应器和2-5级绝热反应器的反应处理与级间热回收，使粗煤气中的CO、H₂反应最终生成CH₄和CO₂；

4）合成气冷却及分离：完成反应的工艺气经低压废热锅炉、除盐水预热器回收热量和循环水冷却，经气液分离后送出系统。

2.一种以粗煤气为原料的甲烷合成系统，其特征在于，包括水汽调节及预反应、配气控制及主反应、合成气冷却及分离三部分；

1）煤气水汽调节及预反部分：其中，水汽调节包含煤气分离器（21）；预反应包括粗煤气加热器（1）、预反应器（2）、1#蒸汽过热器（3）；煤气分离器（21）的入口接粗煤气输入管，煤气分离器（21）设有连接粗煤气加热器（1）的第一管道和用于排除冷凝液的第二管道；粗煤气加热器（1）连接预反应器（2）和等温反应器（4）；1#蒸汽过热器（3）的工艺气侧分别连接预反应器（2）和粗煤气加热器（1）；

2）配气控制及主反应部分，包括等温反应器（4）、蒸汽汽包（5）、锅炉给水循环泵（6）、1#绝热反应器（7）、2#蒸汽过热器（8）、1#锅炉给水预热器（9）、2#绝热反应器（10）、3#蒸汽过热器（11）、2#锅炉给水预热器（12）、3#绝热反应器（13）、3#锅炉给水预热器（14）、4#绝热反应器（15）、4#锅炉给水预热器（16）；等温反应器（4）连接蒸汽包（5）和锅炉给水循环泵（6），通过锅炉给水循环泵（6）强制循环锅炉给水，以吸收等温反应器（4）的反应放热来降低整个系统的温度；等温反应器（4）还通过管道与上游粗煤气加热器（1）和下游1#绝热反应器（7）连接；1#绝热反应器（7）的入口同时连接等温反应器（4）的出口和粗煤气加热器（1）的热侧出口，1#绝热反应器（7）出口经过2#蒸汽过热器（8）和1#锅炉给水预热器（9）连接2#绝热反应器（10）；2#绝热反应器（10）的入口还同时连接粗煤气加热器（1）的热侧出口；2#绝热反应器（10）出口经过3#蒸汽过热器（11）、2#锅炉给水预热器（12）连接3#绝热反应器（13）；3#绝热反应器（13）出口经3#锅炉给水预热器（14）连接4#绝热反应器（15），等温反应器（4）出口也通过管道与3#锅炉给水预热器（14）的入口连接；4#绝热反应器（15）出口经过4#锅炉给水预热器（16）与合成气冷却及分离系统的入口连接；

3）合成气冷却分离部分，包括依次连接的低压废热锅炉（17）、除盐水预热器（18）、合成气水冷器（19）和合成气分离器（20）。

3.根据权利要求2所述以粗煤气为原料的甲烷合成系统，其特征在于，所述预反应器（2）、3#绝热反应器（13）和4#绝热反应器（15）采用普通的立式轴向固定床反应器；1#绝热反应器（7）和2#绝热反应器（10）采用立式轴径向反应器，入口气体从反应器壳体与催化剂床层间的环隙进入催化剂床层，经催化剂床层中间的集气中心筒汇集后出反应器。

4.根据权利要求2以粗煤气为原料的甲烷合成系统，其特征在于，所述等温反应器（4）采用立式“火管”型和“水管”型等温反应器，通过锅炉给水副产蒸汽移走反应热；该等温反应器（4）副产蒸汽压力在4.0MPaA～12MPaA之间，蒸汽在装置内经过过热处理后满足动力蒸汽的品质要求。

5.根据权利要求2以粗煤气为原料的甲烷合成系统，其特征在于，所述水汽调节部分还包含依次连接的2#低压废热锅炉（22）和2#煤气分离器（23）。

6.根据权利要求2所述以粗煤气为原料的甲烷合成系统的应用，其特征在于，其工艺为：进入系统的粗煤气调整水汽含量后通过粗煤气加热器（1）加热至催化剂的启活温度，然后进入预反应器（2）进行预反应，预反应器（2）出口气体依次经过1#蒸汽过热器（3）、粗煤气加热器（1）回收热量后分三股：第一股气体进入等温反应器（4）进行反应，等温反应器（4）利用锅炉给水副产蒸汽移走反应热；第二股和第三股不经过等温反应器（4）而分别直接进入1#绝热反应器（7）和2#绝热反应器（10）；等温反应器（4）出口气体分两股：第一股气体与预反应器（2）出口经热量回收之后的第二股气体混合进入1#绝热反应器（7）进行反应，第二股气体将与3#绝热反应器（13）出口气体混合后送至3#锅炉给水预热器（14）；1#绝热反应器（7）出口气体经过2#蒸汽过热器（8）和1#锅炉给水预热器（9）回收热量后与预反应器（2）出口经热量回收之后的第三股气体混合进入2#绝热反应器（10）进行反应；2#绝热反应器（10）出口气体依次经过3#蒸汽过热器（11）、2#锅炉给水预热器（12）回收热量冷却后进入3#绝热反应器（13）进行反应；3#绝热反应器（13）出口气体与等温反应器（4）出口第二股气体混合，经3#锅炉给水预热器（14）回收热量冷去后进入4#绝热反应器（15）进行反应，4#绝热反应器（15）出口气体经过4#锅炉给水预热器（16）、低压废热锅炉（17）、除盐水预热器（18）逐渐回收热量后依次进入合成气水冷器（19）和合成气分离器（20）进行冷却分离处理后送出界区。