DE102021125884A1 - Process and device for producing a methane-containing product gas - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgas gerichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Eduktgas in einem ersten Reaktor zunächst drucklos umgesetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.The present invention is directed to a method for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide and hydrogen-containing feed gas. The process according to the invention provides that the educt gas is initially reacted without pressure in a first reactor. Furthermore, the invention relates to a device in which the method according to the invention can be carried out.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgas. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Eduktgas in einem ersten Reaktor zunächst drucklos umgesetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung beinhaltet einen ersten drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor sowie einen zweiten druckgeladenen Methanisierungsreaktor.The present invention relates to a method for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide and hydrogen-containing feed gas. The process according to the invention provides that the educt gas is initially reacted without pressure in a first reactor. Furthermore, the invention relates to a device in which the method according to the invention can be carried out. The device includes a first methanation reactor operated without pressure and a second pressurized methanation reactor.

Technischer Hintergrund und Stand der TechnikTechnical background and state of the art

Der Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung ist stetig steigend. Mittel- bis langfristig werden statt der fossilen Brennstoffe auch große Mengen nachhaltig hergestellter Kohlenstoff-basierter Kraftstoffe, z.B. für den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr, sowie Basischemikalien benötigt. Das Power-to-Gas Konzept, bei dem elektrische Energie aus erneuerbaren Energien zur Herstellung von Brenngasen verwendet wird, gewinnt durch diese Entwicklung immer mehr an Bedeutung. Somit ist es auch von wachsendem Interesse, Verfahren zur Herstellung von methanhaltigen Gasen bereitzustellen, die einen hohen Umsatz an Kohlenstoffoxiden aufweisen.The share of renewable energies in the energy supply is steadily increasing. In the medium to long term, instead of fossil fuels, large amounts of sustainably produced carbon-based fuels, e.g. for air, ship and heavy goods traffic, as well as basic chemicals will be required. The power-to-gas concept, in which electrical energy from renewable energies is used to produce fuel gases, is becoming increasingly important as a result of this development. It is therefore also of growing interest to provide processes for the production of methane-containing gases which have a high conversion of carbon oxides.

Methan kann generell durch Reaktion von Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff gewonnen werden. Aus den nachfolgenden Gleichungen (Gl. 1 und Gl. 2 ist die Stöchiometrie der Methanisierungsreaktionen ersichtlich: $$\begin{array}{cc}3{\text{ H}}_{\text{2}}+\text{CO}\rightleftharpoons {\text{CH}}_4+{\text{H}}_2\text{O}& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-\mathrm{206,4}\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

$$\begin{array}{cc}{\text{4 H}}_{\text{2}}+{\text{CO}}_2\rightleftharpoons {\text{CH}}_4+{\text{H}}_2\text{O}& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-\mathrm{164,9}\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

Methane can generally be obtained by reacting carbon monoxide and/or carbon dioxide with hydrogen. The following equations (Eq. 1 and Eq. 2) show the stoichiometry of the methanation reactions: $$\begin{array}{cc}3{\text{<figure-callout id="2" label="H" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">H</figure-callout>}}_{\text{2}}+\text{CO}\rightleftharpoons {\text{<figure-callout id="4" label="CH" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">CH</figure-callout>}}_4+{\text{H}}_2\text{O}& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-206.4\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

$$\begin{array}{cc}{\text{4 <figure-callout id="2" label="h" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">h</figure-callout>}}_{\text{2}}+{\text{<figure-callout id="2" label="CO" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">CO</figure-callout>}}_2\rightleftharpoons {\text{<figure-callout id="4" label="CH" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">CH</figure-callout>}}_4+{\text{H}}_2\text{O}& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-164.9\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

In Abhängigkeit von den vorherrschenden Reaktionsbedingungen stellt sich ein komplexes Gleichgewicht zwischen den Reaktionen ein, welche durch die nachfolgende Wassergas-Shift-Reaktion (Gl. 3) miteinander gekoppelt sind: $$\begin{array}{cc}\text{CO}+{\text{H}}_2\text{O}\rightleftharpoons {\text{H}}_2+{\text{CO}}_2& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-\mathrm{41,5}\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

Depending on the prevailing reaction conditions, a complex equilibrium is established between the reactions, which are coupled to one another by the subsequent water-gas shift reaction (Eq. 3): $$\begin{array}{cc}\text{CO}+{\text{H}}_2\text{O}\rightleftharpoons {\text{<figure-callout id="2" label="H" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">H</figure-callout>}}_2+{\text{<figure-callout id="2" label="CO" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">CO</figure-callout>}}_2& \mathrm{\Delta }{\text{H}}_{\text{R}}{}^{\text{0}}=-41.5\text{kJ}/\text{mol}\end{array}$$

Die Methansynthese wird klassischerweise in chemischen Reaktoren durchgeführt, welche die Wärme, die bei der exothermen Reaktion entsteht, auskoppeln können. Meist bestehen die Anlagen für die Methansynthese aus einem komplexen System aus mehreren Reaktoren und Gaskreisläufen. Zudem ist den meisten Anlagen gemeinsam, dass sie versuchen, dem Auftreten von katalysatorschädigenden Temperaturspitzen im Katalysatorbett entgegenzuwirken. Einen Überblick über bekannte Verfahren bietet ein Artikel von Kopyscinski et al. („Production of synthetic natural gas (SNG) from coal and dry biomass - A technology review from 1950 to 2009“, Fuel. 89(8), 2010, Seiten 1763-1783). Auch Rönsch et al. beschreiben die gängigsten kommerziell verwendeten Technologien („Methanisierung von Synthesegasen“ - Grundlagen und Verfahrensentwicklungen, Chemie Ingenieur Technik, 83(8), 2011, Seiten 1200-1208).Methane synthesis is traditionally carried out in chemical reactors, which can extract the heat generated during the exothermic reaction. Most of the plants for methane synthesis consist of a complex system of several reactors and gas circuits. What most plants also have in common is that they try to counteract the occurrence of catalyst-damaging temperature peaks in the catalyst bed. An article by Kopyscinski et al. (“Production of synthetic natural gas (SNG) from coal and dry biomass - A technology review from 1950 to 2009”, Fuel. 89(8), 2010, pages 1763-1783). Rönsch et al. describe the most common commercially used technologies ("methanation of synthesis gases" - basics and process developments, Chemie Ingenieur Technik, 83(8), 2011, pages 1200-1208).

Der Anlagenkapazität sind im Stand der Technik ebenfalls keine Grenzen gesetzt. Über großskalige Methanisierungssysteme (> 100 MW) wurde in der einschlägigen Literatur bereits ausgiebig berichtet. Die Systeme sind jedoch für den Betrieb mit klassischem Synthesegas (H₂, CO) ausgelegt und nur bedingt für einen dynamischen Betrieb mit erneuerbaren Energien und CO₂ geeignet.There are also no limits to the system capacity in the state of the art. Large-scale methanation systems (> 100 MW) have already been extensively reported in the relevant literature. However, the systems are designed for operation with classic synthesis gas (H ₂ , CO) and are only conditionally suitable for dynamic operation with renewable energies and CO ₂ .

Zudem wird empfohlen, die gängigen Verfahren zur Herstellung methanhaltiger Produktgase durchgängig druckgeladen zu fahren, um eine hohe Ausbeute an Methan zu erzielen. Dies schlägt sich aber in hohen Investitions- und Betriebskosten nieder und erschwert einen marktwirtschaftlichen Betrieb der Anlagen im „Power-to-Gas“ Energiesegment.In addition, it is recommended that the common processes for the production of methane-containing product gases are continuously pressurized in order to achieve a high methane yield. However, this is reflected in high investment and operating costs and makes it difficult to operate the systems in the "power-to-gas" energy segment in a market-oriented manner.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein energieeffizienteres Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases zu entwickeln. Außerdem sollte auch eine Vorrichtung angegeben werden, in der das Verfahren durchgeführt werden kann. Verfahren und Vorrichtung sollten sich durch niedrige Betriebs- und Investitionskosten auszeichnen. Zudem sollten Verfahren und Vorrichtung so gestaltet sein, dass hohe Laständerungsgeschwindigkeiten möglich sind. Dadurch kann die Vorrichtung mit einer Power to Gas-Anlagen gekoppelt werden.It was therefore the object of the present invention to develop a more energy-efficient process for producing a methane-containing product gas. In addition, a device should also be specified in which the method can be carried out. Method and device should be characterized by low operating and investment costs. In addition, the method and device should be designed in such a way that high load change speeds are possible. As a result, the device can be coupled with a power-to-gas system.

Diese Aufgabe wurde hinsichtlich des Verfahrens durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object was achieved by the subject matter of independent claim 1 with regard to the method and by the subject matter of independent claim 9 with regard to the device. Advantageous embodiments are described in the dependent claims.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfasst die folgenden Schritte: (a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird, und (b) Unterziehen des in Schritt (a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das methanhaltige Gas aus Schritt (a), wobei Schritt (a) und (b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt (b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor durchgeführt wird.The inventive method for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide-containing and hydrogen-containing Gen feed gas, comprises the following steps: (a) subjecting the feed gas in a first reactor to a methanation reaction, the methanation in the first reactor being operated without pressure, and (b) subjecting the methane-containing gas obtained in step (a) to gas conditioning to achieve the methane-containing product gas which has a higher methane content than the methane-containing gas from step (a), wherein steps (a) and (b) are each carried out in the presence of a catalyst, and wherein the gas conditioning in step (b) comprises a methanation reaction which is carried out in a pressurized second reactor.

Unter dem „drucklosen Betreiben der Methanisierung“ ist zu verstehen, dass das Eduktgas in Gegenwart eines Katalysators bei einem absoluten Druck von 1,0 bar bis 3,0 bar umgesetzt wird. Bevorzugt ist der Druck, bei dem die Umsetzung stattfindet, geringfügig höher als der aktuelle Atmosphärendruck und liegt im Bereich von 1,1 bis 2,0 bar. Ein Überdruck von weniger als 1,5 bar wird besonders bevorzugt unter dem „drucklosen Betreiben der Methanisierung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden. Insgesamt wird also der erste Reaktor, in dem die Methanisierung stattfindet nicht nennenswert mit Druck beaufschlagt. “Operating the methanation without pressure” means that the educt gas is converted in the presence of a catalyst at an absolute pressure of 1.0 bar to 3.0 bar. The pressure at which the reaction takes place is preferably slightly higher than the actual atmospheric pressure and is in the range from 1.1 to 2.0 bar. An overpressure of less than 1.5 bar is particularly preferably understood as “operating the methanation without pressure” in the context of the present invention. Overall, therefore, the first reactor in which the methanation takes place is not appreciably pressurized.

Als Katalysator kann sowohl in Schritt (a) als auch in Schritt (b) ein bekannter Feststoffkatalysator eingesetzt werden. Solche Feststoffkatalysatoren sind beispielsweise Katalysatoren auf Nickelbasis, die kommerziell erhältlich sind. Der Katalysator in Schritt (a) kann gleich oder verschieden von dem Katalysator in Schritt (b) sein. Die Verwendung von verschiedenen Katalysatoren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sie vorher auf die unterschiedlichen Reaktionsbedingungen in Schritt (a) und (b) abgestimmt werden.A known solid catalyst can be used as the catalyst both in step (a) and in step (b). Such solid catalysts are, for example, nickel-based catalysts which are commercially available. The catalyst in step (a) can be the same as or different from the catalyst in step (b). The use of different catalysts makes sense in particular when they have been matched beforehand to the different reaction conditions in steps (a) and (b).

Das Eduktgas kann vor Eintritt in den ersten Reaktor, d.h. vor Schritt (a), vorgeheizt werden, bevorzugt auf eine Temperatur von 180 bis 350°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von 200 bis 300°C, insbesondere auf eine Temperatur von 225 bis 280°C. Im Inneren des ersten Reaktors herrschen durch die exotherme Methanisierungsreaktion noch höhere Temperaturen. Die optimale Betriebstemperatur hängt maßgeblich von dem gewählten Katalysator ab und sollte nach Wahl des Katalysators entsprechend angepasst werden.Before entering the first reactor, i.e. before step (a), the reactant gas can be preheated, preferably to a temperature of 180 to 350° C., particularly preferably to a temperature of 200 to 300° C., in particular to a temperature of 225 to 280°C. The temperatures inside the first reactor are even higher due to the exothermic methanation reaction. The optimum operating temperature depends largely on the catalyst selected and should be adjusted accordingly after the catalyst has been selected.

Zum Vorheizen des Eduktgases wird bevorzugt ein erster Wärmetauscher oder erster Rekuperator verwendet. Mit Blick auf eine erfolgreiche Wärmeintegration und eine vorteilhafte Energiebilanz des Verfahrens ist es bevorzugt, wenn das heiße Gasgemisch, das am Ausgang des ersten Reaktors erhalten wird, zur Vorheizung des Eduktgases verwendet wird und durch diesen ersten Wärmetauscher oder Rekuperator geleitet wird, um zumindest einen Teil seiner Wärme an das Eduktgas abzugeben.A first heat exchanger or first recuperator is preferably used to preheat the educt gas. With a view to successful heat integration and an advantageous energy balance of the process, it is preferred if the hot gas mixture obtained at the outlet of the first reactor is used to preheat the reactant gas and is passed through this first heat exchanger or recuperator to at least a part to give up its heat to the educt gas.

Das kohlenstoffoxidhaltige und wasserstoffhaltige Eduktgas umfasst bevorzugt Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Das Stöchiometrieverhältnis SN des kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgases, welches sich nach der folgenden Gleichung 4 berechnet, beträgt bevorzugt 0,8 bis 1,20, besonders bevorzugt 0,96 bis 1,05. $$\text{SN}=\frac{{\text{y}}_{{\text{H}}_{\text{2}}}}{3{\text{y}}_{\text{CO}}+4{\text{y}}_{{\text{CO}}_{\text{2}}}}$$

The reactant gas containing carbon oxide and hydrogen preferably comprises hydrogen and carbon dioxide. The stoichiometry ratio SN of the starting gas containing carbon oxide and hydrogen, which is calculated according to Equation 4 below, is preferably from 0.8 to 1.20, particularly preferably from 0.96 to 1.05. $$\text{SN}=\frac{{\text{y}}_{{\text{H}}_{\text{2}}}}{3{\text{y}}_{\text{CO}}+4{\text{y}}_{{\text{<figure-callout id="2" label="CO" filenames="DE102021125884A1\_0006.png,DE102021125884A1\_0007.png" state="{{state}}">CO</figure-callout>}}_{\text{2}}}}$$

Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrere Vorteile. Einerseits kann das Kohlenstoffoxidgas mit einem niedrigen Druckniveau direkt als Edukt eingesetzt werden. Es bedarf keiner vorherigen Verdichtung, die mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden wäre. The method according to the invention has several advantages. On the one hand, the carbon oxide gas can be used directly as a starting material at a low pressure level. It does not require any prior compression, which would entail additional energy expenditure.

Aus diesem Grund bietet es sich an, den Betrieb einer Biogasanlage oder einer Direct Air Capture Anlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren. Bei beiden Anlagen fallen großen Mengen an CO₂ auf einem niedrigen Druckniveau an, welche dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt zugeführt werden können.For this reason it makes sense to combine the operation of a biogas plant or a direct air capture plant with the method according to the invention. Both plants produce large amounts of CO ₂ at a low pressure level, which can be fed directly to the process according to the invention.

Auch der benötigte Wasserstoff kann drucklos bereitgestellt werden, beispielsweise aus einer Wasserelektrolyse. Bevorzugt ist der Wasserstoff, der im Eduktgas enthalten ist, grüner Wasserstoff, der unter Einsatz von erneuerbaren Energien aus einer Wasserelektrolyse erhalten wurde. Erneuerbare Energien bezeichnen regenerative Energien, die nicht auf Atomkraft und nicht auf nicht-fossile Energieträger zurückgehen. Beispiele für erneuerbare Energien sind Sonnen-, Wind-, Wasser-, Bioenergie oder Geothermie.The required hydrogen can also be provided without pressure, for example from a water electrolysis. The hydrogen contained in the educt gas is preferably green hydrogen that was obtained from water electrolysis using renewable energies. Renewable energies refer to regenerative energies that are not based on nuclear power and non-fossil energy sources. Examples of renewable energies are solar, wind, water, bioenergy or geothermal energy.

Andererseits verringert sich die in dem Verfahren insgesamt aufzubringende Kompressionsarbeit dadurch, dass die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird. Dies liegt unter anderem daran, dass Methanisierungsreaktionen volumenreduzierend sind. Dadurch muss in den nach Verfahrensschritt (a) folgenden Verfahrensschritten, ein Volumen verdichtet werden, das kleiner ist als das Ausgangsvolumen, d.h. die insgesamt benötigte Verdichterleistung wird reduziert.On the other hand, the compression work to be applied overall in the process is reduced because the methanation in the first reactor is operated without pressure. One of the reasons for this is that methanation reactions reduce the volume. As a result, in the method steps following method step (a), a volume must be compressed that is smaller than the initial volume, i.e. the overall required compressor capacity is reduced.

Darüber hinaus kann der Umsatz der Kohlenstoffoxide im Eduktgas in dem ersten Reaktor durch das Reaktorvolumen und die Verweilzeit limitiert sein. Bei einem ersten Reaktor mit einem kleinen Reaktorvolumen und einer kurzen durchschnittlichen Verweilzeit des Eduktgases kann der Kohlenstoffoxid-Umsatz weniger als 70 % oder weniger als 60 % betragen. Folglich entsteht im ersten Reaktor nur eine geringe Wärmemenge durch die exotherme Methanisierungsreaktion. Es kommt lediglich zu einem moderaten Temperaturanstieg in der Katalysatorzone höchster Aktivität. Eine Ausbildung von Temperaturspitzen (sogenannten „Hot Spots“) wird reduziert, was den Katalysator schont und sich positiv auf dessen Lebensdauer auswirkt. Zudem ist bei einem limitierten Kohlenstoffoxid-Umsatz von weniger als 70 % oder weniger als 60 % im ersten Reaktor kein Wassermanagement zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktor nötig. Unter Wassermanagement wird dabei die Zugabe von Wasser/ Dampf, um Deaktivierungsmechanismen am Katalysator zu vermeiden.In addition, the conversion of the carbon oxides in the reactant gas in the first reactor can be limited by the reactor volume and the residence time. In a first reactor with a small reactor volume and a short average residence time of the educt gas, the carbon oxide conversion is less than 70% or less than 60%. Consequently, only a small amount of heat is generated in the first reactor by the exothermic methanation reaction. There is only a moderate increase in temperature in the catalyst zone of highest activity. The formation of temperature peaks (so-called "hot spots") is reduced, which protects the catalyst and has a positive effect on its service life. In addition, with a limited carbon oxide conversion of less than 70% or less than 60% in the first reactor, no water management is required between the first and the second reactor. Water management involves the addition of water/steam in order to avoid deactivation mechanisms on the catalyst.

In einer Variante des Verfahrens, insbesondere wenn der erste Reaktor mit maximalem Umsatz betrieben wird, weist der zweite Reaktor, der dem ersten Reaktor nachgeschaltet ist, ein kleineres Katalysatorvolumen auf als der erste Reaktor. Zudem kann der zweite nachgeschaltete Reaktor insgesamt ein kleineres Reaktorvolumen aufweisen als der erste Reaktor. Wird der erste Reaktor umsatzlimitiert betrieben, können Reaktorvolumen und/oder Katalysatorvolumen des zweiten Reaktors gleich groß oder sogar größer als beim ersten Reaktor sein.In a variant of the process, particularly when the first reactor is operated at maximum conversion, the second reactor, which is downstream of the first reactor, has a smaller catalyst volume than the first reactor. In addition, the second downstream reactor can have a smaller reactor volume overall than the first reactor. If the first reactor is operated with limited turnover, the reactor volume and/or catalyst volume of the second reactor can be the same as or even larger than that of the first reactor.

Die Wärmemenge, die im ersten Reaktor entsteht, kann für die nach Schritt (a) folgenden Schritte wieder eingekoppelt bzw. verwendet werden. Dies wirkt sich vorteilhaft aus und führt zu geringen Kosten beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weiterhin können durch die zweistufige Verfahrensführung mit zwei Druckniveaus Wärmemanagement-Maßnahmen wie z.B. eine gestufte Gaszuführung in den Reaktor, eine Verdünnung mit Dampf oder die Einrichtung von Rückführungen (die üblicherweise zur Vermeidung von Hot-Spots angewandt werden) entfallen.The amount of heat that arises in the first reactor can be fed back in or used for the steps following step (a). This has an advantageous effect and leads to low costs when operating the method according to the invention. Furthermore, due to the two-stage process with two pressure levels, heat management measures such as a staged gas feed into the reactor, a dilution with steam or the establishment of recycles (which are usually used to avoid hot spots) can be omitted.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, zur Vorbereitung auf eine längere Standzeit nicht mit Schutzgasen (z.B. N₂ oder H₂) gespült werden muss. Die „Standby“-Haltung kann unter der Atmosphäre des Eduktgases oder des methanhaltigen Gases erfolgen. Es muss lediglich vermieden werden, dass Wasserdampf auskondensiert, da dies den Katalysator desaktivieren würde. Das kann entweder durch eine entsprechende Temperierung bzw. Warmhaltung geschehen oder es wird sichergestellt, dass die Atmosphäre, unter der die „Standby“-Haltung erfolgt, keinen Wasserdampf mehr enthält.A further advantage is that the device in which the method according to the invention can be carried out does not have to be flushed with protective gases (eg N ₂ or H ₂ ) in preparation for a longer service life. The "standby" position can take place under the atmosphere of the educt gas or the methane-containing gas. It is only necessary to prevent water vapor from condensing out, as this would deactivate the catalytic converter. This can either be done by appropriate temperature control or keeping warm, or it is ensured that the atmosphere under which the “standby” takes place no longer contains any water vapor.

Ohne an diesen Erklärungsansatz gebunden sein zu wollen, wird vermutet, dass die „Standby“-Haltung des Reaktors unter Eduktgas oder methanhaltigem Gas wegen deren Redoxeigenschaften möglich ist. Am Katalysatorkorn stellt sich ein Gleichgewicht ein: Die Kohlenstoffgase CO₂ und CO führen zu Oxidationsvorgängen, während Wasserstoff zu Reduktionsvorgängen führt. Dies erspart dem Betreiber einer entsprechenden Anlage den Aufwand zusätzlicher Verfahrensschritte. Insbesondere reduziert eine solche „Standby“-Haltung die Anfahrzeit in den Produktionsbetrieb, da das Spül- bzw. Schutzgas nicht erst aus dem Reaktor verdrängt werden muss. Folglich trägt der Verzicht auf Schutzgase auch zu einem erhöhten Nutzungsgrad der Anlage bei.Without wishing to be bound by this explanation, it is assumed that it is possible to keep the reactor on “standby” under reactant gas or methane-containing gas because of their redox properties. An equilibrium is established at the catalyst grain: the carbon gases CO ₂ and CO lead to oxidation processes, while hydrogen leads to reduction processes. This saves the operator of a corresponding system the expense of additional process steps. In particular, such a "standby" position reduces the start-up time in production operations, since the purge or protective gas does not first have to be expelled from the reactor. Consequently, doing without protective gases also contributes to an increased degree of utilization of the system.

Das methanhaltige Gas, das nach Schritt (a) erhalten wird, also das Gasgemisch aus noch nicht umgesetztem Eduktgas und methanhaltigem Produktgas, wird vor Eintritt in den zweiten Reaktor komprimiert, bevorzugt auf einen Druck von 5 bis 30 bar, besonders bevorzugt 5 bis 25 bar, insbesondere auf einen Druck von 6 bis 22 bar.The methane-containing gas obtained after step (a), i.e. the gas mixture of reactant gas which has not yet reacted and methane-containing product gas, is compressed before entering the second reactor, preferably to a pressure of 5 to 30 bar, particularly preferably 5 to 25 bar , In particular to a pressure of 6 to 22 bar.

Der erste Reaktor und der zweite Reaktor können mittels eines Wärmekreislaufes oder zweier Wärmekreisläufe temperiert werden. Optional können die Wärmekreisläufe des ersten Reaktors und des zweiten Reaktors miteinander verschaltet sein. In den Wärmekreisläufen können alle gängigen Temperiermedien eingesetzt werden.The temperature of the first reactor and the second reactor can be controlled by means of a heat circuit or two heat circuits. Optionally, the heat circuits of the first reactor and the second reactor can be interconnected. All common temperature control media can be used in the heating circuits.

Bei einer Temperierung mittels Druckwasser bzw. Wasserdampf können die Gase so geführt werden, dass der erste und/oder der zweite Reaktor von unten nach oben durchströmt werden. Im unteren Teil der Reaktoren, in dem sich dann jeweils die Gaseinlässe befinden und in dem sich dann häufiger Temperaturspitzen bilden, steht Druckwasser, welches verdampft. Die eintretende Verdampfung sorgt für einen guten Wärmeübergang, homogenisiert die Temperaturverteilung und führt zu weniger ausgeprägten Hot Spots.In the case of temperature control by means of pressurized water or steam, the gases can be guided in such a way that the flow through the first and/or the second reactor is from bottom to top. In the lower part of the reactors, in which the gas inlets are located and in which temperature peaks often form, there is pressurized water, which evaporates. The evaporation that occurs ensures good heat transfer, homogenizes the temperature distribution and leads to less pronounced hot spots.

In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gänzlich auf eine Temperierung des zweiten Reaktors mittels Wärmekreislauf verzichtet. In diesem Fall wird der zweite Reaktor vollkommen adiabat betrieben. Ebenso ist es möglich, für den zweiten Reaktor eine Kombination aus adiabatem Betrieb und Temperierung axial zur Reaktorlänge zu wählen. Dabei wird insbesondere das Katalysatormaterial nahe des Gasaustritts temperiert, um dem thermodynamischen Gleichgewicht möglichst nahe zu kommen und hohe Umsatzgrade zu erzielen.In a special variant of the method according to the invention, temperature control of the second reactor by means of heat circulation is dispensed with entirely. In this case, the second reactor is operated completely adiabatically. It is also possible to choose a combination of adiabatic operation and temperature control axially to the reactor length for the second reactor. In particular, the temperature of the catalyst material near the gas outlet is controlled in order to come as close as possible to thermodynamic equilibrium and to achieve high conversion rates.

Bevorzugt wird das Produktwasser des ersten Reaktors, d. h. das im Gasgemisch am Ausgang des ersten Reaktors enthaltene Wasser, zumindest teilweise zur Bereitstellung einer Wasserlast des zweiten Reaktors verwendet. Hierfür kann das bei der Methanisierungsreaktion entstandene Wasser entweder in dem nach Schritt (a) erhaltenen Gasgemisch verbleiben und wird so als Teil des Gasgemisches in den zweiten Reaktor eingespeist. Alternativ kann zumindest ein Teil des im Gasgemisch enthaltenen Wasserdampfes direkt nach Austritt aus dem ersten Reaktor abgetrennt und zwischengespeichert werden. Eine geeignete Menge dieses zwischengespeicherten Wasserdampfes kann dem Gasgemisch dann vor Eintritt in den zweiten Reaktor wieder beigefügt werden. Die optimale Menge an Wasser bzw. die optimale Wasserlast für den zweiten Reaktor kann ausgehend von der Zusammensetzung des nach dem ersten Reaktor erhaltenen Gasgemischs ermittelt werden. Als „Regelgröße“ sind der Volumenstrom und der Methangehalt maßgeblich. Aber auch andere Faktoren wie die Stöchiometrie des Gases können in die Bestimmung der optimalen Wasserlast einfließen. Insgesamt wird für die Ermittlung der optimalen Wasserlast auf Gleichgewichtsberechnungen zurückgegriffen, die für einige Betriebspunkte in einer Steuereinheit hinterlegt werden können.The product water of the first reactor, ie the water contained in the gas mixture at the outlet of the first reactor, is preferably used at least partly to provide a water load for the second reactor. This can help The water formed in the methanation reaction either remains in the gas mixture obtained after step (a) and is thus fed into the second reactor as part of the gas mixture. Alternatively, at least part of the water vapor contained in the gas mixture can be separated off and temporarily stored immediately after exiting the first reactor. A suitable amount of this intermediately stored water vapor can then be added back to the gas mixture before it enters the second reactor. The optimal amount of water or the optimal water load for the second reactor can be determined on the basis of the composition of the gas mixture obtained after the first reactor. The volume flow and the methane content are decisive as "control variables". However, other factors such as the stoichiometry of the gas can also influence the determination of the optimum water load. Overall, equilibrium calculations are used to determine the optimum water load, which can be stored in a control unit for some operating points.

Der erste und der zweite Reaktor können vom gleichen Reaktortyp sein oder von unterschiedlichen Reaktortypen. Der Reaktortyp kann beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Rohrreaktor, Rohrbündelreaktor, Festbettreaktor, Plattenreaktor, Slurryreaktor, Wirbelschichtreaktor, Wabenreaktor und Blasensäulenreaktor ausgewählt sein. Bevorzugt ist der erste Reaktor als Plattenreaktor ausgeführt. Die Verwendung eines Plattenreaktors ist insbesondere bei dem ersten Reaktor vorteilhaft, da dieser drucklos betrieben wird. Es fallen dann geringe Material- und Investitionskosten an.The first and the second reactor can be of the same reactor type or of different reactor types. The reactor type can be selected, for example, from the group consisting of tube reactor, tube bundle reactor, fixed bed reactor, plate reactor, slurry reactor, fluidized bed reactor, honeycomb reactor and bubble column reactor. The first reactor is preferably designed as a plate reactor. The use of a plate reactor is particularly advantageous for the first reactor since it is operated without pressure. There are then low material and investment costs.

Unter einem Plattenreaktor im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Reaktor mit Festbettkatalysatorschüttung und Thermoblechen verstanden werden. Dieser ist durch die leichte und kompakte Bauweise gut skalierbar.A plate reactor in the context of the present invention can be understood to mean a reactor with a fixed catalyst bed and thermoplates. This is easily scalable due to the light and compact design.

In einer ersten Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst die Gaskonditionierung in Schritt b) neben der Methanisierungsreaktion in dem druckgeladenen zweiten Reaktor auch noch einen oder mehrere Nachbearbeitungsprozesse.In a first embodiment of the method, the gas conditioning in step b) also includes one or more post-processing processes in addition to the methanation reaction in the pressurized second reactor.

Die Gaskonditionierung in Schritt b) kann beispielsweise neben der Methanisierungsreaktion in dem druckgeladenen zweiten Reaktor noch ein Gasreinigungsverfahren umfassen. Dieses Gasreinigungsverfahren wird bevorzugt unter Verwendung mindestens einer Membraneinheit durchgeführt. Unterschiedliche Typen von Membraneinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es gibt beispielsweise einstufige Membraneinheiten vom Schlauchmembrantyp, z. B. Rohrmodule und Kapillar-/Hohlfasermodule, und vom Flachmembrantyp, z. B. Plattenmodule und Wickelmodule. Außerdem gibt es mehrstufige Membraneinheiten mit seriell hintereinander geschalteten Membranabtrennstufen.The gas conditioning in step b) can, for example, also include a gas cleaning process in addition to the methanation reaction in the pressurized second reactor. This gas cleaning process is preferably carried out using at least one membrane unit. Different types of membrane units are known from the prior art. There are, for example, single-stage membrane units of the tubular membrane type, e.g. B. tubular modules and capillary / hollow fiber modules, and of the flat membrane type, z. B. Plate modules and winding modules. There are also multi-stage membrane units with membrane separation stages connected in series.

In einer anderen Variante des Verfahrens kann die Gaskonditionierung einen weiteren Schritt umfassen, in welchem dem Produktgas Additive zugegeben werden, bevorzugt Inertgase und/oder kurzkettige Alkane, z.B. Ethan, Propan, Butan und/oder Pentan. In dieser Weise können alle Erdgasqualitäten (H-Gas, L-Gas etc.) aus dem Produktgas des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnen werden und es können alle Kraft- und Brennstoffmärkte bedient werden.In another variant of the process, the gas conditioning can comprise a further step in which additives are added to the product gas, preferably inert gases and/or short-chain alkanes, e.g. ethane, propane, butane and/or pentane. In this way, all natural gas qualities (H-gas, L-gas, etc.) can be obtained from the product gas of the process according to the invention and all power and fuel markets can be served.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Gaskonditionierung zusätzlich eine Verflüssigung umfassen, die sich an die Methanisierungsreaktion im zweiten Reaktor anschließt. Somit kann auch Flüssigmethan durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden.In a further embodiment, the gas conditioning can additionally comprise a liquefaction, which follows the methanation reaction in the second reactor. Thus, liquid methane can also be produced by the method according to the invention.

Vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich bei der Erzeugung von Kraft- und Brennstoffen und bei der Erzeugung eines in das Erdgasnetz einspeisefähigen Erdgassubstitutes.Advantageous uses of the method according to the invention arise in the production of motor fuels and in the production of a natural gas substitute that can be fed into the natural gas network.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt werden kann, umfasst einen ersten, mit einem Katalysator bestückten, drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor zur Gewinnung eines methanhaltigen Gases, und einen zweiten, ebenfalls mit einem Katalysator bestückten, aber druckgeladenen Methanisierungsreaktor zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das im ersten Methanisierungsreaktor gewonnene methanhaltige Gas. Die für das Verfahren beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.The device according to the invention, in which the process can be carried out, comprises a first methanation reactor, which is equipped with a catalyst and is operated without pressure, for obtaining a methane-containing gas, and a second methanation reactor, which is also equipped with a catalyst but is pressurized, for obtaining the methane-containing product gas, the has a higher methane content than the methane-containing gas obtained in the first methanation reactor. The preferred embodiments described for the method also apply to the device according to the invention.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the Preferred Embodiments

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren und Daten näher erläutert, ohne die Erfindung darauf beschränken zu wollen.

• 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem ersten Konzept, bei dem der erste und der zweite Reaktor temperiert werden.
• 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem zweiten Konzept, bei dem der erste Reaktor temperiert wird und der zweite Reaktor teilweise adiabat betrieben wird und teilweise, nämlich nahe des Gasaustrittsendes, temperiert wird.
• 3 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der erste Reaktor temperiert wird und der zweite Reaktor vollkommen adiabat betrieben wird.
• 4 ist eine Übersicht der wichtigsten Verfahrensparameter bei der konventionellen Methansynthese und zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verfahrensparameter wurden in einer Simulation mit dem Programm IPSEpro berechnet.

Preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the following figures and data, without wishing to limit the invention thereto.

• 1 shows a plant for carrying out the process according to the invention according to a first concept, in which the first and the second reactor are temperature-controlled.
• 2 shows a plant for carrying out the process according to the invention according to a second concept, in which the first reactor is temperature-controlled and the second reactor is operated partially adiabatically and partially, namely near the end of the gas outlet, is temperature-controlled.
• 3 shows a plant for carrying out the process according to the invention, in which the first reactor is temperature-controlled and the second reactor is operated completely adiabatically.
• 4 is an overview of the most important process parameters in conventional methane synthesis and two variants of the process according to the invention. The process parameters were calculated in a simulation using the IPSEpro program.

In der Anlage in 1 werden die Eduktgase, insbesondere Wasserstoff und Kohlenstoffoxide, aus einer Dosiereinheit1 in einen drucklos betriebenen ersten Reaktor 2 geleitet und dort in Gegenwart eines Katalysators zu einem methanreichen Gasgemisch (Zwischenprodukt) umgesetzt. Der erste Reaktor 2 kann ein Plattenreaktor sein, der eine Festbettkatalysatorschüttung und Thermobleche umfasst. Der erste Reaktor wird mit Hilfe eines Wärmemanagementsystems 5 temperiert. Das Wärmemanagementsystem 5 kann Kreisläufe für Temperiermedien wie z.B. Druckwasser, Salz oder Thermalöl aufweisen. Die Temperierung des ersten Reaktors 2 beinhaltet die Erwärmung auf eine erforderliche, katalysatorabhängige Betriebstemperatur zwischen 180 und 350°C. Der erste Reaktor 2 kann so ausgelegt und betrieben werden, dass ein maximaler Konversionsgrad der zugeführten Edukte erreicht wird. Alternativ kann der erste Reaktor 2 auch umsatzlimitiert ausgelegt und betrieben werden. Das methanreiche Gasgemisch, welches als Zwischenprodukt erhalten wird, wird nach Austritt aus dem ersten Reaktor 2 gekühlt. Das bei der Reaktion entstandene Wasser wird auskondensiert und einem Wassermangementsystem 6 zugeführt. Anschließend wird das in dieser Weise getrocknete Gasgemisch mit Hilfe einer Verdichtereinheit 4 komprimiert und, wie in 1 dargestellt, mittels eines Wärmestromes aus dem Wärmemanagementsystem 5 weiter aufgeheizt. Dem heißen, komprimierten, methanreichem Gasgemisch wird dann Wasserdampf beigemischt, der aus dem Wassermanagementsystem 6 unter Bereitstellung von Prozesswärme aus dem Wärmemanagementsystem 5 erzeugt wird. Diese Beimischung von Wasser/Dampf kann unter Umständen bei einem umsatzlimitierenden Betrieb des Hauptreaktors entfallen. Der resultierende Gasstrom, das Zwischenprodukt, wird im weiteren Verlauf der Prozessverschaltung einem zweiten Reaktor 3 zugeführt. Der zweite Reaktor 3 konvertiert im ersten Reaktor 2 nicht umgesetzten Wasserstoff und nicht umgesetztes Kohlenstoffoxid, zu Methan. Dadurch können sehr hohe Gesamtkonversionsgrade für die Erzeugung von Kraft- und Brennstoffen erreicht werden.In the facility at 1 the educt gases, in particular hydrogen and carbon oxides, are fed from a dosing unit 1 into a first reactor 2 operated without pressure and converted there in the presence of a catalyst to form a methane-rich gas mixture (intermediate product). The first reactor 2 can be a plate reactor which comprises a fixed catalyst bed and thermoplates. The temperature of the first reactor is controlled using a heat management system 5 . The thermal management system 5 can have circuits for tempering media such as pressurized water, salt or thermal oil. The temperature control of the first reactor 2 includes heating to a required, catalyst-dependent operating temperature of between 180 and 350°C. The first reactor 2 can be designed and operated in such a way that a maximum degree of conversion of the reactants fed in is achieved. Alternatively, the first reactor 2 can also be designed and operated with limited turnover. The methane-rich gas mixture, which is obtained as an intermediate product, is cooled after leaving the first reactor 2 . The water formed during the reaction is condensed out and fed to a water management system 6 . The gas mixture dried in this way is then compressed with the aid of a compressor unit 4 and, as in 1 shown, further heated by means of a heat flow from the thermal management system 5 . Water vapor is then added to the hot, compressed, methane-rich gas mixture, which is generated from the water management system 6 with the provision of process heat from the heat management system 5 . This admixture of water/steam can, under certain circumstances, be omitted if the main reactor is operated in a turnover-limiting manner. The resulting gas stream, the intermediate product, is fed to a second reactor 3 in the further course of the process connection. The second reactor 3 converts unreacted hydrogen and unreacted carbon oxide in the first reactor 2 to methane. As a result, very high overall conversion levels can be achieved for the generation of motor fuels.

Der zweite Reaktor kann dabei mittels dem Wärmemanagementsystem 5 vollständig (wie in 1 dargestellt) oder nur teilweise (wie in 2 dargestellt) temperiert werden. Des Weiteren ist je nach Umsatzgrad im ersten Reaktor auch ein adiabater Betrieb des zweiten Reaktors denkbar (vgl. 3). Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei in den 1-3 auch gleiche Komponenten.The second reactor can be completely (as in 1 shown) or only partially (as in 2 shown) are tempered. Furthermore, depending on the degree of conversion in the first reactor, adiabatic operation of the second reactor is also conceivable (cf. 3 ). The same reference numerals denote in the 1-3 also same components.

Dass das erfindungsgemäße Verfahren energieeffizienter ist, zeigt sich bei einem Vergleich der wichtigsten Parameter in 4: Verglichen wird die Stromaufnahme der Verdichter (Pin), die aus dem Prozess auskoppelbare Wärmeleistung (Qout) und der nach Gleichung 4 (Gl. 4) berechnete Wirkungsgrad (η_Synthese). $${\mathrm{\eta }}_{\text{Synthese}}={\text{Heizwert}}_{\text{Produktgas}}/\left({\text{Heizwert}}_{\text{H2}}+{\text{P}}_{\text{in}}\right)$$

A comparison of the most important parameters shows that the method according to the invention is more energy-efficient 4 : The power consumption of the compressors (Pin), the heat output that can be extracted from the process (Qout) and the efficiency calculated according to equation 4 (eq. 4) (η _synthesis ) are compared. $${\mathrm{n}}_{\text{synthesis}}={\text{calorific value}}_{\text{product gas}}/\left({\text{calorific value}}_{\text{H2}}+{\text{P}}_{\text{in}}\right)$$

Simuliert wurden die oben genannten Parameter für verschiedene Verfahren:

• Zunächst wurde ein ein- oder mehrstufiges Verfahren nach dem Stand der Technik simuliert. Jede Stufe wird bei einem Druck von 21 bar gefahren (siehe 4 oben). Hier beträgt der Kohlenstoffoxid-Umsatz 99,2 %.

The above parameters were simulated for various processes:

• First, a one- or multi-stage process according to the state of the art was simulated. Each stage is run at a pressure of 21 bar (see 4 above). Here the carbon oxide conversion is 99.2%.

Anschließend wurden zwei Varianten des erfindungsgemäßen zweistufigen Verfahrens simuliert. Bei diesen wurde der erste Reaktor drucklos, d.h. bei weniger als 3,0 bar, und der zweite Reaktor druckgeladen bei 21 bar, betrieben.Two variants of the two-stage process according to the invention were then simulated. In these, the first reactor was operated without pressure, i.e. at less than 3.0 bar, and the second reactor was pressurized at 21 bar.

Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Umsatz im ersten Reaktor nicht limitiert, so dass hier bereits 97,5% CO₂ umgesetzt wurden. Im zweiten Reaktor wurde dann nur noch ein geringer Umsatz des noch im methanhaltigen Gas enthaltenen Kohlenstoffoxids von 83,4% erreicht.In the first variant of the process according to the invention, the conversion in the first reactor was not limited, so that 97.5% of CO ₂ was already converted here. In the second reactor, only a low conversion of the carbon oxide still contained in the methane-containing gas of 83.4% was then achieved.

Bei einer zweiten Variante wurde der Umsatz des Eduktgases im ersten Reaktor limitiert, so dass dieser nur bei etwa 66,6 % lag. Der Umsatz im zweiten Reaktor war entsprechend hoch und betrug 98,7 %.In a second variant, the conversion of the educt gas in the first reactor was limited so that it was only around 66.6%. The conversion in the second reactor was correspondingly high and amounted to 98.7%.

Für beide Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde so ein CO₂-Gesamtumsatz von 99,6 % erreicht.A total CO ₂ conversion of 99.6% was achieved for both variants of the process according to the invention.

Bei Gegenüberstellung der Verfahrensparameter zeigt sich, dass der Wirkungsgrad bei den erfindungsgemäßen Verfahren mit 79,9 und 82,4 % höher ist als bei dem bereits bekannten Verfahren mit vergleichbarem CO₂-Gesamtumsatz (77,9%).A comparison of the process parameters shows that the efficiency of the process according to the invention, at 79.9% and 82.4%, is higher than that of the already known process with a comparable total CO ₂ conversion (77.9%).

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfassend die folgenden Schritte: a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird, und b) Unterziehen des in Schritt a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das methanhaltige Gas aus Schritt a), wobei Schritt a) und b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor durchgeführt wird.Process for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide-containing product Gene and hydrogen-containing reactant gas, comprising the following steps: a) subjecting the reactant gas to a methanation reaction in a first reactor, the methanation in the first reactor being operated without pressure, and b) subjecting the methane-containing gas obtained in step a) to gas conditioning to achieve the methane-containing product gas which has a higher methane content than the methane-containing gas from step a), wherein steps a) and b) are each carried out in the presence of a catalyst, and wherein the gas conditioning in step b) comprises a methanation reaction which takes place in a pressurized second reactor is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Reaktor und der zweite Reaktor mittels eines Wärmekreislaufes oder zweier Wärmekreisläufe temperiert werden.procedure after claim 1 , The temperature of the first reactor and the second reactor being controlled by means of a heat cycle or two heat cycles. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Reaktor nicht mittels eines Wärmekreislaufs temperiert wird.procedure after claim 1 , wherein the second reactor is not temperature-controlled by means of a heat cycle. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktor ein kleineres Reaktorvolumen aufweist und/oder mit einem geringeren Katalysatorvolumen bestückt ist als der erste Reaktor.Process according to at least one of the preceding claims, wherein the second reactor has a smaller reactor volume and/or is equipped with a smaller catalyst volume than the first reactor. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Produktwasser des ersten Reaktors zumindest teilweise zur Bereitstellung einer Wasserlast des zweiten Reaktors verwendet wird.Process according to at least one of the preceding claims, in which the product water of the first reactor is used at least in part to provide a water load for the second reactor. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaskonditionierung in Schritt b) weiterhin ein Gasreinigungsverfahren umfasst.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the gas conditioning in step b) further comprises a gas cleaning process. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Gasreinigungsverfahren unter Verwendung einer Membraneinheit durchgeführt wird.procedure after claim 6 wherein the gas cleaning process is carried out using a membrane unit. Vorrichtung zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfassend i) einen ersten, mit einem Katalysator bestückten, drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor zur Gewinnung eines methanhaltigen Gases, und ii) einen zweiten, ebenfalls mit einem Katalysator bestückten, aber druckgeladenen Methanisierungsreaktor zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das im ersten Methanisierungsreaktor gewonnene methanhaltige Gas.Device for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide-containing and hydrogen-containing feed gas, comprising i) a first methanation reactor, equipped with a catalyst and operated without pressure, for obtaining a methane-containing gas, and ii) a second methanation reactor, also equipped with a catalyst but pressurized, for obtaining the methane-containing product gas which has a higher methane content than the methane-containing gas obtained in the first methanation reactor. Vorrichtung nach Anspruch 8 weiterhin umfassend eine Gasreinigungseinheit.device after claim 8 further comprising a gas cleaning unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der erste Reaktor als Rohrbündelreaktor oder als Plattenreaktor ausgeführt ist.Device according to one of Claims 8 or 9 , wherein the first reactor is designed as a tube bundle reactor or as a plate reactor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Reaktor als Plattenreaktor ausgeführt ist, der eine Festbettkatalysatorschüttung und Thermobleche umfasst.Device according to one of Claims 8 until 10 , wherein the first reactor is designed as a plate reactor comprising a fixed catalyst bed and thermoplates. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Reaktor und der zweite Reaktor von einem unterschiedlichen Reaktortyp sind.Device according to one of Claims 8 until 10 , wherein the first reactor and the second reactor are of a different reactor type.

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