2010年开始，中国大唐集团公司牵头组织承担了国家863重点项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制天然气示范工程”项目，并具体承担了课题三“合成气完全甲烷化成套工艺技术开发”，同时自主立项开展了“合成气甲烷化催化剂开发”的研究，上述两个课题均已完成，并通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家评审。。

作者在完成“863”项目和催化剂开发工作基础上，参考有关煤制合成天然气的相关技术及新成果，编著了这本《合成气甲烷化》，为生产技术和科研人员提供参考。

《合成气甲烷化技术》全书共8章，首先介绍了合成气甲烷化技术背景、国内外研究开发和应用现状。其次，从合成气甲烷化反应热力学和动力学入手，详细论述了甲烷化催化剂催化性能、要素组成和反应机理，介绍了国内外开发的合成气甲烷化工艺技术流程，并进行了过程模拟，建立反应器数学模型并对相关模拟结果进行了分析。最后，对国内外合成气甲烷化新技术进行了展望。

本书实用性较强，可为煤制合成天然气生产技术人员和科研人员提供参考。

现代煤化工是煤炭清洁高效利用的一种有效方式,已经被国家“十三五”规划列为重点发展的100项重大工程之一。煤制合成天然气作为现代煤化工的一个重要组成，近年来发展迅速。截至2018年10月，煤制合成天然气项目投产4个，实际投产产能51×108m3/a，国家核准和给予启动前期工作的煤制合成天然气项目12个，产能802×108m3/a，规划建设煤制天然气项目13个，产能428×108m3/a。

煤制合成天然气工厂采用的煤炭气化、合成气变换及净化等工艺已在煤化工行业应用多年，积累了丰富的经验；而合成气甲烷化是煤制合成天然气工厂特有技术，相关经验不多，急需系统论述合成气甲烷化技术的专著，以满足需要。

2010年开始，中国大唐集团公司牵头组织承担了国家高技术研究发展计划（简称863计划）重点项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制天然气示范工程”，并具体承担了课题三“合成气完全甲烷化成套工艺技术开发”，同时自主立项开展了“合成气甲烷化催化剂开发”的研究。上述两个课题均已完成，其中甲烷化催化剂已成功应用于内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气公司引进的甲烷化装置上，效果良好，系国内最先实现工业应用的国产化合成气甲烷化催化剂。与之相关的“合成气完全甲烷化催化剂”、“合成气完全甲烷化成套工艺技术”以及“400×104m3/d(标况下）合成天然气的合成气甲烷化装置技术工艺包”均通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家评审。
基于上述情况，我们在完成863计划项目和催化剂开发工作基础上，参考有关煤制合成天然气的相关技术及最新成果，编写了这本《合成气甲烷化技术》，为生产技术人员和科研人员提供参考。本书共8章，首先介绍了合成气甲烷化技术背景、国内外研究开发和应用现状。其次，从合成气甲烷化反应热力学和动力学入手，详细论述了甲烷化催化剂催化性能、要素组成和反应机理，介绍了国内外开发的合成气甲烷化工艺技术流程，并进行了过程模拟，建立反应器数学模型并对相关模拟结果进行了分析。最后，对国内外合成气甲烷化新技术进行了展望。

本书由中国大唐集团公司参与863计划项目和催化剂开发工作的相关人员按照各自负责的研究课题、专业特长和分工分别撰写。李安学、李春启负责总策划和协调，李安学、李春启、梅长松、刘永健负责组织与统稿。具体分工如下：第一章李安学、刘永健；第二章康善娇、刘鑫；第3章左玉帮、李安学；第4章周帅林、梅长松；第5章刘学武、余铭程；第6章、第7章左玉帮、梅长松；第8章李春启、段士慈。本书在编写过程中，得到了大唐国际化工技术研究院有限公司领导、专家和技术人员的大力支持和帮助，在此深表感谢。尽管我们尽了最大努力，但由于所涉及的专业多、可供参考的资料少，加上水平有限，书中涉及的内容和结论会有不尽完美之处，难免会存在疏漏和不足，恳请读者批评指正。

第一章绪论1
1.1甲烷化与合成天然气1
1.2天然气供需形势与合成天然气产业发展3
1.2.1国际天然气供需形势3
1.2.2国内天然气供需形势3
1.2.3合成天然气发展概况5
1.3合成天然气技术路线10
1.3.1按工艺路线分类11
1.3.2按原料路线分类11
1.3.3按反应器类型分类12
1.4我国合成天然气产业展望14
1.4.1国家高度重视14
1.4.2市场前景广阔16
1.4.3环境保护需求17
1.5本书的意义和主要内容17
参考文献18

第二章合成气的制备和净化技术20
2.1合成气制造综述20
2.1.1合成气的来源20
2.1.2合成气的要求20
2.2以煤为原料制备合成气21
2.2.1煤气化反应基本原理21
2.2.2固定床煤气化制备合成气23
2.2.3流动床煤气化制备合成气26
2.2.4气流床气化制备合成气27
2.2.5气化对原料气中甲烷成分的影响29
2.2.6气化对原料气其他成分的影响30
2.3其他原料制备合成气31
2.3.1焦炉气制备合成气31
2.3.2黄磷尾气制备合成气32
2.3.3电石气制备合成气32

2.3.4钢铁厂废气制备合成气33

2.3.5生物质等制备合成气33
2.4合成气净化和气体组成的调整33
2.4.1CO变换33
2.4.2脱硫34
2.4.3二氧化碳脱除38
参考文献39

第3章合成气甲烷化反应过程分析41
3.1合成气甲烷化反应热力学与平衡状态分析41
3.1.1合成气甲烷化过程的化学反应41
3.1.2理想气体状态下合成气甲烷化热力学41
3.1.3非理想气体状态下合成气甲烷化热力学44
3.2甲烷化反应机理48
3.2.1CO甲烷化反应机理48
3.2.2CO2甲烷化反应机理53
3.3甲烷化反应动力学55
参考文献60

第4章合成气甲烷化催化剂62
4.1合成气甲烷化催化剂研究开发概况62
4.1.1国外研究开发概况62
4.1.2研究开发概况64
4.2合成气甲烷化催化剂的组分性质65
4.2.1活性组分65
4.2.2助剂66
4.2.3载体66
4.2.4流化床催化剂67
4.3工业合成气甲烷化催化剂67
4.3.1合成气甲烷化催化剂的制备67
4.3.2催化剂构型设计69
4.3.3合成气甲烷化催化剂的还原70
4.3.4甲烷化催化剂工业应用性能72
4.3.5合成气甲烷化催化剂的失活77
4.3.6工业合成气甲烷化催化剂的使用维护83
4.4合成气甲烷化催化剂性能评价和表征85
4.4.1评价方法的建立85
4.4.2催化剂老化方法的建立86
4.4.3催化剂分析与表征87
参考文献92

第5章合成气甲烷化工艺95
5.1合成气甲烷化工艺技术研究进展95
5.1.1甲烷化技术分类95
5.1.2绝热固定床甲烷化工艺95
5.1.3等温固定床甲烷化工艺100
5.1.4流化床甲烷化工艺101
5.1.5浆态床甲烷化工艺103
5.1.6合成气甲烷化技术展望104
5.2合成气甲烷化装置的工艺流程105
5.2.1工艺流程的配置原则105
5.2.2Lurgi甲烷化工艺105
5.2.3Davy甲烷化工艺109
5.2.4Topsφe甲烷化工艺111
5.3合成气甲烷化装置的工艺操作条件115
5.3.1原料气精制处理116
5.3.2操作温度控制117
5.3.3操作压力控制123
5.3.4模值控制125
5.3.5空速控制127
5.3.6循环比控制128
5.3.7产品质量控制129
5.3.8催化剂床层温度控制132
5.4合成气甲烷化装置的操作要点133
5.4.1甲烷化新装置的开车准备133
5.4.2甲烷化装置开车程序133
5.4.3催化剂的升温还原134
5.4.4甲烷化催化剂的钝化137
5.4.5结炭138
5.4.6正常操作要点140
5.4.7不正常现象判断与处理142
5.5合成气甲烷化装置的主要设备144
5.5.1甲烷化反应器144
5.5.2废热锅炉和蒸汽过热器149
5.5.3循环气压缩机155
参考文献158

第6章合成气甲烷化反应器的数学模拟160
6.1合成气甲烷化反应器模拟研究进展160
6.2绝热甲烷化反应器数学模型161
6.2.1绝热甲烷化反应器数学模型建立161
6.2.2高温甲烷化反应器模拟结果分析168
6.2.3中温甲烷化反应器模拟结果分析175
6.2.4低温甲烷化反应器模拟结果分析181
6.3列管式甲烷化反应器数学模型188
6.3.1列管式甲烷化反应器数学模型特点188
6.3.2守恒方程组的建立188
6.3.3床层与冷却介质间的总传热系数189
6.4流化床甲烷化反应器数学模型190
6.4.1数学模型描述190
6.4.2流化床模型计算结果195
6.4.3灵敏度研究199
6.4.4流化床模拟结论206
参考文献207

第7章合成气甲烷化工艺过程模拟209
7.1流程模拟系统介绍209
7.1.1流程模拟系统功能209
7.1.2流程模拟软件的分类211
7.1.3流程模拟软件的构成211
7.1.4主要商业化流程模拟软件213
7.2合成气甲烷化流程模拟研究进展216
7.3合成气甲烷化过程模拟217
7.3.1模拟物性方法选择与单元模型选择217
7.3.2合成气甲烷化过程模拟219
7.4合成气甲烷化过程能耗分析与换热网络优化221
7.4.1合成气甲烷化过程能耗分析221
7.4.2合成气甲烷化过程换热网络优化222
参考文献224

第8章煤制天然气新技术展望227
8.1耐硫甲烷化227
8.2高效流化床甲烷化229
8.3无循环甲烷化231
8.4加氢气化甲烷化232
8.5催化气化甲烷化234
参考文献236