左玉帮，刘永健，李江涛，李春启，忻仕河

(大唐国际化工技术研究院有限公司，北京100070)

我国能源结构的基本特点是富煤、贫油、少气，这一特点决定了当前我国能源消费以煤炭为主(72%)，天然气消费只占到很小的比例(2.5%)，远远低于世界平均水平(25%)，也低于亚洲平均水平(8.8%)，大量燃煤使我国环境问题日益突出［1－4］。随着经济的快速发展，我国能源消费迅速增加，能源供给日益紧张。要保证能源要求，支撑经济持续、快速和健康发展，一个重要的举措是优化能源消费结构，减少煤炭作为一次能源的使用比率，增加天然气等清洁能源的使用比率［5］，而发展煤制天然气则是这一举措中的一个重要应对措施。煤经过气化、变换、净化、甲烷化、干燥，即得到替代天然气(SNG)。

甲烷化就是 CO和 CO2加氢生成甲烷，CO和CO2甲烷化反应是强放热的可逆反应，反应一旦开始即迅速达到平衡。本工作通过热力学分析，对合成气甲烷化制替代天然气的化学反应过程进行了较系统的研究和分析，获得一些必要的基础数据，可用于甲烷化反应器与合成气甲烷化工艺设计的计算和研究开发。

1 热力学分析

表1 甲烷化过程中可能发生的反应［6-7］Table 1 Probable reactions of methanation process［6-7］

合成气甲烷化反应体系中包括 H2、CO、CO2、CH4、H2O和 C(g)等6种化合物，组成这些化合物的元素是C、H、O等3种元素。上述6种化合物的化学式系数矩阵列于表2中。

表2 化学式系数矩阵Table 2 Chemical formula coefficient matrix

煤经过气化、变换、净化得到的合成气中一般含有 H2、CO、CO2、CH4、H2O 和惰性气体，具体的气体组成与煤的品种和所采用的气化工艺有关。……