随着中国经济的快速发展和城市化的稳步推进,天然气需求急剧上升,其在能源结构中的比重也逐渐增加。然而,中国的天然气消耗量远远大于产量,天然气供需关系严重失衡,对外依存度逐年攀升。因此,各种合成天然气技术已引起了人们广泛关注。与煤制天然气相比,焦炉煤气甲烷化生产天然气具有污染小、成本低、技术成熟等特点。它不仅可以实现气体的清洁高效利用,缓解天然气供需矛盾,还可以减少有害气体的排放,对推进资源节约型和环境友好型社会的建设起到积极作用。根据焦炉煤气甲烷化反应体系特点,选取了反应体系独立反应。计算出不同反应条件下甲烷化反应的吉布斯自由能、反应焓变以及平衡常数等热力学参数。结果表明,低温有利于甲烷化反应的进行,而且CO甲烷化反应要优先于CO₂甲烷化反应发生。建立了焦炉煤气甲烷化反应体系的绝热平衡模型,研究了不同温度、压力对反应器出口平衡温度、平衡组成、CO和CO₂平衡转化率的影响,得出焦炉煤气甲烷化过程较为适宜的操作条件:反应器进口温度为300⁵00 K;反应压力在3 MPa左右。通过对甲烷化反应机理分析并结合文献中多段绝热甲烷化工艺的稳态模拟结果,确立了适合焦炉煤气甲烷化反应体系的动力学方程。基于Aspen Plus软件建立流程模拟,为提高产品质量,通过灵敏度分析考察氢碳比、循环比、原料气中N₂摩尔分数、操作压力和进料量等工艺条件对甲烷化反应及产品浓度的影响。结果表明,最佳的氢碳比为3.6³.7,最佳的循环比为1.0,原料气中N₂摩尔分数的升高会使产品气中甲烷浓度下降,压力升高有利于甲烷的合成,焦炉煤气最佳进料量为13000 m³（STP）·h^-1。并根据分析结果对部分工艺参数进行了优化。基于龟山-吉田环境状态模型,计算了各组分的标准摩尔化学（火用）。通过提取Aspen Plus软件各股物流的模拟结果中的熵值、焓值和物流组分等参数,计算了各股物流的物理（火用）、化学（火用）、混合（火用）和总（火用）。基于（火用）平衡原理计算了不同单元的（火用）损失,找出了（火用）损失关键单元为换热单元。按照能量梯级利用原则,对现有工艺进行了改造。原工艺经改进后（火用）损失降低610.54 kW,（火用）效率提高0.9%。利用夹点-（火用）技术分析,从Aspen Plus软件中提取出物流参数,采用问题表格法对系统换热过程作出冷热复合温-焓图,得出夹点平均温度为305℃（热流夹点温度为310℃,冷流夹点温度为300℃）。根据（火用）的定义式,将冷热复合温-焓图变换为换热系统（火用）复合曲线,采用图解法得出热量（火用）为3686.92 kW,冷量（火用）为3373.57 kW,换热系统（火用）损失为313.15 kW。本论文在焦炉煤气甲烷化反应体系热力学和动力学分析的基础上,对焦炉煤气甲烷化制取天然气工艺（三段式绝热循环“补碳”甲烷化工艺）中的流程模拟、灵敏度分析、系统（火用）分析及夹点-（火用）分析等进行了研究,以期为整个焦炉煤气甲烷化过程的工程分析、工艺优化、能量回收以及稳定运行等方面提供技术支撑和理论依据。