天然气是优质、高效的清洁能源,采用物理化学方法合成天然气能缓解能源危机,同时有效缓解环境污染带来的压力。基于我国的资源禀赋,开发以煤碳为原料合成天然气的工艺技术,是合理利用我国资源,引导煤炭清洁高效利用的有效途径。甲烷化技术作为煤制天然气的关键步骤,在国内外已有多年研究历史,其核心催化剂的开发受到学术界和工业界的广泛关注。本文针对甲烷化反应,研究了Co基催化剂的甲烷化性能,旨在开发高活性、高稳定性的甲烷化催化剂。本文对制备的Co₃O₄纳米颗粒进行甲烷化性能评价,发现该催化剂具有很好的甲烷化催化性能,CO转化率达100%。但该催化剂在反应中迅速失活,通过对反应前后Co₃O₄纳米颗粒进行表征分析,发现催化剂的严重烧结、大量积碳是导致其迅速失活的原因。通过物理混合方式添加Al₂O₃等稀释剂,同时在甲烷化反应前对催化剂进行还原,能有效提高Co₃O₄的稳定性。通过调变评价的工艺条件,得到了最优的操作条件。在优化的操作条件下,通过对物理方法添加Al₂O₃稀释剂的纳米Co₃O₄催化剂进行不同程度的还原,并对还原所得催化剂进行甲烷化性能评价以及相关表征分析,发现该Co₃O₄纳米颗粒在CO甲烷化反应中的活性态为CoO。为进一步提高催化剂的稳定性,采用浸渍法、沉淀法等常用的制备方法制备了一系列负载型Co基催化剂。考察了不同Co负载量对浸渍法制备的Co/Al₂O₃催化剂的影响,以及不同制备方法、不同载体对负载型Co基催化剂的影响。通过考察Co₃O₄纳米催化剂的耐硫甲烷化性能,发现晶型很好的Co₉S₈并非对甲烷化反应不利,而Co₉S₈晶型被破坏可能是导致该催化剂失活的原因。Co作为助剂在Mo基催化剂上的作用较为复杂,本研究通过在0.00-1.20 vol.%范围内考察H₂S浓度对25%MoO₃/Al₂O₃和5%CoO-25%MoO₃/Al₂O₃催化剂甲烷化性能的影响,发现只有在H₂S浓度高于0.40 vol.%时,在25%MoO₃/Al₂O₃中添加Co助剂才会有促进作用;H₂S浓度低于0.40 vol.%时,Co助剂会抑制25%MoO₃/Al₂O₃催化剂的甲烷化活性。分别对反应前后的催化剂进行表征发现,H₂S通过影响催化剂表面的金属硫化物活性位来影响催化剂的甲烷化性能。该研究明确了在MoO₃/Al₂O₃催化剂中添加Co助剂的硫化氢浓度范围,为工业上选择合适的催化剂提供了依据。