Постоянно растущая потребность разных стран в природном газе ограничивается их собственными запасами. Начиная с 50-х годов были разработаны многочисленные процессы для синтеза такого газа, который мог бы заменить природный газ, прежде всего городской. Во всех этих процессах газ — заменитель природного газа (газ SNG) получали путем расщепления низкокипящих жидких углеводородов, т. е. также на основе нефти.
Западноевропейские страны, казалось, уже были готовы и в дальнейшем мириться с повышающейся зависимостью от стран-производителей нефти. В противоположность этому в США заблаговременно были развернуты многочисленные исследовательские программы, целью которых являлось (параллельно с выработкой газа SNG из углеводородов) получение газа из собственных углей. Эти стремления были ускорены тем, что в отдельных штатах уже ощущались трудности с обеспечением природным газом. Поэтому наряду с производством газа из доступного углеводородного сырья в США осуществляли и газификацию угля многими способами, доведенными даже до полупромышленных и демонстрационных установок.
В Европе было достаточно природного газа местной выработки или закупленного по импорту, поэтому интерес к производству газа SNG из угля усилился только после топливно-энергетического кризиса 1973 г. Основой для исследований в ФРГ явился прежде всего опыт, накопленный в углехимии. С учетом реальной ситуации, заключающейся в том, что долговременное обеспечение промышленности необходимыми химическими продуктами возможно только на основе угля, в настоящей главе не обсуждаются известные процессы производства газа SNG из бензина, высококипящих углеводородных фракций, сланцев, каменноугольных и буроугольных экстрактов (в общем из углеводородного сырья), а речь пойдет исключительно о производстве газа SNG на основе угля.
Процессы получения метана можно разделить на две группы:
1) процессы каталитического метанирования, когда оксид углерода гидрируют в метан на катализаторах в одну или несколько ступеней;
2) процессы гидрогазификации, при которых каменный или бурый уголь совместно с водяным паром и (или) водородом превращают непосредственно в метан на отдельной установке или на ступени, входящей в схему газификации.
Синтез метана путем каталитического гидрирования оксида (или диоксида) углерода на кобальтовых или никелевых катализаторах при 200—280 °С и атмосферном давлении [1] является крайним случаем синтеза углеводородов по способу Фишера — Тропша [2]. Соответственно, дальнейшая разработка этих процессов проходила во многом параллельно [3, 4], хотя в 30-х и 40-х годах метанирование рассматривали прежде всего как нежелательную побочную реакцию при синтезе Фишера — Тропша. Синтез метана был подготовлен для применения в газовой промышленности после 1940 г., причем фирма Ruhrchemie разработала классический катализатор для метанирования [5]. Опытно-конструкторские работы велись до середины 50-х годов, а с конца 60-х годов они были продолжены в США и Англии.
Кроме получения газа с высокой теплотой сгорания метанирование неизменно применяли для удаления малых количеств оксида и диоксида углерода из синтез-газа. В этом случае оксиды углерода при взаимодействии с водородом, находящимся в избытке, превращались в метан до остаточного суммарного содержания этих примесей менее 1% (об.).
Метанирование оксида углерода временно использовали также в газовой промышленности (до того периода, когда городской газ был заменен природным газом или газами крекинга нефтяного сырья) — как процесс обезвреживания городского газа. Кроме Европы и США метанирование использовали в Японии и др. Обзор работ по гидрированию оксида углерода и по метанированию в частности имеется в литературе [3, 4].
История получения газа SNG гидрогазификацией угля непосредственно связана с классической газификацией угля водяным паром. Не входя в данном разделе в подробности, укажем лишь на некоторые важные работы. Более старые исследования метанировання (путем гидрирования углерода) проводили на каменном и древесном угле, коксах и полукоксах. Термодинамические и кинетические данные [7, 8], а также существующее состояние работ по гидрогенизации углей в ФРГ [9] и США [6, 10] изложены в литературе.