本发明涉及一种合成气催化甲烷化的方法及装置。其工艺特点为：原料合成气首先在内置换热器式流化床反应器内实现原料气60～95％的转化率，其反应温度为200～700℃，压力为0.1～6.0MPa，反应空速为1000～50000h-1。反应产物与催化剂实现气固分离，并分离其中的水后升温进入固定床反应器，将剩余原料合成气转化为甲烷，其操作温度为180～700℃、压力为0～6.0MPa，反应空速500～6000h-1，最终原料合成气转化率达98％以上。该方法在工艺流程上较目前普遍采用的固定床绝热反应工艺更为简化，可显著提高甲烷的时空产率，具有更好的工业应用价值。