CH4/N2体系是煤层气的重要组成部分。有效的CH4变压吸附分离提浓技术是煤层气资源利用的关键,对变压吸附工艺操作条件的优化也十分重要,因此利用计算机模拟煤层气变压吸附分离过程已越来越受到关注。本文对CH4/N2体系的变压吸附分离过程进行了研究,重点对在活性炭204-II和炭分子筛CMS-200上变压吸附提纯CH4的过程进行了数值模拟,分析其内部机理,优化结构和过程工艺参数,从而为有效降低成本和投资规模奠定理论基础。使用Langmuir模型和Langmuir-Freundlich模型对CH4、N2纯组分在活性炭204-II和炭分子筛CMS-200上的吸附平衡实验数据进行了拟合分析。通过对吸附床动态吸附过程的数学描述,建立吸附床中质量平衡的偏微分方程组,基于正交配置法对空间变量进行离散,并对离散后的常微分方程组进行求解,解法简捷、稳定。通过对吸附床的穿透曲线的实验结果和模拟结果进行对比,获得了CH4、N2纯组分在活性炭204-II和炭分子筛CMS-200上的线性推动力系数,活性炭为kCH4=0.086,kN2=0.096;炭分子筛为kCH4=0.089,kN2=0.89。建立两塔变压吸附过程分离CH4/N2混合体系的数学模型,模拟了在不同压力、流速、进料浓度、吸附时间、均压时间和真空度的条件下,活性炭204-II和炭分子筛CMS-200对CH4/N2混合体系的提浓效果。模拟结果表明:对于活性炭,低压、低流量、低进料浓度、短吸附时间以及短均压时间,有利于CH4的提浓,而真空度的变化,对提浓效果影响很小;而对于炭分子筛,高压、高流量、高进料浓度、长吸附时间以及短均压时间有利于CH4的提浓,而真空度的变化,对提浓效果基本无影响。对比活性炭和炭分子筛变压吸附模拟的提浓效果,发现基于吸附平衡原理的活性炭,得到的CH4的纯度不高,提浓效果有限,但收率很好;而基于动力学吸附的炭分子筛正好相反,得到的CH4的纯度很高,但收率仅在54%左右。为了得到更好的CH4提浓效果,基于活性炭可采用多步PSA的过程,基于炭分子筛可采用多塔PSA的过程。