膜提纯是目前最常用的沼气提纯工艺之一,但通常仅关注前端甲烷纯度提升,对于提纯尾气中甲烷与CO₂的回收捕集关注较少。据实践监测,多数项目尾气中甲烷与CO₂占比约为10%与90%,温室效应不容忽视。但是,目前缺乏适合尾气的甲烷与CO₂回收与捕集系统。基于安徽某日产气约50000 m³的生物天然气站点,该研究提出一种级联压缩冷却甲烷深冷回收与CO₂捕集系统,该系统由4个模块构成,以实现甲烷与CO₂的回收与封存。详细的热力学分析与经济性评估结果表明:级联压缩压力P6的最佳为3400 k Pa;节流压力P25的最优为1490 k Pa;回流液态CO₂量m20越大越好,但其数值需要根据后续实际需求设定。系统最高效率达到了43.26%,系统COP为4.06,系统净现值达到了274.4万元,具备良好的热力学与经济性能。系统年回收甲烷与捕集CO₂分别为95.3 t与3300 t,系统净减排温室气体5692.8 t,实现助力工程由零排放向“负”碳封存方向转变。