煤层气是赋存于煤层之中的天然气,与普通天然气相比,其几乎不含C2以上重烃组分。据估算,埋藏在地下的煤层气储量大约为26031012立方米。近年来,煤层气使用率徘徊不前,平均不足50%,每一年都有许多煤层气被直接释放到大气中,造成资源的巨大浪费,且煤层气中甲烷的温室效应作用是CO2的21倍,给环境带来极大危害。因此,开发操作灵活的甲烷浓度比较低的煤层气富集技术是解决煤层气开采使用的一个关键难题。除了甲烷,煤层气中含量最高的就是氮气,并且氮气和甲烷在常温条件下都处于超临界状态,由于其相似的化学和物理性质,且都是不可凝聚的,要想很好的分离N2/CH4是异常困难的。实现浓缩煤层气甲烷这一目标,首要的就是解决氮气甲烷分离问题,同时这也是最难以解决的。随着水合物学科的不断发展,人们尝试在化工领域进行水合物应用,其中纳米空间内水合物法分离氮甲烷是一种新的尝试。抽放煤层气的主要成分CH4、N2均能生成水合物,但生成水合物时的相平衡压力相差很大(如0℃时,CH4、N2的水合物生成压力分别为2.56MPa和14.3MPa)。因此通过控制实验压力使易生成水合物的气体束缚在水合物笼子中,可达到CH4与N2分离的目的。本文通过在预吸附水的有序介孔碳CMK-3上添加促进剂四氢呋喃(THF)来降低甲烷和氮气水合物的生成压力,通过考察CH4和N2的平衡等温线来确定分离条件。结果表明温度越低、THF浓度越大,甲烷和氮气水合物的生成压力越低。四氢呋喃浓度5mmol/g,温度2℃是最适宜的分离条件。且通过计算水合物生成量和等温线上转折点处的焓变,得出随着压力升高会有部分的甲烷水合物由II型转变为I型的结论。基于甲烷和氮气水合物生成压力的不同,配合PSA工艺能使甲烷浓度为50%、40%、30%的原料气在不同实验压力下浓度提升20%,并且在同样的实验条件下重复实验十次,发现该方法的稳定性很好。该方法对具有不同水合物形成压力的气体,如二氧化碳、乙烷、硫化氢、二氧化硫、氢气等气态混合物的分离同样具有很好的指导和借鉴作用。