煤层气是一种高品质的气体燃料，具有相当大的实用价值。开发利用煤层气对于充分利用能源，改善能源结构，减少煤矿瓦斯灾害，保护大气环境都有极为重要的意义。然而目前煤层气资源未得到充分利用，这主要是由于煤层气中含有氧气。含氧煤层气一直被认为是地下煤矿作业的一个危险因素，因为它爆炸的风险可以对矿业安全和生产力产生严重威胁。为消除含氧煤层气对煤层开采存在的安全隐患，本文提出了利用甲烷和氧气在炭分子筛上的动力学差异进行脱氧的工艺。首先，采用DRT方法标绘了273.15K时二氧化碳的吸附等温线，对五种炭分子筛的表面性质进行了表征；结果显示五种样品均以微孔为主，其中CMS-5的比表面积和孔容最大，分别为477.06m2·g-1，0.2cm3·g-1。然后采用容积法测定了纯CH4和O2在炭分子筛颗粒上的吸附动力学数据；结果发现：吸附初期，O2在CMS上的扩散速率明显大于CH4；其次，本实验还利用单床变压吸附装置测定了混合气体在298.15K，各压力下的穿透曲线，研究发现O2的穿透时间远大于CH4，炭分子筛固定床表现出对O2的优先吸附选择性，可以实现出口直接富集甲烷的目的。通过计算各样品在各压力下的产品气纯度和回收率，筛选出除氧性能最好的CMS-5，0.4MPa，产品纯度为95%时，甲烷回收率为76.22%，原料气处理量为89.89cm3·h-1·g-1。最后采用逆向抽真空的方式再生吸附剂，通过调节抽真空时间基本可以实现完全再生。