开发和利用煤层气资源对我国的能源结构改善、煤矿安全运行和环境保护具有重要意义,而其中CH4/N2混合气的分离是开发和利用煤层气资源的关键一步。吸附分离技术以其操作灵活、设备简单、能耗低等优点,成为煤层气分离提纯颇具发展前景的技术之一。本文实验测定了吸附平衡,穿透曲线和变压吸附,系统研究了蜂窝活性炭和颗粒活性炭对CH4/N2体系的吸附分离过程。采用ASAP2020吸附仪器分别测定了 CH4和N2纯组份在蜂窝活性炭和颗粒活性炭上的吸附等温线,定量比较了 2种活性炭吸附剂的静态吸附能力的差异,发现甲烷在2种活性炭上的吸附能力比氮气的高。使用Sip、Toth、MSL(Multisite Langmuir)、DSL(Dualsite Langmuir)和Virial模型对吸附平衡数据进行拟合,结果与实验数据基本一致。在自制的试验装置上对上述2种活性炭进行了单组份和双组份的穿透试验,分别考察了 CH4/He、CH4/N2、CH4/N2/He混合气体在2种活性炭填充床内的穿透曲线和竞争吸附。通过改变进料浓度,吸附压力等实验条件,研究了不同条件对活性炭吸附分离性能的影响,综合分析了 2种活性炭的动态吸附行为的异同,研究发现不同实验条件下动态吸附量与静态平衡吸附模型均吻合较好。基于吸附平衡数据和穿透曲线实验,发现在竞争吸附过程中甲烷是强吸附组份;蜂窝活性炭虽然有较低的床层压降,相对于颗粒活性炭其吸附量和床层装填密度较小。使用上述穿透试验装置,应用单柱法对2种活性炭吸附分离CH4/N2的循环真空变压吸附(VPSA)工艺进行了研究,比较了不同进料浓度、床层压力、进料流量、停留时间等操作条件对最终CH4产品纯度和回收率的影响。结果表明,真空变压吸附工艺可以将约30%浓度的甲烷气体提纯到72%-83%,相应的甲烷回收率为56%-87%。