全球能源转型与中国能源高质量的发展使天然气的需求量越来越大,海上天然气的开采愈加重要。天然气预处理为海上天然气开发应用的关键环节,净化程度与后续流程及天然气的应用息息相关。吸附法因流程简单和能耗低等优势得到广泛关注。本文以4A与13X分子筛作为吸附剂,通过实验与模拟的手段对海上天然气多组分的净化分离进行研究。首先利用动态实验平台,以分层放置含H2O的4A与13X分子筛为吸附剂,研究了分子筛处理温度与吸附压力对CH4/CO2分离效果的影响,处理温度为493K时加热时间为6h的脱碳效果较好,在实验压力范围内压力对吸附净化产生了正效应。其次,在静止与摇摆工况下,分别研究了CH4/CO2与CH4/N2/CO2在13X分子筛、含H2O的13X分子筛与分层放置含H2O的4A与13X分子筛上的净化性能。摇摆工况或H2O的存在会降低CO2在吸附床上的穿透时间,而N2的存在则会增加CO2在吸附床上的穿透时间;以含H2O的13X分子筛与分层放置含H2O的4A与13X分子筛为吸附剂时,CH4/CO2与CH4/N2/CO2两种混合气中CO2的穿透时间在静止与摇摆工况下的差值分别为7%与5%、27%与25%,因此4A与13X分子筛分层放置可以减弱摇摆的负作用。之后,利用摇摆实验平台,分别以13X分子筛、分层放置的4A与13X分子筛作为吸附剂,对CH4/CO2/H2O在静止与摇摆工况下进行了静态吸附实验。摇摆会对天然气净化产生不利影响,H2O在两种吸附剂上的净化效果相差不大,而4A与13X分子筛分层放置时,CH4/CO2的选择系数在低压区较高,摇摆的不利影响被削弱。以上结论均是特定比例混合气的吸附结果,但气田中的混合气比例不定,会影响天然气脱碳,因此利用纯气体的吸附等温线建立天然气多组分的净化模型,通过模拟研究H2O或N2含量在混合气中变化时吸附床的净化效果。H2O的摩尔分数最小时,13X分子筛后半部分的温度梯度最大,吸附CO2能力最强。H2O的初始含量较高时,吸附罐内的温度梯度较小,天然气的净化效果差,此时需增加传质区长度。而CH4/N2/CO2中N2含量越高,进出口处的压差越大,出口处CO2浓度越低,天然气脱碳效果越好。本文对海上天然气多组分的净化分离进行了初探,在天然气多组分的吸附净化方面具有参考意义。