煤层气在国内外化工生产、发电和燃料方面都具有不可替代的使用价值。但目前大部分低浓度煤层气资源并未被完全利用,主要是因为煤层气组分中含有很多不可燃组分N2。甲烷和氮气分子动力学直径比较接近,很难将其分开,因此将甲烷和氮气的有效分离是浓缩甲烷的关键技术,这也是解决低浓度煤层气排空需要我们迫切解决的问题。目前未达到30%煤层气通常被直接排放到大气中,造成严重的环境污染和资源浪费,针对上述存在的现状,本论文首次通过溶剂吸收的方法来浓缩煤层气中的甲烷,具体的研究内容包括:(1)溶剂的选择,针对某矿井煤层气中各个组分(主要是氮气和甲烷)的特点,从吸收甲烷的角度选择并模拟计算的溶剂有:CC14、四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲基硅烷(TMS)、十四酸异丙酯(IPM)、碳酸丙烯酯(PC)、聚乙二醇二甲醚(DEPG)3,3-二甲基戊烷,从吸收氮气的角度选择并模拟的溶剂有:N,N-二甲基酰胺(DMF)和N-甲基吡咯酮(NMP),在相同的条件下分析了各种溶剂的物性参数,包括密度、传热系数、粘度、饱和蒸汽压、表面张力等参数,此外还计算了各种溶剂对煤层气组分的溶解度,并做了溶解度曲线对比。(2)从含氧和不含氧煤层气两个角度研究低煤层气浓缩工艺,使用CC14溶剂对含氧煤层气的吸收工艺进行建模,结果将甲烷的体积分数从30%浓缩到91.5%,回收率为85%,达到国家二级天然气使用指标,可作为基本的化工原料;将甲烷体积分数为5%煤层气浓缩到34%,回收率73.4%,达到国家三级煤层气使用指标,这类浓度的煤层气可用于工业及民用发电,生活燃料。使用DEPG溶剂对甲烷浓度为25.3%的无氧煤层气进行稳态建模,结果可以将甲烷的体积分数从25.3%浓缩到70%,回收率为高达83%,吸收过程的液气比在1.0左右,效果可观。(3)对甲烷浓度为25.3%的煤层气吸收工艺采用速率型建模,并对比速率型模型和平衡型模型的区别,误差在3%以内,模拟结果可作为煤层气吸收工艺工业化的理论支撑,此外还计算了设备参数(塔径、塔板数、板间距、溢流堰高度、塔板类型),最后对工艺中的影响因素进行调优和分析。