氮气驱油后油田所采的天然气中含有大量的氮气,氮气含量过高会影响天然气热值,需要进行脱氮处理,而氮气与甲烷理化性质相似难以分离,本文对使用变压吸附法分离氮气与甲烷的问题进行了研究,从分子层面上模拟了气体分子在吸附剂上的吸附情况,宏观模拟了完整的变压吸附分离流程,并优化了流程参数。从微观层面上对CH₄和N₂分子在活性炭内的吸附行为进行了模拟,分析了吸附剂孔宽和吸附压力对CH₄和N₂分子在活性炭上的吸附量及分离系数的影响。基于饱和吸附容量及分离系数,对于不同体积比的甲烷与氮气混合气体推荐使用合适孔宽的活性炭进行分离。设计了天然气变压吸附分离工艺流程,分别模拟了吸附剂为活性炭和碳分子筛时的分离情况,分析了吸附压力、温度、吸附时间等操作参数和床层空隙率、塔高、塔径等结构参数对分离效果的影响,根据分离效果与甲烷回收率确定了该流程中碳分子筛更适宜作吸附剂,并明确了各参数合理的取值范围。基于各影响因素之间的耦合作用,模拟了合理取值范围内主要影响因素不同取值的组合,确定了变压吸附过程的最优方案。