天然气作为清洁能源和优质的化工原料,对国民经济的发展和环境的保护都发挥着越来越重要的作用。但天然气常含有二氧化碳,不但影响天然气热值还腐蚀运输管道,需要分离和提纯后才能应用。现有的分离技术中,膜尤其是炭膜分离技术较占优势。但天然气炭膜分离的研究大多处于实验室阶段,离工业应用还有一定距离。所以研究天然气炭膜分离机理,并推动工业化进程成为现今研究的重点。本文针对目前阻碍炭膜气体分离工业应用的主要原因之一—炭膜气体分离机理理论研究不完善问题,采用DCV-GCMD分子模拟方法在修正的单孔狭缝模型基础上开展了炭膜气体分离机理方面的研究工作,运用FORTRAN语言编程模拟研究CO2／CH4二元混合气体在炭膜分离中的稳态非平衡渗透特性,探讨气体分离机理。首先针对单孔狭缝模型无法模拟气体主流体相到膜表面的传递过程做了修正,增加了过渡区B层,以便更好地模拟炭膜出入口处流体浓度变化及其对传递过程的影响。研究结果表明：随着温度升高,CH4通量增大,但C02／CH4分离系数降低,且压力增大时温度对CO2／CH4分离系数影响降低；随着跨膜压差的增大,气体扩散推动力增大,CO2和CH4通量均升高,但其分离性能降低；随着CH4摩尔组成分数增大分离系数为下降趋势,且CH4摩尔组成分数为0.7-0.9时炭膜对CO2／CH4混合气几乎没有分离作用。其次,在传统单孔狭缝模型上,初步探讨了孔径分布对炭膜气体分离过程的影响。研究结果表明,膜的孔径密集度参数s增大CO2和CH4通量均增大,二者分离系数降低。这是因为s增大,大孔出现的概率增大,气体通量增加,分离效果降低；与实验值进行比较后得出0.3为本研究体系的最佳s值；考虑孔径分布后的模型与传统单孔狭缝模型相较更接近实际膜分离过程。