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煤层气主要含甲烷成分,与天然气具有区域互补性。我国煤层气资源丰富,但利用率还不到50%。导致这一现象的主要原因是在煤矿开采过程中抽采的煤层气含有5%～10%的氧气而因安全原因被焚烧或放空,没能直接回收利用。既浪费了宝贵的清洁能源,又增加了温室气体的排放,污染了环境。甲烷的爆炸极限是约束含氧煤层气分离提纯工艺过程的关键。本文采用HYSYS对常规天然气液化方法进行模拟分析,结果表明：在煤层气中CH4摩尔分数为68%,其余均为空气成分时,液化压力至少要达到4.0MPa,才能确保LNG产品中满足氮气含量小于5%的条件,此时BOG气体中甲烷摩尔分数为48.87%,而甲烷回收率最大为60.5%,浪费了煤层气资源,确定常规天然气液化方法处理含有大量氮氧组成的煤层气是不可行的。宜采用带低温精馏单元的含氮氧煤层气液化系统。选用丙烷预冷氮膨胀制冷和混合制冷剂液化精馏工艺进行模拟、对比,结果表明：在安全性方面,混合制冷剂液化精馏流程优于丙烷预冷氮膨胀制冷液化流程；在产品纯度基本相同的条件下,混合制冷剂液化流程比丙烷预冷氮膨胀制冷少消耗5067.66kW,整个液化流程节能25.2%,并且甲烷回收率也较高,为85.3%。本文同时分析了煤层气压力、温度、组成变化对混合制冷剂液化精馏流程性能参数的影响；比较了不同制冷剂组成对制冷剂用量和制冷功耗的影响,确定了含氧煤层气液化系统的混合制冷剂组分。分析了混合制冷剂各组成的变化对换热器内部最小温差、关键点气相分率的影响,为混合制冷剂的优化配比提供依据。同时,对精馏流程中的关键设备低温精馏塔进行分析,从产品纯度和安全角度,确定了低温精馏塔的理论塔板数为10块,塔顶操作压力为0.18MPa,温度为-166.8℃时,返流煤层气中的CH4摩尔分数要大于爆炸上限18.85%；分析了低温精馏塔内部温度、压力及气液相摩尔流量分布情况,以及再沸比对返流煤层气中CH4含量、LNG中O2+N2的含量、再沸器热负荷和LNG产量的影响,提出在煤层气低温液化精馏分离的实际调试运行中,可根据煤层气中的氧气含量适当调节低温精馏塔的再沸比,控制LNG产品中的氮氧含量,保证产品高纯度。在保证混合制冷剂液化流程安全的前提条件下,采用注入氮气使尾气惰化,失去爆炸性,然后通过吸收塔吸收尾气中的甲烷,可以提高甲烷回收率。通过HYSYS模拟分析得到,氮气注入比大于0.30后,可使尾气失去爆炸性,通过合理增加液氮量可以使产品LNG中的甲烷浓度达到99.63%,甲烷回收率从原来的85.3%提高到99.0%。