甲烷主要由高甲烷含量的天然气分离，也可以由炼厂气或其他气源副产回收。
低温分离??
中国四川天然气干气的典型组成为（mol%）:甲烷96.77，乙烷1.40，丙烷0.31，丁烷0.10，戊烷0.03，二氧化碳0.29，氦族等低沸点非烃类气体1.10。以此天然气干气为原料，用低温精馏法可以制取纯度99.9%~99.999%的纯甲烷或。生产流程是：将原料气加压到10MPa，首先通过高压吸附脱除酸性二氧化碳和微量的硫化氢，再经预冷使C3以上的烃冷凝并分离去，然后在除氮塔内精馏，氮氦等非烃低沸点组分从塔顶分离出去，塔釜为含有少量乙烷的液甲烷，进入脱乙烷塔继续精馏，在塔顶获得高纯甲烷产品，塔釜回收乙烷。整个分离过程所需要的冷量由天然气的焦耳-汤姆逊膨胀制取，制冷所用天然气循环使用。
炼厂气比较复杂，采用低温分离法单纯制取甲烷成本较高，可以根据不同的原料组成，选用不同分离工艺，通常采用多塔精馏的方法可以同时制取甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。所用的制冷方法可以是外部制冷法、焦耳-汤姆逊膨胀法，或透平膨胀机法等。
对于除甲烷外，大部分为非烃组分的原料气，一般是以制取非烃组分为主，副产回收纯甲烷。例如从合成氨驰放气中提取氩，可同时回收氢气和甲烷。
变压吸附法
对于主要以甲烷和非烃低沸点组成的原料气，还可以采用变压吸附法分离回收甲烷。例如煤矿瓦斯气，变压吸附法从煤矿瓦斯气浓缩甲烷工艺包括以下基本过程：1、吸附，在环境温度下，用固体吸附剂升压吸附甲烷，其余组分从吸附塔出口端排出；2、顺向减压，当甲烷吸附前沿移到塔内一定位置后，停止吸附，接着进行多次顺向减压，稀放出塔内非甲烷成分，以提高塔内甲烷浓度；3、置换，用部分回收的甲烷气顺向置换吸附塔，进一步提高塔内甲烷浓度。4、逆向减压和抽空，回收塔内吸附的甲烷，吸附剂同时获得再生；5、升压，塔内压力逐级升高，直到吸附操作压力，变压吸附法可以将煤瓦斯气中的甲烷从20%提高到95%。
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