随着世界经济发展，国际能源需求日益增加导致化石能源价格大幅上涨，经济运行成本和运行风险也与日俱增。化石能源的大量使用，导致环境问题突出。为了保护环境、降低碳排放量和实现能源供给多元化，新能源开发利用越来越受到世界各国的重视。沼气作为一种新型能源，由于其可再生和低碳环保的特点，沼气工程的保有量和建设量不断增加。为进一步扩大沼气发酵工程的适用地域，提高沼气及其发酵副产品的利用质量，提升沼气发酵工程的综合经济效益，降低沼气发酵工程的综合成本，必须加强对沼气发酵和分离提纯技术的研究。根据秸秆中温发酵和沼气成份的特点，系统地进行了秸秆中温发酵罐的发酵工艺设计研究和沼气的变压吸附法分离提纯系统研究。根据秸秆发酵的特点，吸收现有发酵罐的优缺点，设计了一款适合秸秆发酵的发酵罐系统。对发酵罐进行了热平衡分析计算研究，提出了发酵罐系统的热设计和热补偿方案，以使发酵系统适应维持秸秆中温发酵的需要。为了对这种新型的沼气发酵系统的性能和功能目标的实现进行更进一步的分析研究和改进，在理论分析设计的基础上还进行了数值模拟研究，并对所设计的发酵罐结构进行了改进。通过对沼气的变压吸附法分离提纯系统设计研究，实现了沼气的脱水脱硫，将有害气体硫化氢转化为硫单质，实现二氧化碳和甲烷分离，提高沼气的利用品质，扩大沼气的应用范围。分离后的硫单质可作为化工原料，二氧化碳可用作食品生产，甲烷气可用作车用燃气，整个生产和使用过程无废物和有害物质产生，实现了沼气的高值利用。