CO2作为一种温室气体,导致了全球超过60%的温室效应。但CO2也是一种宝贵的资源,可用于驱油、农业制肥、食品冷却、冷藏、制造碳酸饮料、灭火器等。因此,须将CO2捕集起来,加以利用。目前CO2捕集工艺主要分为燃烧后捕集CO2、燃烧前捕集CO2以及富氧燃烧。捕集方法主要包括化学吸收法、物理吸收法、膜分离法以及低温分离法等。其中作为低温分离法之一的水合物分离法因操作简单、能耗低、不需要专门的吸收剂、对装置腐蚀性小,以及捕集到的CO2为固态,方便后续储存利用等特点而被视为最具前景的CO2捕集方法之一。目前国内外关于水合物分离法捕集CO2工艺的研究还存在热力学模型准确度不高、对水合反应流程分析计算主要停留在实验阶段等问题,因此,本论文分别针对水合物分离法燃烧后捕集CO2与燃烧前捕集CO2工艺建立了更准确的热力学模型,并在此基础上,对流程进行了模拟计算。利用CPA-SRK方程计算水合物体系气液相热力学性质。在所建立热力学模型中,认为H20分子为4C分子,CO2为有一个电子接受位的溶质分子,N2/H2为无缔合分子。并在此基础上对CPA-SRK方程进行了重新推导。通过搭建实验装置,测得干基CO2浓度分别为20.03%、36.24%、45.24%与85.32%的CO2+N2混合气体在不同温度下生成水合物的相平衡压力。针对水合物分离法燃烧后捕集CO2,基于DIPPR数据库中H2O与CO2的饱和液相密度与饱和蒸汽压数据将CPA-SRK方程中的能量参数α进行重新拟合。并将H2O的α0.5拟合为(1-(T/Tc)0.5)的三次函数,同时将CO2的α0.5视为(1-(T/c)0.5)的一次函数。分别利用CO2-H2O与N2-H2O二元体系的气液相溶解度实验数据,将CPA-SRK方程中的二元交互作用参数kij拟合为温度T的函数。并对拟合结果进行了对比、验证。在此基础上,利用纯CO2与纯N2生成水合物的相平衡条件,分别对P-P模型与Chen-Guo模型中的Langumir吸收系数进行了重新拟合,并对比、验证了拟合结果准确度。在假设进料液体分率为0.5的前提下,利用文献报道模型与新拟合模型计算不同浓度CO2+N2混合气体在给定温度下生成水合物的相平衡压力,并与实验结果进行对比。结果显示两新拟合模型计算结果较对应文献报道计算结果准确度均有较大幅度提高。对比P-P模型+CPA-SRK方程与Chen-Guo模型+CPA-SRK方程计算不同组成CO2+N2气体在不同温度下生成水合物相平衡条件的准确度,发现Chen-Guo模型+CPA-SRK方程针对各组成烟道气生成水合物条件均能做出较为准确的预测。利用Chen-Guo模型+CPA-SRK方程,对水合物分离法燃烧后捕集CO2进行了平衡状态下的流程模拟计算。得出进料干基CO2浓度以及反应温度对水合物分离法燃烧后捕集CO2工艺过程中反应压力、反应器级数的影响规律。在此基础上,针对流量为4.576×105Nm3/h,浓度为17%CO2+83%N2的烟道气,在277 K条件下进行实际操作中的流程计算。并对各级水合反应的进料液体分率、反应压力以及分离效率进行分析计算。同时针对该气样设计了一个初步的四级水合物-膜分离CO2捕集工艺。针对水合物分离法燃烧前捕集CO2,利用H2-H2O二元体系的气液相溶解度实验数据,将CPA-SRK方程中的二元交互作用参数kij拟合为温度T的函数。并对比、验证了计算结果的准确度。基于新拟合的气液相模型,利用纯H2生成水合物的相平衡条件,分别对P-P模型与Chen-Guo模型中的关键参数进行了重新拟合。经验证,新模型在计算结果与实验值吻合度均较好。在假设进料液体分率为0.5的前提下,利用文献报道模型与新拟合模型计算不同浓度CO2+H2混合气体在给定温度条件下生成水合物所需压力,并与实验结果进行对比。结果显示新拟合模型计算结果较文献报道模型计算结果准确度均有一定幅度的提高。对比P-P模型+CPA-SRK方程与Chen-Guo模型+CPA-SRK方程计算不同浓度C02+H2气体,在不同温度下生成水合物相平衡条件的准确度,发现两模型计算结果准确度相差较小,Chen-Guo模型+CPA-SRK方程的准确度略高于P-P模型+CPA-SRK 方程。利用Chen-Guo模型+CPA-SRK方程对水合物分离法燃烧前捕集CO2工艺进行平衡状态下的流程模拟计算,总结出进料干基CO2浓度与反应温度对水合物分离法燃烧前捕集CO2工艺工程中的反应压力、反应器级数的影响规律。在此基础上,针对流量为5×105Nm3/h,浓度为40%CO2+60%H2的合成气,在277 K条件下进行实际操作中的流程计算。并对各级水合反应的进料液体分率、反应压力以及分离效率进行了分析计算。同时针对该气样设计了一个初步的两级水合物-膜分离CO2捕集工艺。