二氧化碳驱油技术作为三次采油技术在国内外各大油田有着广泛的应用,该技术在提高原油采收率的同时,也造成了油田伴生气中CO2含量的不断上升。为了降低油田伴生气中CO2含量,以达到商品天然气质量指标,开发无污染、短流程、低成本、低能耗的CO2分离技术具有重要意义。本文在对国内外现状进行大量研究的基础上,基于CO2的凝华特性,从宏观与微观角度开展CO2雪化分离特性研究,实现天然气中CO2含量的降低和CO2产品的回收。应用PR、SRK、RK立方型状态方程结合vd W混合规则对CH4-CO2与N2-CO2两二元体系进行了相平衡特性分析。结果表明:综合来看PR状态方程的计算精度最高,SRK方程次之,RK方程精度最低。而在低温低压的条件下,SRK状态方程的计算精度最高。考虑到本文研究主要为低温低压工况下CO2的雪化分离,因此选用SRK状态方程进行N2-CO2二元体系中CO2结霜点的计算。在收集实验数据的基础上,选取了固态CO2饱和蒸汽压的计算方程。应用Matlab软件进行编程,对CH4-CO2与N2-CO2两二元体系中CO2结霜点、露点及泡点进行计算,得到两二元体系中CO2的结霜特性,据此确定了CO2雪化分离技术的应用条件,即不同压力下对应的CO2摩尔分数上下限及对应温度、雪化分离温度区间等。通过比较两二元体系结霜点、露点及泡点的一般变化趋势,以及在低压情况下的差值,分析了两二元体系的可替代性,确定用N2-CO2二元体系替换CH4-CO2二元体系进行室内实验及数值模拟研究。对固态CO2表面能及其他热力学参数进行了研究。通过分析CO2冰晶表面能与其晶体结构,升华潜热及各奇异面中CO2分子之间的几何关系,计算得到固态CO2表面能。并计算了N2（β-phase）冰晶及冰-Ih的表面能。获得了定压比热容、导热系数、气相密度、固态CO2密度、饱和温度及动力粘度计算公式。研究N2-CO2二元体系CO2雪化分离特性。基于CO2冰晶成核理论,即冰晶的形核过程及生长模型,建立CO2雪化分离数学模型,分析压力、温度及入口处CO2摩尔分数对CO2雪化分离特性的影响,结果表明:随着压力及入口处CO2摩尔分数的升高,入口处成核率及过饱和度、出口处CO2冰晶体积分数不断增大,CO2冰晶的生长速率及过饱和度消耗加快;温度对CO2雪化分离特性的影响则与之相反。研究结果证实了CO2雪化分离技术的可行性,并可应用CO2雪化分离数学模型对CO2雪化分离技术进行进一步研究。