利用CO₂置换开采天然气水合物可以在开采天然气的同时封存CO₂,置换过程CO₂水合物的形成可以维持地层的稳定性从而避免海底滑坡等地质灾害。利用CO₂置换开采时受CO₂原料的限制,当前提出采用电厂烟气进行天然气水合物置换开采来解决CO₂来源的问题从而节省CO₂捕集环节的成本,但由于烟气中CO₂仅有不到20%,从而使置换所得到的天然气量非常有限。为此本文提出采用烟气经一次水合物分离后的富CO₂气（CO₂+N₂混合气）进行天然气水合物置换开采。本文在石英砂+冰粉体系下实验模拟了置换温度在1⁸℃注入压力在2.1³.4 MPa注CO₂置换开采CH₄水合物过程以及置换温度在1¹4℃注入压力在6.5¹4 MPa注53%CO₂+47%N₂混合气置换开采CH₄水合物过程,并对比了CO₂分压约为3.4 MPa置换温度为1℃分别注CO₂、53%CO₂+47%N₂混合气及19%CO₂+81%N₂的烟气置换开采过程。提出了CO₂+N₂混合气置换开采CH₄水合物过程的分解-扩散机制。论文的最后利用Aspen软件模拟比较了烟气直接注入注入开采（烟气―置换开采―膜分离,方案一）与烟气经一次水合注入开采（烟气―水合分离―置换开采―膜分离,方案二）的能效。实验结果显示无论是注CO₂还是注53%CO₂+47%N₂进行置换开采,CH₄回收率及气相CH₄的浓度均会随着置换温度的升高而升高。采用CO₂注入开采时在考察的温度范围内8℃的置换效果最好,置换142 h时CH₄回收率为46.6%,产出CO₂-CH₄混合气中甲烷浓度为0.13。采用53%CO₂+47%N₂注入开采时在考察的温度范围内14℃的置换效果最好,置换66 h时CH₄回收率为97.0%,产出CO₂-N₂-CH₄混合气中甲烷浓度为0.15。在考察的压力范围内提高注入压力会显著降低注CO₂与注53%CO₂+47%N₂开采过程气相CH₄的浓度;但提高CO₂的注入压力会提高CH₄的回收率,而提高53%CO₂+47%N₂的注入压力会降低CH₄的回收率。当CO₂注入压力由2.1 MPa增加至3.4 MPa置换完成时CH₄回收率由12.6%增加至19.0%,气相CH₄的浓度由0.14降低至0.06。当53%CO₂+47%N₂注入压力由6.5 MPa增加至13.8 MPa时CH₄回收率由17.0%降低至6.3%,气相CH₄的浓度由0.07降低至0.01。CO₂分压约为3.4 MPa置换温度为1℃时置换过程CH₄回收率:注CO₂>注53%CO₂+47%N₂>注19%CO₂+81%N₂。Aspen模拟计算结果显示当注入压力在3¹0 MPa方案二的能效比方案一的能效高;而当注入压力在10¹6MPa时方案二与方案一的能效相差不大。