本论文针对催化裂化干气和催化裂解气低能耗分离低碳烯烃的需求,结合较高浓度油吸收效率高、较低浓度水合效率高的优势,开发了一种用于分离低碳气体混合物的吸收-水合复合工艺。现有的流程模拟软件中均没有关于水合物的物性计算方法,为了模拟和评估所开发的流程,本文参考现有的热力学理论,在方程导向的建模环境中编写了多相相平衡计算程序,并根据动力学实验的结果,使用时间正交离散的方法,拟合了乙烯水合动力学参数。以动力学和热力学模型为基础,建立了水合操作单元的模型,并将模型成功地链接到流程模拟软件中;在流程模拟软件中构建了整个吸收-水合复合流程,以经济性评估为参考,优化了流程操作条件。计算结果表明,吸收-水合流程的年平均费用比传统吸收法低12%;同时发现,虽然水合物能够有效回收低浓度的C2,但是对于高浓度的C2,由于其内部的大小孔结构,水合物并不能提供较高的选择性。最后,针对大规模流程高效模拟的需求,讨论了化工系统工程的发展方向,包括更先进的建模工具、全局优化、计算容错和并行计算等,提出了一种实现热耦合流程全局优化的框架,该框架包括并行的全局优化算法、简化的操作单元模型、帮助流程收敛的渐变边界法以及挟点分析等内容,该框架适用于优化复杂的热耦合系统。