水合物法分离混合气作为一种新兴气体分离技术,与传统分离技术相比具有鲜明的优势性和广阔的应用前景。本文旨在利用该技术实现催化裂化干气的分离,对其中高附加值的乙烯组分进行回收利用,为此进行了大量的基础研究。主要内容包括:(1)采用恒温压力搜索法测定了乙烯及催化裂化干气在去离子水、聚乙烯苯磺酸钠(PSS)、木质素磺酸钠(So-Li)、异辛基葡糖苷(APG)四种工作液体系下水合物热力学生成条件。实验结果表明:三种表面活性剂对乙烯及催化裂化干气水合物生成条件影响不大,无明显抑制作用。(2)采用悬滴法对三种表面活性剂体系的气-液界面特性进行了测定,实验结果表明:与去离子水体系相比,三种表面活性剂体系下气-液界面张力均有降低,表面吸附自由能也随之降低,表明表面活性剂的加入利于气体在工作液中溶解吸收,可促进水合物的生成。三种表面活性剂体系相比,APG的促进作用更加显著。(3)测定了乙烯在去离子水、PSS、So-Li、APG四种工作液体系下水合物生成动力学基本情况,考察了温度、压力、表面活性剂种类及浓度对乙烯水合物生成速率和储气量的影响。实验结果表明:APG可显著提高乙烯水合物生成速率和储气能力,其他两种表面活性剂促进作用较弱。(4)在间歇分离装置上完成了APG体系下的水合物法分离催化裂化干气实验及水合物生成动力学实验研究,考察了温度、压力、初始气液比及APG浓度对水合物生成速率及分离效果的影响。实验结果表明:较之去离子水体系,APG体系下催化裂化干气水合物具有更快的生成速率和更佳的分离效果,在温度281.15 K、压力3.5 MPa、初始气液比300 v/v、APG浓度0.2 wt%条件下,单级相平衡分离过程乙烯回收率可达77.80%,水合物储气量达165.51,分离效果显著。(5)在Chen-Guo水合物模型的基础上,提出了适于催化裂化干气的I型水合物生成动力学模型,通过实验数据回归得到了模型参数k和q的值,结合微元法对分离实验结果进行了预测,模型值与实验值具有很好的吻合性,表明模型预测性良好。(6)运用Fluent软件对类孔板式水合反应器内部流场进行了模拟,成功组建了基于文丘里管式吸入水合反应器的连续分离实验装置。