低浓度煤层气作为一种储量巨大的潜在洁净能源,目前利用率极低,对其合理开发利用,对于保护环境,保障煤矿安全生产,改善我国能源结构,实现能源领域的可持续发展具有重要的现实意义。相比变压吸附法、低温精馏法、膜分离法,水合物法作为一种新技术,分离低浓度煤层气具有生成条件温和、储气稳定、耗能低、再分解简单等优点,近年来受到国内外学者的广泛关注。水合物法分离煤层气主要是利用煤层气中CH4、N2和O2等气体生成水合物的温度、压力条件不同而实现分离,因此对混合气体的水合物相平衡热力学研究显得尤为重要。本论文主要进行了不同体系下低浓度煤层气水合物相平衡研究,对目前存在的热力学模型进行了分析比较,结合不同的状态方程,对纯水体系下不同组分气体水合物相平衡条件进行了理论研究,通过综合分析评价确立了最佳的热力学模型；利用选定的热力学模型结合UNIFAC基团贡献法计算活度对添加剂体系下气体水合物相平衡条件进行了一系列研究,为实现水合物法分离低浓度煤层气工业化应用奠定了理论基础。具体的研究工作包括：(1)采用三种不同机理的水合物热力学模型(vdW-P模型、Chen-Guo模型、水的逸度模型),结合不同状态方程(PR状态方程、PT状态方程、PRSV2状态方程),采用Matlab编程,研究了单组分(CH4、N2、O2)及双组分气体(CH4-N2、N2-O2)在纯水体系下的水合物相平衡条件,通过与实验数据对比验证了模型的可靠性,同时对各模型进行了分析比较。研究发现,在三种热力学模型中,水的逸度模型预测结果同实验数据最为吻合。在此基础上采用三种热力学模型对低浓度煤层气(26%CH4-60%N2-14%02)在纯水体系下水合物相平衡条件进行了理论研究,结果表明低浓度煤层气水合物生成趋势即生成压力随温度升高呈指数上升,这也为低浓度煤层气在纯水体系下水合物生成条件提供了理论参考。(2)通过UNIFAC基团贡献法对THF-水溶液进行基团划分,计算了该体系下液相各组分的活度,并同修正的水的逸度模型结合,理论研究了THF存在下,单组分(CH4、N2、O2)及双组分气体(N2-02)水合物相平衡条件,并将理论计算值同实验数据进行比较,结果表明该模型可以很好预测THF存在下水合物相平衡条件；同时基于该模型,研究了三种不同THF浓度下(0.6%、1.8%、5.4%)低浓度煤层气水合物相平衡条件,研究发现THF存在可以显著降低气体水合物相平衡生成压力,当温度为284K,THF浓度为5.4%时,相比纯水体系下低浓度煤层气相平衡压力降低了80%以上；同时随着溶液中THF含量增加,低浓度煤层气水合物相平衡生成压力降低幅度减小。