煤层气（Coalbed Methane）是一种赋存在煤层中的非常规天然气资源,其主要成分是CH4。在产生同样热量的情形下,煤层气燃烧时产生的CO2量要低于煤炭和原油,燃烧后主要产物是二氧化碳和水,是一种优质洁净的气体能源。我国的煤层气储量丰富,可作为当前我国天然气的有效替代和补充能源。尽管煤层气资源储量丰富,但煤层气商业开发利用进展仍较为缓慢,尤其是伴随着煤矿开采排出的低浓度煤层气,更是得不到有效利用。这不仅仅是对资源的巨大浪费,同时还增加了温室效应,破坏了环境。所以,低浓度煤层气的合理使用对于解决当前气体能源短缺状况、减轻温室效应、实现“双碳”目标具有重要意义。利用水合物法分离、提纯与储运低浓度煤层气中的甲烷是近些年来兴起的一种气体分离新技术,具有广阔的应用前景。但目前水合物法分离低浓度煤层气面临水合物生成速率较慢、对甲烷的分离效率较低等问题,尚处于实验室研究阶段。针对上述问题,本文在自主建立的试验平台上对以气体水合物法分离提纯低浓度煤层气进行了有关实验研究,主要的研究内容包括:（1）用30 mol%CH4/70 mol%N2模拟低浓度煤层气,使用了一种新型环境友好型生物促进剂L-色氨酸,测定了L-色氨酸在不同浓度下对低浓度煤层气生成水合物的影响。研究结论表明,L-色氨酸在较低浓度时对水合物生成有促进的作用,而在较高浓度时阻止了水合物的生成,同时L-色氨酸的作用则更多地表现在动力学方面,对较低浓度煤层气生成水合物的相平衡条件并没有产生明显影响。（2）针对低浓度煤层气生成水合物较为苛刻的相平衡条件,引入四氢呋喃（THF）作为热力学促进剂,分别计算了低浓度煤层气在摩尔浓度为1 mol%、3.0 mol%、5.56mol%THF水溶液中所生成水合物的相平衡条件,结果显示,THF水溶液能够明显降低低浓度煤层气所生成水合物的相平衡压力,THF摩尔浓度为其化学计量浓度时,即5.56 mol%时其促进效果最佳。（3）研究了L-色氨酸和THF共同作用下对低浓度煤层气水合物的促进效果。研究结果显示,在THF溶液中加入L-色氨酸可以提高水合物生成速率,进一步缩短反应时间,并对水合物生成量有一定提升。在初始温度为274.15 K、初始压力为10 MPa的条件下,相比单一的THF体系,加入L-色氨酸后的混合体系反应t90由159 min减少到了95 min,缩短了40.25%。（4）分别在不同初始气液比、不同初始压力、不同初始温度下进行了低浓度煤层气水合物生成实验,研究了低浓度煤层气水合物生成的动力学特性。研究发现,初始气液比对低浓度煤层气生成水合物过程中的动力学特性有明显影响,随着初始气液比的减小,水合物生成量会随之减小,分离因子和水合物中CH4浓度也随之减小,初始气液比在理论化学计量水合数附近时对CH4的分离效果最好;CH4回收率和水合物中CH4浓度随着初始压力的增加而增加,但分离因子与压力并不是线性相关,不同的压力对CH4和N2生成水合物的作用有所不同。随着温度升高,低浓度煤层气水合物的生成量逐渐下降,但其影响没有压力的影响大。在四种温度梯度下低浓度煤层气生成的水合物中CH4浓度没有明显差异。综合实验结果,在初始压力为10 MPa、温度为274.15 K、300 ppm L-色氨酸+5.56 mol%THF体系下,低浓度煤层气经水合物法分离后,CH4浓度由原料气中的30 mol%提高至67.5 mol%,CH4回收率达到了62.04%。