由于中国天然气消费量迅速增长,常规天然气的产量已无法满足其快速增长的需求,以煤层气、页岩气为代表的非常规天然气的开采和利用成为近些年来的研究热点。超临界CO₂压裂技术使用无水压裂,不但能节约水资源,而且可以封存CO₂气体,是现阶段开采非常规天然气的一种有效方法。但超临界CO₂开采的非常规天然气会掺杂部分CO₂气体,因此必须选择合理高效的方法分离混合气体中的CO₂。气体水合物法分离CO₂/CH₄混合气体具有原料简单、储运安全、节约能耗等优点,在未来具有广阔的应用前景,但水合物生成的相平衡条件高、水合物生长速率慢、分离效率低等问题依然急需解决。本文针对水合物法分离CO₂/CH₄混合气体目前急需解决的两大技术问题,通过实验探讨了不同添加剂对CO₂/CH₄混合气体水合物相平衡条件、水合物生成特性以及动力学指标的影响,同时使用高压可视显微装置拍摄了不同体系中CO₂/CH₄混合气体水合物生长图像,比较分析了不同添加剂对水合物生长形态的影响。本文的主要内容和结论如下:（1）首先通过实验测定了2.8MPa的条件下40mol%CO₂/CH₄混合气体在不同浓度四丁基溴化铵（TBAB）溶液体系（0.29mol%、0.62mol%、1.38mol%、2.57mol%）生成水合物的相平衡温度。实验结果表明,该条件下不同浓度的TBAB溶液均能显著提高CO₂/CH₄混合气体水合物生成的相平衡温度,TBAB是一种有效的热力学促进剂。（2）基于相平衡数据,开展了CO₂/CH₄混合气体在不同溶液体系形成气体水合物的动力学实验研究:（1）研究了CO₂/CH₄混合气体在不同浓度TBAB溶液（0.29mol%、0.62mol%、1.38mol%、2.57mol%）中水合物生成的气体消耗量、CO₂回收率、分离因子等动力学特性。实验结果表明在压力P_ex=2.8MPa,过冷度?T=6K的条件下,0.62mol%TBAB溶液的气体消耗量和CO₂回收率最高,TBAB半笼型水合物能捕集更多的CO₂分子和CH₄分子,但分离因子最低,溶液对CO₂的选择性最差。（2）通过实验比较了不同浓度木质素（SL）溶液（300ppm、500ppm、1000ppm）对CO₂/CH₄水合物气体消耗量及气体溶解度的影响,发现500 ppm SL对气体消耗量的影响最明显,不同浓度的SL均能有效提高溶液的溶解度。（3）研究了相同条件下500 ppm SL溶液体系、1.0 mol%THF/500 ppm SL溶液体系和纯水体系水合物生长特性,并比较了SL与SDS对水合物动力学特性的影响。结果表明,CO₂/CH₄混合气体在500 ppm SL溶液体系的水合物成核阶段远远长于THF/SL体系和纯水体系。另一方面,与SDS溶液相比,500 ppm SL溶液体系的CO₂回收率提高到63.5±2.9%,分离系数为4.0±0.8,而且其气体消耗量高于纯水、SDS溶液、THF溶液、TBAB溶液和TBPB等其它体系。因此,SL在促进CO₂/CH₄混合气体水合物的生成、提高水合物反应速率等方面具有广阔应用前景,在CO₂选择性方面具有一定的提升空间。（3）利用高压可视显微装置拍摄了CO₂/CH₄气体水合物在不同浓度TBAB溶液和500 ppm木质素溶液中的典型生长图像。研究发现:在TBAB溶液中,气体水合物的成核速度快,水合物只在液相结晶并迅速生长,而在木质素溶液中,CO₂/CH₄气体水合物成核缓慢,水合物首先从气-液界面结晶,然后沿着反应釜内壁缓慢向上生长。对CO₂/CH₄气体水合物结晶过程的显微拍摄结果可以为优化气体水合物结晶生长过程提供理论指导。