沼气经提纯后可替代天然气，作为一种可再生能源，是一种潜力巨大的绿色能源，但因厌氧发酵原料限制，大规模厌氧发酵工程技术还不成熟，沼气中CO2含量较高，使得沼气提纯制备生物天然气技术需要在现有化工脱碳技术基础上进一步优化，因此，沼气替代生物天然气应用受到限制。沼气中主要成分CO2和CH4均可以在较温和条件下形成气体水合物，因此气体水合物法是一种新型的储存/分离技术，它具有储气量大、存储条件温和、安全等优点，而且工艺简单、无污染，是较为理想的气体存储、分离方式，极具发展前途。由于气体水合物生成速率与效率及分离效果不理想，添加表面活性剂作为水合物生成促进剂是改善水合物生成过程的有效途径。本文采用模拟沼气CO2/CH4系统，在实验条件下，选择添加适宜表面活性剂，分别研究了CH4水合物的生成特性、CO2水合物的生成特性以及水合物法分离CO2/CH4混合气的工艺过程，为实现水合物法分离提纯沼气工业应用技术提供有价值的基础研究数据及理论支持。　　（1）探讨了三种碳链相同、阴离子基团不同的磺酸基阴离子表面活性剂对CH4水合物生成过程的影响。在6MPa、275.15K的初始条件下，采用十二烷基硫酸钠（SLS）、十二烷基磺酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为添加剂，研究了不同表面活性剂及其浓度（2mmol/L、4 mmol/L、6mmol/L）对CH4水合物生成过程的影响。研究结果表明：无添加剂时水合物生成过程的诱导时间大于72h，而添加SLS和SDS后水合物反应过程的诱导时间缩短至0.5-2.3h，水合物生长过程持续时间为0.5-0.6h，生成的水合物集中在反应釜内壁上；而添加SDBS后CH4水合物反应过程的诱导时间为1.6-4.9h，CH4水合物生长过程持续时间为7.1-20h，水合物主要在反应釜底部。　　（2）探讨了三种磺酸基阴离子表面活性剂（SDS、SLS、SDBS）对CO2水合物生成过程的影响。研究了不同表面活性剂及浓度（2mmol/L、4mmol/L、6mmol/L）对CO2水合物生成过程的影响。实验结果与CH4水合物的明显不同：当SDS和SDBS存在时，几乎无CO2水合物生成。当SLS的浓度为2mmol/L时也几乎没有CO2水合物生成。而SLS浓度为4mmol/L和6mmol/L时均有大量CO2水合物生成，生成的CO2水合物疏松，集中在反应釜内壁上。　　在此基础上对CO2水合物生成的工艺条件进行优化。在体积为350mL的恒容反应釜中以SLS为添加剂研究了CO2水合物的生成过程，考察了搅拌速度、温度和压力等条件对CO2水合物生成过程的影响。结果表明，相对静止条件下机械搅拌可以通过促进传质传热，加速CO2水合物生成过程；CO2水合物的溶解速率、诱导期及反应速率受温度影响不明显；CO2水合物的生长受压力影响较为明显，增压可显著缩短诱导期、加快反应速率。水合物生长过程主要受客体分子浓度的影响，动力学控制占主导。　　（3）研究了不同碳链长度的阴离子表面活性剂对CO2水合物生成的影响。选取了十二烷基硫酸钠（SLS）和十八烷基硫酸钠（SOS）作为添加剂，研究了具有相同阴离子基团、不同碳链长度的表面活性剂对CO2水合物生成过程的影响。静止条件下，SLS的促进效果明显，且随着SLS浓度的增大而增大（0-1CMC），而添加SOS时几乎无效果。当搅拌速率为800rpm时，SLS和SOS都可以有效促进CO2水合物的生成，使用相同的CMC浓度时，SLS的促进效果更好。然而， SOS可以在低浓度下获得很好的促进效果，故SOS可以降低水合物法捕获和分离CO2时添加剂的用量。　　（4）添加剂SLS的浓度、填料系数及进料压力对水合物法分离CO2/CH4混合气的影响。将SMS-2型气体水合物模拟实验仪与气相色谱联用，测定以SLS为添加剂时水合物法分离CO2/CH4混合气的特性。添加剂SLS可有效缩短CO2/CH4水合物形成过程的诱导期、加快反应速率；添加剂SLS的浓度对CO2/CH4的分离系数无明显影响；水合物法分离CO2/CH4时反应液的最佳填料系数为5/20，最适宜的初始操作压力为6MPa。CO2/CH4可通过形成水合物，使CH4在短时间内达到一定程度的分离提纯。