太陽能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理論與實驗研究.pdf

1、 天津大學博士學位論文 太陽能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理 太陽能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理論與實驗研究 論與實驗研究 Theoretical and Experimental Study of Post-combustion Carbon Capture Integrated with Mediumn to Low Temperature Solar Energy 一級學科：動力工程及工程熱物理 學科專業(yè)：熱能工程 作者姓名：王

2、 甫 指導教師：趙 軍 教授 嚴晉躍 教授 天津大學環(huán)境科學與工程學院 二零一六年十二月 I 摘 要 二氧化碳捕集與封存是實現(xiàn) CO2 減排的重要手段與戰(zhàn)略性選擇。然而，CO2捕集過程需要消耗電廠大量的蒸汽， 降低了電廠的出力， 使機組的運行長期偏離設計工況。中低溫太陽能集熱器具有類型多、集熱溫度范圍廣的特點，利用太陽能集熱來取代電廠抽汽進行二氧化碳捕集是降低火電廠能量損失的有效措施。 因此，本課題針對太陽能耦合二氧化碳捕集的思路

3、展開相關(guān)的理論與實驗研究。 首先， 從工程熱力學與化學熱力學的交叉領(lǐng)域出發(fā)， 揭示了能量轉(zhuǎn)化利用過程燃料轉(zhuǎn)化、 動力循環(huán)以及氣體分離的能流與物流的變化規(guī)律， 建立了系統(tǒng)能流與?流模型和 CO2 捕集最小化機理，分析了 CO2 捕集與壓縮過程的熱力學效能變化。研究表明，對于直接燃燒過程，燃料轉(zhuǎn)化過程的品位匹配度最差，?損失最大； 太陽能集熱?效率受太陽能熱效率與集熱品位的影響， 其與電廠的耦合降低了耦合系統(tǒng)的?損，體現(xiàn)了太陽能的優(yōu)勢。 其

4、次，吸收劑研究方面，針對離子液體獨特的優(yōu)勢，選定了[bmim][BF4]離子液與不同醇胺溶液組成復配溶液。 通過研究復配溶液在不同配比、 不同溫度下的密度、粘度特性，得到了復配溶液密度與粘度隨溫度變化的規(guī)律，考察了復配溶液的吸收性能，優(yōu)選出吸收性能比較優(yōu)異的復配溶液。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體與醇胺溶劑的復配可以大大降低吸收劑的密度和粘度，MEA 與[bmim][BF4]的復配具有最好的 CO2 溶解度。 而后，建立了實驗室規(guī)模的 CO2 吸收

5、-解吸實驗裝置。研究了吸收塔、解吸塔單塔運行實驗，考察了煙氣中 CO2 含量、吸收液流量、貧液 CO2 負荷對吸收塔吸收的影響，同時研究了富液 CO2 負荷、流量等對解吸的影響；對吸收-解吸進行了循環(huán)實驗，優(yōu)化了 CO2 捕集能耗。結(jié)果表明，當循環(huán)系統(tǒng) L/G 在 4.0 左右時，再生能耗最低，達到 4.2MJ/kg CO2。 同時， 設計了槽式太陽能集熱器與菲涅爾太陽能集熱器的集熱系統(tǒng)， 測試了兩組集熱器的集熱特性；實驗研究了太陽能與