用于乡村公共卫生安全的多功能气调机

新冠疫情爆发揭示了世界范围内公共卫生安全领域存在的艰巨挑战,尤其是公共基础设施弱、公共卫生安全意识薄弱的乡村地区。本文面向乡村防疫的特性需求,基于气固吸附和固载二氧化氯技术,开发了一种兼具灭菌、驱虫和富碳施肥的新型气调机装置。机组采用四床变电吸附（ESA）碳捕集与变压吸附（PSA）制氮循环结合的方法,对CO2和N2进行富集;同时,将固载二氧化氯应用于吸附剂中,实现一定强度的杀菌效果。基于测试数据和模拟模型,对碳捕集循环中吸附和解吸温度的温差、制氮循环中出口流速和吸附压力对该气调机的分离性能（回收率、纯度、生产率）和能效性能（比能耗、最小分离功、第二定律效率）的影响进行分析。结果表明：CO2的回收率、纯度、生产率均随温差的增大而升高;N2的纯度随出口流速的增大而降低,随吸附压力的增大而升高;N2回收率和生产率随出口流速和吸附压力的升高均呈现上升的趋势;系统比能耗随吸附压力的升高而升高,随温差和出口流速的增大均呈现降低的趋势;第二定律效率呈现与比能耗相反的变化趋势。模拟结果显示：当温差为105 K,出口流速为0.01 m/s,吸附压力为1 MPa时,CO2和N2纯度均达到最大值,体积分数（VOL）分别为80.6% 和97.05%,此时系统比能耗为2.13 MJ/kg,第二定律效率为4.71%,能效性能处于较好水平;即使在其他操作条件下,CO2纯度普遍高于60%VOL,N2纯度普遍高于95%VOL,系统其他性能参数均可达到较高水平。     

电子级HF吸附法回收的节能降耗潜力分析

电子级氟化氢（HF）气体的回收具有良好的经济、环境、社会效益,吸附法是最有希望实现回收的方式之一。然而能耗问题限制其进一步发展,如何对其展开节能降耗尚未见专题研究。本文通过对吸附循环能耗等指标的计算,对吸附循环的性能展开了探索性研究。采用分子模拟技术,计算获得HF的吸附平衡等温线数据;建立变温吸附循环数值模型,明确评价循环效能的指标参数;改变吸附温度、压力等运行参数,分析能耗、能效等循环指标的变化趋势,探索降低能耗提升效率的方向。计算结果表明：吸附温度由298K降低到288K,回收单位质量HF能耗由14.0912MJ/kg降低为3.1173MJ/kg,能量利用效率由0.02升高到0.0953;解吸温度由340K升高到350K,能耗降低为12.0037MJ/kg,能量利用效率升高到0.0247。可以看出,降低吸附温度对降低能耗、提升能效的作用更加明显。此外,还得到以下结论：提高进气浓度对各指标均有积极影响;提高吸附压力仅对回收率有较大影响;冷热源与操作温度的差值仅影响产率大小。     

新型太阳能辅助碳捕集技术进展综述与性能比较

近年来,CO₂捕集技术正在从定向分离的单一过程向同步存储或利用的集成过程快速过渡。这种发展趋势也对太阳能辅助碳捕集的集成形式提出了更高的要求。本文综述了化学链燃烧、水合物法和热化学循环三种新型太阳能辅助碳捕集技术,从辅助方式、操作条件和性能等方面展开深入分析。围绕理想分离最小功和二次定律效率两个参数,对新技术和传统技术进行了性能评价和对比。结果说明了对于CO₂体积分数在5%～20%的混合气体,吸收法和热化学循环法的二次定律效率较高,发展较为成熟,而水合物法的分离最小功最小,理论上较易实现分离。新型太阳能辅助碳捕集技术可促进碳产品的生产,为全球碳循环的搭建完成了重要的一环。     

变温吸附碳捕集系统能效性能对标分析

准确且合理的能耗分析对碳捕集技术规模化发展至关重要,其既是碳捕集技术节能降耗的必要前期准备,也是碳捕集过程开展绿色化、清洁化性能评价的重要数据基础。因此,在对碳捕集过程的能源转换共性展开探索的同时,迫切需要面向工程实践的需求,形成易于操作的能效性能对标分析方法,从而保证对类型技术的性能认知可以在合理且统一的评价平台上进行归纳与比较。本工作基于对标分析(Benchmarking Analysis)方法,对变温吸附碳捕集(TSA)过程的能耗分析方法进行了阐述,包括流程、参数、模型等。研究了吸附温度和解吸温度对TSA能效性能结果的影响,演示并量化了该方法的可行性,重点对边界变化对评价结果的影响进行了讨论。提出的对标分析方法对碳捕集技术的能效性能对标评估给出了较具体的指导。     

太阳能辅助碳捕集:适用技术、性能比较和发展趋势

太阳能辅助碳捕集系统集合了提高能源转换效率、使用可再生能源和二氧化碳捕集与封存3种应对气候变化挑战的技术,是跨学科研究中的新兴领域。本文综述了燃烧后、燃烧前和富氧燃烧碳捕集技术中太阳能辅助碳捕集的研究现状,并从分离方式、分离技术和太阳能辅助方式等方面进行了深入分析。其后从分离理想最小功和分离热力学效率对不同二氧化碳的分离技术进行了性能评价。最后对太阳能辅助碳捕集技术的发展趋势进行了梳理,分离模型方法不再适合光催化等第二代碳捕集技术,碳捕集理论研究的框架有待拓展;太阳能辅助环节将从碳捕集过程逐步扩展到运输和储存过程;太阳能辅助形式中的梯级利用更加灵活多样。该新兴技术在能效基础理论、太阳能梯级利用和高效集成三方面亟待突破。     

变温吸附碳捕集机组标准化测试方案探讨及性能实验

变温吸附（TSA）碳捕集技术是控制碳排放进而实现“双碳”目标的有效保障手段之一。然而，由于目前缺乏相对完善的计量体系和可执行的标准化测试方案，导致机组性能的测试结果差别较大，缺乏规律性所造成的趋势和性能迭代困难不利于TSA产业化发展。本文初步提出了包含测试工况、性能评价指标、数据的测量与采集三个方面的标准化测试方案，并对样机规模的实物机组进行了性能测试。结果表明，该套方案的可执行度高，可为相关机组的性能评价工作提供借鉴。此外，机组的性能测试结果显示，该机组的运行状态容易控制，纯度和回收率最高均能达到90%以上，但是能源效率在3.5%～6.5%之间，提升潜力大。对标分析发现机组内的管道等部件损失的能耗占比30%～40%，所以需要通过优化管道线路布置、提高吸附腔内换热效率、优化解吸温度和真空压力等运行参数等方式来进一步降耗提效。     

变电吸附二氧化碳捕集技术研究进展

基于变电吸附的碳捕集技术，通过“通电-断电”实现摆荡模式，利用电能焦耳效应产生热能，驱动吸附剂实现连续地吸附与再生。相对于变温吸附，其输入高品位电能，因此可驱动碳源、碳汇之间的大浓度差富集，近年来备受关注。然而，目前限制变电吸附碳捕集技术应用的主要问题是较高的能耗与较低的产率。据此，本文总结了近年来国内外变电吸附碳捕集技术的研究进展并提出了技术展望。首先讨论了变电吸附碳捕集的基本原理，其次综述了近十年变电吸附碳捕集技术中吸附剂、循环结构的研究进展及发展趋势，应用热力学第二定律效率对变电吸附碳捕集系统展开评价。最后，对变电吸附碳捕集技术发展趋势进行展望，变电吸附技术具备规模化竞争力的关键为：在改善吸附剂导电和捕集性能的基础上，改进吸附剂制备工艺，关注吸附剂的加热形式以及吸附腔体内的电阻分配，尝试与其他碳捕集技术耦合进行分级捕集，与可再生能源进行集成。