太阳能辅助碳捕集与蒸汽甲烷重整集成系统的热经济性优化配置研究

为解决传统蒸汽甲烷重整(SMR)制氢过程中CO2捕集能耗高的问题，研究人员开展太阳能热能与PCC技术集成研究。通过Aspen HYSYS和Thermoflex模拟优化RSR配置，发现PTC系统以5.60 $/kWh的LCOH和80% CF实现71.5 MW热能供给，太阳能塔系统则达90% CF。该研究为低碳氢生产提供创新解决方案。

　　

在全球碳中和背景下，传统蒸汽甲烷重整(SMR)制氢过程每年排放7.5-12吨CO₂/吨氢气，而常规碳捕集技术又面临能耗过高导致效率下降的困境。这项发表于《Fuel Processing Technology》的研究提出创新方案：利用太阳能热力驱动后燃烧碳捕集(PCC)系统，实现"蓝氢"生产的绿色升级。

伊朗德黑兰的研究团队采用多尺度建模方法：通过Aspen HYSYS 11.1构建SMR-PCC流程，优化出再沸器热负荷仅71.5 MW的RSR配置；采用Thermoflex 23模拟抛物槽式集热器(PTC)和太阳能塔系统；结合SAM软件进行全年8760小时性能分析，并引入Python进行?经济分析。研究特别关注德黑兰地区的气象数据，建立7小时储热(TES)系统应对昼夜波动。

研究结果显示，五种PCC配置中RSR模型表现最优，再沸器温度135.5°C时?效率达32.92%。太阳能集成方案中，PTC系统需0.87 km²集热面积，在SM=3.5时实现80%容量因子；太阳能塔系统虽需1.91 km²场地，但SM=3时容量因子提升至90%。?经济分析揭示太阳能塔+RSR组合的?经济因子达31.45%，显著优于PTC系统的24.51%。

该研究的突破性在于：首次量化比较PTC与太阳能塔在PCC集成中的性能差异，提出SM=3.5(PTC)/3(塔)的最优设计点。通过热-?-经济三重分析框架，证实太阳能辅助PCC可使SMR碳减排47-53%的同时，避免传统方案13.3%的能效损失。研究建立的7-15小时TES配置方案，有效解决了太阳能间歇性对连续制氢的干扰，为中东等高辐照地区实现巴黎协定1.5°C温控目标提供关键技术路径。