当前由CO2过量排放导致的全球变暖问题受到广泛关注,碳捕集、利用与封存技术为该问题提供了一种有效的解决方案。碳捕集技术中,低温碳捕集技术凭借其无污染、产品纯度高、对原系统改动小等优点具有较好的应用前景。低温CO2捕集凝华过程中的参数特性和动态特性是低温碳捕集系统捕集率、能耗与扫除时间的微观表现。但目前低温CO2捕集技术相关研究集中于流程设计与参数特性方面,无法根据动态特性为实际操作提供相关指导。为探究低温CO2捕集过程中的参数特性与动态特性,本文开展了CO2凝华过程模拟研究,包括稳态和动态两部分建模与分析工作,为低温凝华换热器的优化设计与实际操作提供理论指导。本文首先以N2-CO2混合气为研究对象模拟烟气,基于套管式对流换热器与CO2关键物性计算,搭建CO2凝华过程传热传质模型,选取CO2捕集率、初始凝华点位置、有效捕集长度、CO2沉积速率及其分布作为凝华过程的评价指标。基于CO2凝华过程传热传质模型,探究关键参数变化对CO2捕集过程评价指标的影响规律。结果表明各参数变化对CO2捕集率的影响不同:混合气压力、流速增加时捕集率先上升后下降;捕集率随入口CO2体积分数增加而增加;冷却气入口温度增加致使捕集率显著降低。随后以高于60%的有效捕集长度占比和90%捕集率为目标,对系统运行参数进行优选:混合气流速范围为0.41～0.58 m/s,冷却气入口温度范围为154.7～157.5 K。并使用定温度梯度的对流换热模型指导了凝华换热器设计与操作参数选取。基于以上优化后的凝华换热器,本文建立低温CO2捕集凝华过程一维动态模型,分析系统对操作参数的敏感性与响应特性规律,揭示系统由无凝华稳态到凝华状态过程中主要参数随时空变化的动态分布,通过不同入口参数条件下沉积层位置与扫除时间的变化规律得到参数调整范围。结果表明系统主要参数指标对于气体温度的敏感性高于系统对气体质量流率的敏感性,混合气温度、混合气质量流率、冷却气温度增加10%时,混合气与管壁温差变化幅度分别为52%、16%和46%。因此可优先选择调整气体温度的方式应对系统工况变化。CO2沉积速率对混合气入口温度与质量流率、冷却气入口温度的敏感性均较强,其中冷却气入口温度增加10%时,端点处CO2沉积速率增长150%。对比阶跃信号前后混合气与管壁温差、混合气温度与CO2沉积速率变化可知操作过程中应根据捕集率要求调整适宜的混合气出口温度,以避免多余的冷能消耗。以较短的扫除时间、相对靠后的峰值沉积速率位置为目标,冷却气入口温度调整范围为145～162 K,混合气流速调整区间为11～16 m/s。