持续的二氧化碳排放加剧温室效应,导致全球范围内极端气候现象频发。经济多年高速增长后,中国已成为世界最大的碳排放国。为遏制碳排放过度增长,实现社会、经济和环境的可持续发展,需在全国范围内推广清洁能源和低碳技术使用。结合我国能源安全现状,普及热电厂碳捕集技术尤为重要。为进一步降低碳捕集过程的能耗,打破相关技术的发展瓶颈,降低分离系统的建设、维运成本,本文以热电厂二氧化碳回收网络为研究对象,对多单元耦合建模和多网络集成优化做深入研究,并提出一套系统性建模优化的方法。为同领域的其他相关研究提供了新思路和新方法。首先,在已有耦合碳捕集技术基础上,本文提供了一种多单元耦合分离网络的建模及优化方法。在单元建模的基础上构建超结构网络,以最小化年均总费用为目标函数,建立MINLP模型,并求解计算。优化后的分离流程可有效降低分离过程中回流压缩机的功耗。此外,本文采用帕累托分析,探讨回收率与流程年均总费用的关系。在能耗分析的基础上,给出了最适回收率区间。其次,本文将分离网络与换热网络集成设计,提升回收网络的能量利用效率。同时,在多流股换热器中使用分段近似方法处理非等温相变;采用分步优化策略,降低多网络集成模型的求解难度。案例结果显示,经换热网络优化设计,系统无需使用低温公用工程,二氧化碳回收能耗大幅降低。最后,在分离-换热网络基础上,本文引入功交换网络。同时,将变温膜组件和改进换热网络添加至原模型中。各单元可根据分离需求,调节自身温度及操作压力。对分离-换热-功交换网络模型优化的结果显示,多网络集成设计可大幅提升系统经济性,实现二氧化碳的高效分离。