[发明专利]利用废热来车载回收和存储来自机动车内燃机废气的CO2的膜分离方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及降低来自由内燃机和产生了废热的其他热发动机提供动力的车辆的废气流的二氧化碳的排放。

发明背景

目前公认的观点是全球变暖是由于温室气体如二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的排放造成的。大约四分之一的全球人类导致的CO₂排放目前估计是来自于移动来源，即，由内燃机(ICE)提供动力的轿车、卡车、公共汽车和火车。在可以预见的未来，随着发展中国家私人拥有的轿车和卡车的迅猛发展，这个比例很可能快速增加。目前，运输领域是原油的主要市场，并且控制CO₂排放既是环境责任也是令人期望的目标，目的是在面对来自替代技术如由电动机和蓄电池提供动力的轿车的挑战时，保持运输领域中原油市场的活力。

来自移动来源的二氧化碳的管理具有诸多挑战，包括空间和重量限制、缺乏任何的规模经济性和为移动来源提供动力的ICE运行的动态性能。

现有技术中捕集来自燃烧气体的CO₂的方法主要集中在固定来源例如动力设备。那些解决降低来自移动来源的CO₂排放问题的方法使用了利用氧气的燃烧，没有提供用于再生和再利用CO₂捕集剂的手段，和/或没有利用回收自热源的废热。仅仅使用氧气的燃烧需要氧-氮分离，其相比于从废气中分离CO₂而言是更能量密集的，并且如果在车辆车载上进行尝试，该分离问题将变得甚至更困难。

CO₂捕集技术的焦点集中于静止的或者固定来源。来自移动来源的CO₂捕集通常被认为太昂贵，因为它包括了具有反规模经济的分配系 统。解决这个问题的方案看起来是不切实际的，这归因于车载车辆的空间限制、额外的能量和设备需求和车辆运行周期的动态性能(例如快速加速和减速的间歇期)。

所以本发明的一个目标是提供一种方法，系统和设备，其通过临时车载存储CO₂而解决了有效地和成本有效地降低车辆的CO₂排放问题。这样的系统的大规模生产能力将至少部分的抵消了与这些移动来源的分配性质相关的其他成本。

本发明的另一目标是提供系统和方法，其用于捕集和存储基本纯净的CO₂(其否则会从机动车辆排入大气中)，这样它可以用于任何的需要CO₂的许多商业和工业过程中，或者送到永久性存储位置。

作为此处使用的，术语“内燃机”或ICE包括热发动机，其中含碳燃料燃烧来产生功率或者功和产生必须除去或者消散的废热。

作为此处使用的，术语“移动来源”表示任何的多种已知的运输工具，其可以用于运输货物和/或人，其是通过产生含有CO₂的废气流的一种或多种内燃机来提供动力的。这包括在陆地上行进的全部类型的机动车辆、火车和船舶，其中来自ICE的废气在它排放到大气中之前排放到容纳管道中。

作为此处使用的，术语“车辆”被理解为是一种方便的简写，并且与“移动来源”同义，并且通常当如上使用该术语时，通常与“运输工具”外延相同。

作为此处使用的，术语“废热”是典型的发动机产生的热，其主要包含在热废气(～300-650℃)和热冷却剂(～90-120℃)中。另外的热是从发动机组和它的相关部件以及废气所穿过的其他部件(包括歧管、管道、催化转化器和消音器)通过对流和辐射来排放和损失的。这个热能总计为典型的烃(HC)燃料所提供的能量的大约60%。

发明内容

上述目标和其他优点是通过本发明来获得的，其广泛的包括一种方法和系统，用于通过来自废气流的CO₂的选择性气体透过，来车载处理 由用于为车辆提供动力的烃燃料的内燃机(ICE)所排放的含有CO₂的废气流，以降低排放到大气中的CO₂的量。

从废气流中膜分离CO₂的方法包括将废气与膜渗余物侧在预定的、对于所用具体类型的膜组件来说最佳的温度，压力和流速条件下接触。CO₂在驱动力下透过膜，并且被送到膜的渗透物侧，在这里它被收集。

基本上纯净的CO₂气体是从膜的渗透物侧回收的，并且送到用于致密化步骤的压缩机入口，来压缩该气体和形成液体和/或固体CO₂。其后，该致密化的CO₂保持在车辆车载存储中，直到它可以在车辆加燃料设施或者其他适当的接收站被除去为止。