[发明专利]将废热用于CO2的车上回收和存储的可逆固体吸附方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及由内燃机和产生废热的其它热发动机提供动力的车辆的废气流的二氧化碳排放的减小。

背景技术

目前接受的观点是，全球变暖是由于诸如二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）的温室气体的排放。全球人类引起的CO₂排放的大约四分之一目前被估计来自移动源，即由内燃机（ICE）提供动力的汽车、卡车、公共汽车和火车。这个比例的贡献在可预见的将来随着发展中国家的汽车和卡车拥有率的突出的猛增很可能快速增长。目前，运输行业是原油的主要市场，并且控制CO₂排放是环境责任和希望目标，以便在面临来自替代技术（例如，由电动机和蓄电池提供动力的汽车）的挑战的情况下维持原油市场在运输行业中的生存能力。

移动源的二氧化碳管理具有许多难题，所述许多难题包括空间和重量限制，缺乏任何规模经济，和为移动源提供动力的ICE的操作的动态性质。

用来从燃烧气体俘获CO₂的现有技术方法主要集中在静止源（诸如电厂）上。解决减小移动源的CO₂排放的问题的那些方法利用使用氧气的燃烧，不提供用来再生和再用CO₂俘获剂的装置，且/或不利用从热源回收的废热。使用氧气的燃烧需要氧气-氮气分离，该氧气-氮气分离比从废气分离CO₂更加耗能并且在车辆上尝试将更加困难。

CO₂俘获技术的焦点在静止的或固定的源上，从移动源俘获CO₂通常被认为太昂贵，这是由于它涉及颠倒规模经济的分布式系统。由于车上车辆空间限制，另外的能量和设备要求，和车辆的操作循环的动态性质（例如，快速加速和减速的间歇期），该问题的解决方案显得不实用。

发明内容

因此，本发明的目标是提供通过CO₂的暂时车上存储而解决高效地且节省成本地减少车辆的CO₂排放的问题的方法，系统和设备。这种系统的大量生产的能力将至少部分地抵消与这些移动源的分布式性质相关的其它成本。

如这里使用的，术语内燃机或ICE包括热机，在该热机中燃烧含碳燃料以产生动力或做功并且产生废热，该废热必须被移除或耗散。

如这里使用的，术语“移动源”意指很多种已知运输工具中的任何运输工具，该运输工具可以用于运输货物和/或人，由产生包含CO₂的废气流的一个或更多个内燃机提供动力。这包括在地面上行驶的所有类型的机动车辆，飞机和轮船，其中来自ICE的废气在它被排出到大气中之前被排出到容纳导管中。

如这里使用的术语“车辆”通常要被理解为方便的简称并且与“移动源”同义并且与“运输工具”（如同上面使用的那个术语）同范围。

如这里使用的，术语“CO₂俘获剂”和“俘获剂”意指可逆地提取且保持从ICE的废气流提取的CO₂的固体吸附材料或复合物。也被包括的是已经被涂覆和/或充满液体吸附复合物的固体材料。该术语也可以意指反应物，该反应物与CO₂可逆地反应以形成新的化合物。

如这里使用的，术语“废热”是主要被包含在热的废气（大约300°-650℃）和热的冷却剂（大约90°-120℃）中的典型的发动机产生的热。通过对流和辐射从发动机汽缸体和其相关部件，和废气穿过的其它部件（包括歧管，管道，催化转化器和消音器）排放和损耗另外的热。这种热能总计为典型的碳氢（HC）燃料提供的能量的大约60%。

本发明广泛地包括方法和系统，所述方法和系统用于车上处理由用来为车辆提供动力的碳氢燃料内燃机（ICE）排放的包含CO₂的废气流，以便减小排出到大气中的CO₂的量，所述系统包括：

a.在所述车辆上的处理区域，所述处理区域包含用来从所述废气流提取CO₂的具有预定容量的俘获剂，

所述处理区域具有用来允许所述废气流进入的入口和用于具有减小的CO₂含量的已处理的废气流的通过的出口，

所述处理区域还包括热交换器，所述热交换器具有：入口，所述入口用来从所述ICE接收热的热交换流体（例如，热的废气流）以便与所述俘获剂成热交换关系地通过以释放CO₂且再生所述俘获剂；和出口，所述出口用于已冷却的热交换流体（例如，废气流），