[发明专利]碳捕获系统

说明书

一种碳捕获系统可以包括多个COsubgt;2/subgt;变温吸附(TSA)床。多个COsubgt;2/subgt;TSA床可以包括至少第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床，其经配置在捕获温度范围内捕获COsubgt;2/subgt;并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的COsubgt;2/subgt;。碳捕获系统可以包括多个阀和相关联的流动路径，其经配置允许切换第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床中的每一个的操作模式。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年9月10日提交的美国临时申请第63/076，521号和2021年9月1日提交的美国非临时申请第17/464，199号的优先权和权益，其全部内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及碳捕获系统(例如，用于半封闭循环发动机系统)。

背景技术

某些现有的碳捕获技术利用变压吸附床从排气流中捕获二氧化碳。传统的系统需要多个阶段来产生合适纯度的二氧化碳，这增加了驱动气流通过系统的能量需求，降低了整个系统的效率。

这种常规方法和系统通常被认为能够满足其预期目的。然而，本领域仍然需要改进的碳捕获系统。本发明提供了针对这种需求的解决方案。

发明内容

根据本发明的至少一个方面，碳捕获系统可以包括多个CO₂变温吸附(TSA)床。多个CO₂ TSA床可以包括至少第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床，其经配置在捕获温度范围内捕获CO₂并且在高于捕获温度范围的再生温度范围再生所捕获的CO₂。碳捕获系统可以包括多个阀和相关联的流动路径，其经配置允许切换第一TSA床、第二TSA床和第三TSA床中的每一个的操作模式。

碳捕获系统可以包括控制模块，其经配置控制多个阀以提供连续操作，使得同时地，多个TSA床中的至少一个在捕获模式下操作以从排气流中除去CO₂并输出氮气流，多个TSA床中的至少一个在加热再生模式下使用以将CO₂释放到生产流中，并且多个TSA床中的一个中的至少一个在冷却模式下操作以由冷却流冷却。

碳捕获系统可以经配置连接到半封闭循环发动机系统以从其接收发动机排气。根据本发明的至少一个方面，半封闭循环系统(例如，活塞、涡轮机或其它)可以包括本文公开的碳捕获系统的任何合适的实施例。

碳捕获系统可以包括生产流循环器子系统，其选择性地连接到每个TSA床并且经配置使生产流在再生模式下循环通过相应的TSA床，以从TSA床再生附加的CO₂，从而增加生产流中的CO₂浓度。生产流循环器子系统可以包括热源，其经配置向生产流添加足以将在再生模式下操作的相应的TSA床加热到再生温度范围内的热量。生产流循环器子系统可以包括动力源，其经配置在循环器内移动生产流。生产流循环器子系统可以与CO₂输出子系统流体连通。

热源可以是废热交换器，其经配置与发动机的下游的排气流热连通。动力源可以是连接到涡轮机的压缩机。在某些实施例中，废热交换器可以在压缩机与涡轮机之间处于流体连通，使得废热驱动涡轮机为压缩机提供动力。

在某些实施例中，碳捕获系统可以包括流动推进器(例如，鼓风机、压缩机或风扇)，其经配置向排气流提供动力流以流过碳捕获系统到达在捕获模式下操作的相应的TSA床。在某些实施例中，碳捕获系统可以包括脱水子系统，其在流动推进器的下游和第一、第二和第三TSA床中的至少一个的上游，以在捕获模式下操作的第一、第二和第三TSA床中的至少一个的上游除去水。