[发明专利]利用来自内燃机的废热驱动CO2捕集系统的CO2压缩机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳(CO₂)压缩和存储，以用于移动应用中或者能量产生循环用来做功和需要CO₂压缩的应用中的CO₂减排的目的。

背景技术

当前可接受的观点是，全球变暖是由于诸如CO₂和甲烷(CH₄)的温室气体排放导致的。全球大约四分之一的CO₂排放当前估计是来自于移动源，即由内燃机(ICE)提供动力的汽车、卡车、巴士和火车。在发展中国家汽车和卡车拥有量迅猛发展的情况下，这个比例分布有可能在可预见的将来快速上涨。因此，控制CO₂排放是非常重要的。

移动源的二氧化碳管理存在许多难题，包括空间和重量限制、规模经济的缺乏、以及为移动源提供动力的ICE的操作动态特性。

现有技术的用于从燃烧气体捕集CO₂的方法在原理上集中于静止源，例如发电厂。处理降低移动源的CO₂排放的问题的那些方式采用利用氧气的燃烧，并且不提供用于CO₂捕集剂再生和再利用的手段，和/或不利用从热源回收的废热。仅仅利用氧气的燃烧需要氧-氮分离步骤，该分离步骤比将CO₂从由于使用大气所导致的含氮气体分离需要更加集中的能量，并且如果在车上进行尝试，则该分离问题甚至将变得更加困难。

CO₂捕集技术的焦点已经在静止或固定源上。从移动源捕集CO₂通常被认为过于昂贵，原因是其涉及具有相反规模经济的分布式系统。该问题的现有解决方案看起来是不实际的，原因在于车上空间限制、额外能量和设备要求、以及车辆操作循环的动态特性，例如快速加速 和减速的间歇周期。

通过捕集和临时车上存储来自发动机废气流的CO₂，处理有效地且低成本地降低移动源(例如由内燃机提供动力的车辆)的CO₂排放的问题的方法、系统和设备仍然处于它们的初期阶段。

如在此所用的，术语“内燃机”或ICE包括热机，在该热机中，通常为常规液态烃燃料的含烃燃料进行燃烧，以产生动力或做功，并且产生必须被移除或排出的废热。

如在此所用的，术语“移动源”指的是任何广为人知的交通工具，其可以用来运输货物和/或人，由一个或多个内燃机提供动力，该内燃机产生包含CO₂的废气流。这包括所有类型的在陆地上行驶的机动车辆、飞机和轮船，其中来自ICE的废气在被排放到大气中之前被排放到容纳管道中。

如在此所用的，术语“废热”是典型的ICE产生的热，其在原理上包含在热的废气(～300℃至650℃)和热的冷却剂(～90℃至120℃)中。额外的热通过对流和辐射而从发动机组及其相关部件(包括传热翅片和空冷发动机的表面)以及废气所穿过的各部件(包括歧管、管道、催化转化器和消声器)散发和损失。该热能总体上为典型的烃(HC)燃料燃烧时产生的能量的大约60％。

如在此所用的术语“车辆”应当理解为“移动源”的便利缩写且与其同义，并且大致与上述术语“交通工具”具有共同的意义。

除了别的以外，用于车上处理由用来向车辆提供动力的采用烃燃料的ICE所排出的含CO₂废气流以降低排放到大气中的CO₂量的方法和系统，包括CO₂压实过程，该过程包括将CO₂的温度和体积降低到至少液化状态。压实包括将大致纯净的CO₂与发动机废气分离，并临时将致密的CO₂存储在车上，以便之后在任何广为人知的已知商业和工业用途中进行使用，或者传递到永久存储部位。

用于CO₂回收的任何设备和方法的重要部分是使用需要机械能进行操作的CO₂压缩机。然而，提供用于操作或驱动压缩机的机械能伴随有与提供辅助动力以满足操作CO₂压缩机的要求相关的问题。

因此，本发明要处理的问题在于如何满足使ICE上的能量负担最小化的目标，或者通过消耗额外的燃料来驱动与车上CO₂捕集系统相关联的CO₂压缩机，以便从为移动源提供动力的ICE产生的废气流移除CO₂。

发明内容