CN103492046B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方法和系统，所述方法和系统用于车上处理用于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，包括：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；与处理区域的CO2排出出口流体连通的压缩区域，所述压缩区域用来减小CO2的体积；存储区域，所述存储区域用来接收已压缩的CO2以便暂时存储在所述车辆上；和废气导管，所述废气导管与所述处理区域的已处理的废气流出口流体连通。

Description

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
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），
所述处理区域具有用于从再生的俘获剂释放的CO2的CO2排出出口；
b.与所述处理区域的CO2排出出口流体连通的压缩区域，所述压缩区域包括用来减小CO2的体积的一个或更多个压缩机；
c.存储区域，所述存储区域用来接收已压缩的CO2以暂时存储在所述车辆上；和
d.废气导管，所述废气导管与所述处理区域的已处理的废气流出口流体连通。
通过使用在车辆上可以作为废热获取的自由能量来俘获CO2且增加其密度以便暂时存储直到再加燃料，本发明解决空间限制和辅助动力要求的问题。本发明由以下部分组成：（a）吸附分离方法，该吸附分离方法利用俘获剂从发动机废气移除全部或相当大部分的CO2；（b）使用发动机废热中的一些进行大致纯的CO2的回收和俘获剂的再生；（c）发动机的废热的一些转化为动力，即功能量；和（d）使用这个动力来增加俘获的CO2的密度以便暂时车上存储。使用废热来为俘获、再生和密实化提供能量显著减小俘获成本，并且密实化将减小CO2的暂时车上存储的体积要求。
本发明还包括任选地使用发动机的功的一些部分来操作CO2压缩机。当发动机以减速模式操作并且将用于使发动机减速时，以及当发动机怠速时，可以利用发动机的功。车上处理器和控制器可以用于在适当的预定发动机操作条件下将压缩机驱动连杆接合到发动机。
本发明可以用于宽范围的移动源，诸如通过基于化石的或碳氢燃 料的燃烧进行操作的客车、卡车、公共汽车、重型车辆、火车、轮船等等。在新的移动源上和/或通过翻新已有的移动源，可以安装本发明的系统和设备。
本发明基于集成各种部件以形成一种系统，该系统使用从车辆的ICE回收的废热以用于高效的燃烧后CO2俘获、密实化和随后暂时存储在运输工具上。该系统可以包括：（a）吸附/分离区域，该吸附/分离区域用来从发动机废气俘获CO2；（b）再生区域，该再生区域利用发动机废热中的一些来从俘获剂释放CO2；（c）转化区域，在该转化区域中，一些废热被转化为动力（功能量）；和（d）密实化区域，在该密实化区域中，来源于废热的动力用于增加俘获的CO2的密度以用于暂时车上存储。在本发明的方法的实施中，用于操作该系统的所有或相当大部分的能量需求来自发动机废热。
典型的发动机产生的废热主要由大约300°到650℃的范围中的温度下的热的废气和大约90°到120℃的温度下的热的冷却剂组成。如图1的示意图中所示，这种热能总计为典型的碳氢（HC）燃料在ICE中燃烧时产生的能量的大约60%。需要能量来从废气分离CO2，并且压缩、液化或冷冻俘获的CO2的全部或一部分以用于高效的车上存储。这种能量通常是功和热能的混合。通过使用废热的一部分来产生这种功，产生该能量的功分量。一些废热可以用来再生用于CO2分离的任何材料，诸如作为反应产物形成的吸附剂或固体碳酸盐。
从废气的CO2分离通过物理吸附、化学吸附和/或化学反应的可逆过程的一种或更多种发生以形成碳酸盐或其它化合物。这些机理在该领域中是熟知的，并且一些在图2和3中被示意性地示出。如图2中所示，燃料的能量值的大约60%转化为废热，废热的一部分可以用于解吸附CO2和再生俘获剂，且产生压缩CO2所需的电能和其它形式的动力或功。图3示出使用废气的热来解吸附CO2和再生俘获剂的一个例子。水也作为冷凝物从冷却的废气被移除并且CO2含量减小的废气被排出到大气中。
在移动源上可以获得的有限空间中的特别使用需要许多参数的周 密分析。俘获剂的再生将优选地通过温度变换或压力变换过程而在车上进行。然而，在俘获剂具有用于俘获和密实化CO2的很高容量的情况下，该再生可以在再加燃料期间或在固定站被完成。在后一种情况中，再生温度要求和/或热传递条件不能在车辆上被获得。吸附材料可以被维持在筒或其它可移除的容器中，该筒或容器可以被移除以便在适当的设施处再生。多个筒可以并行安装以用于扩展的车辆操作。
再生和密实化步骤也可以同时进行。如果俘获剂被加热，它将开始释放CO2。如果CO2不被移除或给予膨胀空间，则高压和高温CO2将积聚。在这种情况中，俘获剂的再生将不如当释放的CO2被移除时那样彻底。
根据现有技术的过程，吸附和解吸附床或单元之间的变换操作基于流出物的组成的监视。来自吸附床的CO2的预定浓度的突破表明吸附材料的完全或几乎饱和。类似地，来自解吸附床的流中的减小的或微小的CO2浓度表明吸附材料的再生完成。
根据本发明，已经提出新的标准，该新的标准用来确定何时终止废气流到吸附剂的流动以及何时开始相关的解吸附步骤。新的标准基于吸附和解吸附单元中的温度分布和压力。吸附单元中的吸附剂的温度的增加表示持续的吸附，而解吸附单元中的压力的增加表示CO2的持续再生。这种过程控制策略的新颖之处在于，它依靠温度和压力指示器而在吸附和解吸附单元之间切换，而不是依靠CO2浓度测量。
特定系统的温度和压力分布的确定可以基于在吸附剂的整个有用循环寿命的测试期间获得的经验数据。变换点可以基于温度或压力的一个或另一个，或者温度和压力两者。变换点也可以基于温度和压力的任一个或全部两个的改变速率。这种确定在该技术领域范围内并且可以基于来自布置在该单元中并且与吸附材料接触的传感器的数据。
在优选实施例中，从管壳单元中的俘获剂释放的CO2将产生正压力并且压缩机的进气将产生下游低压区域，因此导致解吸附的CO2气体流的流动以便压缩。当预定量的CO2已经被解吸附时，吸附单元可以恢复使用，并且接收发动机废气流。
通过压缩、液化或通过冷冻该气体以形成固体CO2或干冰，实现用于高效的车上暂时存储的密实CO2的形成。CO2的最后密度将取决于其状态（即，气体、液体和/或固体）而处于5-1600千克/立方米的范围中。密实化所需的总的功能量的至少一部分通过使用热到动力的转换而从废热获得。
在CO2俘获循环的启动期间，或者为了满足其它特殊操作需要的要求，可以使用发动机的动力的一部分，或者替代地，可以使用存储在车上电池中的电的一部分。在该系统的正常稳态操作期间，CO2俘获和密实化所需的能量的至少一部分将来自ICE的废热。
相对于用来减小来自固定源的CO2排放的现有技术过程，本发明具有的一个优点是随时可用相对高到中等温度的废热。热能的成本是从固定源俘获CO2的主要花费项目，这是因为来自燃烧煤或气体的发电设施的烟气的温度已经被减小以便最大化燃料的能量值并且最小化到环境中的废热的排出。
附图说明
下面将参考附图进一步描述本发明，其中相同或相似的元件由相同的附图标记标识，并且其中：
图1是典型的内燃机的碳氢燃料能量到热和动力或功的转换的示意图；
图2是包括图1和本发明的方法的示意图；
图3是使用来自ICE的废热来再生俘获剂的、以变换模式操作的本发明的系统中使用的方法和设备的一个实施例的示意图；
图4是具有两个并行CO2俘获/再生子系统和代表性热回收装置的系统和设备的一个实施例的示意图；
图4A是在操作循环中的阶段的图4的系统的示意图，在该阶段中，CO2俘获子系统中的一个正在再生并且另一个正从冷却的废气流提取CO2；
图4B是类似于图4A的示意图，其中子系统的功能颠倒；
图5是具有两个并行子系统和代表性热回收装置的系统的另一实施例的示意图；
图5A是配置成子系统中的一个正在再生并且另一个从废气流提取CO2的5A的系统的示意图；
图5B是类似于图5A的示意图，其中子系统的功能颠倒；
图6是图表，该图表示出CO2吸附容量相对于固体碱土金属和碱金属化合物的操作温度的典型变化。
图7是图表，该图表示出在有和没有水蒸气的情况下固体铝酸盐吸附剂化合物的CO2吸附容量随着CO2气体流的温度的增加。
图8是用来从包含固体吸附剂的一对单元中的一个解吸附CO2的根据本发明的方法操作的系统的实施例的示意图；
图9是在该对单元中的另一个中用来吸附CO2的图8的系统的示意图；
图10是图8的系统的示意图，其中废气流被示出为绕过该单元；
图11是用于本发明的系统的启动或关闭的逐步方案的实施例的过程流程图；
图12是用于控制本发明的系统中的解吸附过程和设备的逐步方案的实施例的过程流程图；
图13是用于控制对应于图10-12的过程和设备的绕过的激活的逐步方案的实施例的过程流程图；并且
图14是如图8-12中描绘的本发明的系统中的鼓风机控制的逐步方案的实施例的过程流程图。
具体实施方式
将参考实施例描述本发明，其中从发动机的废气提取CO2气体直到达到俘获剂的容量，并且随后从俘获剂恢复CO2，该俘获剂同时再生。被恢复为气体流的CO2随后被压缩以便作为气体、液体和/或固体存储。一些或全部步骤所需的能量中的一些或全部来自于从发动机废气流回收的热，该热可以直接用于俘获剂的再生和/或通过其它常规装 置转化为电或功。
在图4中示意性地示出的本发明的一个实施例中，示出合适的系统和设备，其中在废气穿过热回收装置之后可以从废气流吸附CO2。相应的单元内的虚线表示它们所连接的导管内的流体的流动路径。操作方法和气体流动路径在后续图中被示出。该系统被示例性地示出为具有两个子系统或单元；然而，基于俘获剂的容量、废气流动速率和该系统的其它特性，可以使用另外的子系统。每一个子系统可以在设计上类似于管壳式热交换器，其中俘获剂作为固定床放置在多个管的每一个中。俘获剂也可以放置在该单元的壳侧中，在这种情况中，加热和冷却气体穿过该管。
图4A和4B展示两个单元之间的变换操作的方法，其中在一个单元（吸附单元）中俘获CO2，而用过的俘获剂（例如，固体吸附材料）的再生发生在另一单元（解吸附单元）中。在这个系列的图中，空心的阀表示打开位置，并且变暗的阀表示关闭的或无流动的位置。
在图4A和4B的实施例中，热废气穿过解吸附单元的壳侧，在那里，废热用于将解吸附的热供应到俘获剂，这将释放CO2并且再生俘获剂。热废气在穿过解吸附单元的壳侧之后失去热并且温度降低。
废气进入吸附单元的管侧，在那里，CO2被物理地和/或化学地吸附在俘获剂上。废气以低CO2含量离开吸附单元。由于CO2被吸附在俘获剂上，所以它释放吸附热。通过使空气穿过壳侧，可以实现热的移除。当俘获剂达到最大容量时，废气和冷却空气在俘获单元之间变换，如图4A和4B中所示。吸附和解吸附单元之间的变换过程可以通过监视废气中的CO2浓度而被触发，或者它可以发生在基于操作经验的预定最佳操作时间之后。
贫CO2气体被释放到大气。富CO2气体被传到密实化区域，在该密实化区域，它被加压、液化或固化以用于暂时的车上存储。当车辆被再加燃料时，或者在专用的回收设施处，可以回收存储的CO2。
这个实施例可以用于物理或化学吸附。物理吸附剂是目前优选的，这是因为与化学吸附剂相比，这些材料的吸附热通常相对较低。通常， 化学吸附剂的优点是，固体材料上的CO2的高的装载容量，因此导致对于相当体积的CO2而言具有较小吸附剂单元。
来自汽油或柴油燃料ICE的废气流包含大约13%的水蒸气。水蒸气的存在对特定吸附材料从废气流移除CO2的能力可能具有积极的影响、消极的影响或没有影响。例如，如图7中图形地示出的，水蒸气的存在在相对较低的温度下增加作为固体吸附材料的百分比的CO2的重量增益。在500℃的温度下并且在没有水的情况下，吸附剂的重量增益是大约22%，而在存在水蒸汽的情况下，该增益几乎加倍到大约42%。在存在水蒸气的情况下，300℃和400℃下的相对重量增益对于CO2而言是大约三倍。在水蒸气的存在提高材料的CO2吸附能力的那些吸附剂的情况下，较少的吸附材料可以用于给定容量的CO2。受益于废气流中的水的存在的吸附剂包括基于铝酸盐的和基于胺的材料，诸如铝酸钙、聚丙烯胺和被支撑在多孔固体上的高沸点液态胺。
受水蒸气不利地影响的吸附材料可以用于本发明的实施，条件是该材料具有用于CO2保持的初始高容量，该高容量超过属于第一两类的化合物的容量。
在任何情况下，基本上所有水蒸气将与氮气和任何剩余CO2一起被排出到大气。
现在参考图5、5A和5B，示出本发明的系统的另一实施例，其中吸附热被移除并且使用封闭环路中的热交换液体供应解吸附热。在图5中总体上示出该系统和设备，并且在图5A和5B中示出具体的操作方法。热的废气和空气不绕过单元的壳侧。热通过热交换器被供应到液体。然后，该液体穿过第一单元的壳侧以将解吸附的热提供到俘获剂。该液体在穿过解吸附单元之后失去热并且温度降低。可以使用空气冷却的热交换器进一步减小热交换液体的温度。
然后，在废气流穿过管侧并且CO2被俘获剂物理地和/或化学地吸附时，冷却的液体穿过吸附单元的壳侧以移除吸附热。如前所述，通过检测废气中的CO2浓度，或在经验地预定的一段操作时间之后的CO2浓度，或由各种类型的传感器监视的一些其它参数和由发动机管 理系统处理的数据，可以触发吸附和解吸附单元之间的变换过程，如下面更详细地描述的。
剩余的贫CO2废气流被释放到大气中，并且富CO2气流被传到密实化区域，在该密实化区域，在它被暂时存储在车上之前，它被加压、液化或固化直到它可以被收集。
将参考图8、9和10描述本发明的实施例的另一操作模式。在这个实施例中，固体吸附剂放置在以变换模式操作的一对单元中的每一个中，即，一个单元吸附CO2，而另一个单元通过解吸附之前俘获的CO2而再生。这些单元大致为管壳式设计，吸附剂放置在管中以便与交替地穿过壳的热的/冷的气体进行热交换。在这个实施例中，俘获的CO2被压缩以便作为气体存储。应当理解，另外的压缩和快速的膨胀可以用于进一步密实化CO2。
如将参考附图更详细地描述的，实线示意性地表示从发动机10排放的废气流20，点线表示吸附单元下游的废气流56的余量，短划线表示解吸附之后的富CO2流52，短划点线表示冷却空气，短划点点线是热电装置冷却回路，并且短划短划点线表示在正被描述的特定操作模式期间没有主动流动和关闭的阀的导管。
图8示意性地示出在发动机10的起动之后在稳态期间该系统的操作，其中解吸附过程发生在单元50A中，并且吸附（即CO2的俘获）发生在单元50B中。废气流20穿过单元50A的壳侧以加热吸附剂，从而提供所需的解吸附的热以释放CO2。然后，废气流穿过热电装置30以回收一些可感知的废热并且产生电力，该电力通过电导体32被提取。然后，废气流穿过单元50B的管侧或内部，在那里，CO2接触吸附材料并且被吸附材料吸附。也在84处供应空气以冷却经历吸附过程的单元，从而移除吸附的发热并且维持该单元内的最佳吸附温度。包括NOx、水蒸气和没有被吸附的任何剩余CO2的剩余的废气流56通过出口58被释放到大气。
解吸附的CO2流52从单元50A被释放并且被真空泵72吸取。富CO2流在被CO2压缩机74压缩之前通过一系列空气和液体热交换器 62、64、66进行冷却并且被存储在CO2存储罐70中。当存储罐70中的压力达到其预定最大值时，罐切断阀79被从系统管理单元的控制器到致动器的信号关闭。
热电装置30使用封闭的循环液体冷却系统34而被冷却，该封闭的循环液体冷却系统包括冷却剂泵36和热交换器38。可以使用其它冷却装置，该其它冷却装置包括空气冷却的、翅片式的或薄板式的热交换器。
由热电装置30产生的电能可以用于为系统部件的任何一个或更多个供电，诸如冷却剂泵36、鼓风机82、真空泵72或CO2压缩机74。或者，该电能可以被引到车辆的蓄电池（未示出）。
现在参考图9，该图示出当解吸附过程发生在单元50B中并且吸附发生在单元50A中时连续操作中的阶段。三通阀54被致动以使废气流20转向，该废气流现在穿过单元50B的壳侧以加热内部的吸附剂和吸附的CO2，并且提供所需的解吸附的热。然后，废气流20穿过热电装置30以转化其废热值的一些并且产生电力。然后，废气流被引入单元50A的内部或管侧，在那里，CO2被吸附在吸附材料上；废气流56的余量从单元50A经过并且通过出口58被释放到大气中。
在其它方面，该系统的功能及其操作方法基本上如上面结合图8描述的。
现在参考图10，该图示出操作模式，其中CO2俘获系统被完全绕过并且废气流20通过废气出口58被直接释放到大气。需要这种操作模式的条件可以包括存储罐70中达到的最大压力极限，或发动机10的快速加速，该快速加速如此远地超过稳态条件以致超过该系统的控制能力。
也位于真空泵72和CO2压缩机74之间的管线中的是可调节的三通旁通阀76和CO2旁通导管78。在例如存储罐70中的CO2的预定最大压力已经被实现并且希望清除该系统的CO2的情况下，车上发动机管理处理器/控制器激活旁通阀76。在这种情况下，旁通阀76和导管可以将CO2排出到大气（未示出）中。如下面更详细地描述的，来 自旁通导管76的CO2也可以再循环到发动机10。
如对本领域技术人员而言明显的是，优选地借助车上计算机使用现有技术发动机管理程序使该系统的操作自动化。为了简明起见，在所附的说明性示意图上没有示出压力和温度传感器。操作反馈环路常规地布置在包括真空泵72、CO2压缩机74、液体冷却剂泵36和冷却鼓风机82的部件上。
具有警报信号和/或自动切断开关的压力传感器与鼓风机82、CO2真空泵72、CO2压缩机74和CO2存储罐70的操作特性关联。具体地，当达到罐70中的最大压力时，程序控制的信号激活转向阀90以通过废气出口58将所有的发动机废气20排出到大气中。
为热电偶的形式的温度传感器可以有利地用于控制该系统的操作。例如，吸附剂或吸附剂容器的温度通过多个热电偶被测量并且被所述程序监视以确定何时达到预定温度，达到预定温度表示吸附剂已经达到其希望的CO2容量。然后，程序控制器使废气流20转向到其它单元，该其它单元在此期间已经在解吸附模式中操作并且其吸附材料已经再生并且在相邻的单元开始其解吸附循环时开始吸附CO2。
其它自动阀和开关功能可以包括但不限于：当压力下降到预定最小值（例如，1.5psig）或达到最大值（例如，1600psig）时，关闭CO2存储罐入口阀71；如果CO2存储罐温度超过预定水平（例如，50℃）或者如果达到最大压力，则关掉CO2压缩机。
操作程序也接收与例如来源于发动机每分钟转数等等的与废气流流量相关的数据，该数据通过现有实验室或原型测试经验地关联到单元50A和50B中的吸附材料的吸附容量。这些关联涉及基于废气系统的总体积流量的该单元的吸附循环的时间，而该吸附循环的时间用作变量来控制循环时间。因此，使用废气流流量对时间，单元的转变在较低的发动机每分钟转速下，即在较低的车辆速度下或在发动机怠速时导致较长的操作循环，并且在较高每分钟转数和车辆速度下导致相对较短的时间循环。
在本发明的另外的实施例中，在俘获剂的再生之后被回收的CO2 的一部分通过旁通导管76返回到发动机10的进气口以便与大气空气和燃料混合。系统操作的这个方面类似于废气再循环（EGR），该废气再循环目前用于减小发动机操作温度，并且因此减小在燃料的燃烧期间产生的NOx化合物的量。等于废气体积的5到15%的CO2的量可以返回到进气口。CO2的返回也减小与燃料混合物一起吸入的大气氮气的量，这也具有减少废气中的NOx化合物的有益效果。废气流中的CO2的百分比也增加。
CO2的再循环可以由与通常用于机动车辆上的废气再循环的相同的装置和控制系统实现。也可以结合已有的EGR系统采用CO2的再循环。诸如在当发动机冷起动时，或在快速加速期间和/或当ICE处于重的载荷下时，基于发动机操作条件，或根据目前实践，完全基于不连续的再循环，CO2可以取代废气的全部或预定部分。
热电偶有利地用于该系统的操作的控制策略。一个，但优选地多个热电偶用于通过比较吸附温度与目标吸附或解吸附温度而确定单元50A和50B之间的变换操作，对于特定类型的单元和布置在该单元中的特定吸附材料，该目标吸附或解吸附温度已经被经验地预定。如吸附循环期间所需的，热电偶也用于操作鼓风机以冷却俘获单元，从而耗散吸附热。在废气流的温度超过热电装置的极限的情况下热电偶也可以用于控制旁通阀以便避免损坏。在CO2的进入温度超过最大值的情况下，单独的热电偶也用于保护CO2压缩机70，在这种情况下，致动旁通阀76以通过导管78排出CO2。
压力传感器也用于方便系统控制。例如，在该系统两侧的压降超过将影响发动机的性能的值的情况下，发动机废气上的压力传感器用于致动系统旁通阀90。在抽吸压力降低到预定最小值之下的情况下，压力传感器用于关掉CO2压缩机74。如果积聚的压力达到接近罐的设计压力的值，则单独的压力传感器用于关掉CO2压缩机74和隔离CO2存储罐70。
在优选实施例中，本发明的CO2俘获系统和过程的操作和控制被自动化。程序控制的发动机管理单元包括基于来自传感器的数据和信 号起作用的处理器和控制器以及监视该系统的其它装置。在图11到14的详细过程流程图中提供该操作的各个方面的合适的控制方案的例子。在这系列的图中，“TE”指的是“热电装置”。
参考图11，包括在起动和关掉该系统时致动各种设备，以及打开和关闭指定的阀的一系列操作被图解地标识。在系统关掉期间，响应于由处理器/控制器发到阀致动器的信号而关闭所有阀。真空贮器旁路用于将CO2压缩机入口维持在100℉以下，以避免由于热浸泡效应而升高该温度，即使该系统已经关掉。
参考图12，描绘用于解吸附单元操作控制策略的详细的一系列步骤和传感器检查。
参考图13，描绘用于旁通控制策略的一系列步骤和传感器检查。在这个实施例中，系统旁通阀的缺省位置是打开的；为了将废气流传到吸附剂以便俘获CO2，阀致动器从处理器/控制器接收“关闭”命令或信号。描绘的序列包括步骤“车辆性能严重受阻？”诸如发动机速度，加速器踏板位置和发动机歧管背压的函数用于确定是否将绕过CO2吸附系统。车辆性能的严重受阻被定义为车辆操作者可以注意到的功率的减小。如果在废气流穿过解吸附装置的任何时候发现车辆的性能没有显著降低，则图中的这个步骤可以省略。
现在参考图14，描绘用来控制鼓风机的一系列步骤和操作。考虑到每一个步骤的描述的详细性质并且在上面参考图8-10被提供，进一步说明被认为是不必要的。本发明的系统优选地被安装以用来从通常安装在车辆上的催化转化器下游的废气流接收和俘获CO2。废气流中的含氮化合物到氮气的转化最小化了可以影响吸附材料的吸附容量和循环寿命的燃烧产物的可能存在。催化转化器下游的废气流温度较高并且可以回收更多热值。此外，当发动机冷起动时，由于发生在转化器中的放热反应，催化转化器下游的废气将比上游热。也优选的是，产生与温度减小和从催化转化器下游的废气流的二氧化碳的移除有关的压降以便避免不利地影响设计的发动机工作特性。将该系统布置在车辆的催化转化器下游也简化剩余的废气流在它穿过吸附单元之后的 排出。
CO2俘获部件的实施例可以包括但不限于下面的那些。
1.俘获剂可以基于CO2的化学或物理吸附以便与废气分离，即化学吸附剂或物理吸附剂。物理吸附剂可以包括活性炭、沸石、金属有机骨架（MOF）材料和有机-无机混合物。
2.在选择俘获剂时，必须考虑它将被布置在其中的特定车辆类型和系统的相应的废气温度下的长期稳定性。汽油发动机和柴油发动机的废气温度可能变化，并且在相当的操作条件下汽油燃料发动机废气通常较热。要被考虑的其它因素包括：
a.由于不同生产者使用的精炼过程所固有的限制而存在于燃料中的任何污染物的类型；
b.特定类型的燃料中固有的并且在燃烧期间被氧化的化合物，诸如NOx和SOx；和
c.在精炼时被引入到燃料中的化合物，诸如洗涤剂、染料、抗暴和润滑添加剂。
3.俘获剂可以用作固体吸附剂、固体碳酸盐或能够进行CO2吸附的其它材料。俘获剂的例子包括金属氧化物、水滑石、锆酸盐、硅酸盐、铝酸盐、碳酸盐和支持的胺。俘获剂可以是提升的高表面积支撑物的形式，诸如钾提升的氧化铝。CO2俘获剂可以包括单个种类或多个种类的材料。
4.俘获剂可以是不同的形式。特别地，固体吸附剂可以被填充为例如球形粒子、小球、颗粒、单块、粉末和挤出物。俘获剂可以是空心纤维吸附剂的形式。细的纤维基体管可以包括支撑基体内的CO2俘获剂并且包含内部不可渗透管。流体可以用在隔离的内部管内以供应和移除所需的热，从而管理CO2俘获剂的吸附和再生。在目前优选的实施例中，使用由热传导性材料制成并且能够经受高温的纤维基体。许多平行的空心纤维吸附管可以用作CO2俘获部件。当废气穿过外部管时，CO2与俘获剂反应并且使用流体从内部管移除热。为了CO2的再生，流体从内部管供应用于解吸附的热。
俘获剂也可以应用到单块的表面，如这里限定的，该单块是高表面积支撑物，该高表面积支撑物可以具有不同的形状，诸如具有凹槽的管道，该凹槽沿该单块的长度延伸。吸附剂可以应用在单块的表面上以提供与气体相互作用的高的表面并且也减小压降，该压降对于ICE效率来说是必要的。吸附剂也可以装载在单块的凹槽内。单块可以由例如金属的热传导性材料构造，在吸附/解吸附期间，该热传导性材料将提高俘获部件的热传递性质。
高度多孔的泡沫金属也可以用作俘获剂的载体。正如上述单块，各种结构形状可以由刚性泡沫金属形成并且涂覆和/或浸渍有俘获剂。
5.吸附和解吸附单元可以具有不同设计。图4和5示出作为管壳式交换器的俘获区域部件，其中吸附剂被填充在管中。其它类型的热交换器可以用于保持俘获剂。这些包括板式、螺旋式、交叉流和其它类型。可以将吸附和解吸附区域组合在一个单元中以允许吸附/解吸附的热的非常紧凑且非常高效的交换。例如，吸附剂可以被装载在变换式装置的两侧中。吸附热将在俘获CO2时被释放并且将被传导或另外传送到另一侧以提供吸附剂的再生所需的热的至少一部分。
除了填充床操作外，一组流化床可以用于俘获部件。
6.两个俘获单元已经被示出用于吸附和解吸附之间的变换过程；多个单元可以用于提供不同的吸附/解吸附循环。
7.除了结合图3、4和5描述的温度变换吸附外，可以使用诸如压力变换、真空变换和电变换吸附的其它过程。可以基于检测到的废气出口中的CO2浓度、限定的操作时间和被选择用来保证俘获剂的CO2容量的最大/最佳使用的其它标准来触发变换通过俘获单元的气体流动。
已经发现，用于气态CO2的特别有用的固体吸附剂是混合盐复合物，该混合盐复合物包括镁化合物（诸如MgCO3或MgO）的混合盐，和IA族金属的至少一种盐，其中镁对IA族金属的摩尔比可以在从8:1到3:1的范围内，并且优选地在从6:1到4:1的范围内。镁化合物优选地为MgO并且IA族金属的至少一种盐优选地为碳酸盐和/或硝酸盐。 特别优选的吸附复合物是MgO:Na2CO3:NaNO3，其中Mg:Na的摩尔比是大约4:8到1。在优选复合物中，Li、K或Rb的盐可以取代钠盐。
通过例如凝胶化反应（如下面在例子1中描述的），或优选地通过沉淀反应（如例子2中描述的），可以制造本发明的混合盐吸附剂。镁盐和IA族金属盐以溶液的形式被制备，并且组合以形成反应混合物。这种反应任选地借助沉淀剂进行。选择该盐使得在彼此反应时MgO或MgCO3形成在沉淀物中。优选地，使用高度可溶的Mg化合物，诸如MgO自身、Mg(OH)2，或者最优选地，使用Mg(NO3)2。如前所述，也可以使用MgCl2或Mg(CH3COO)2。一旦选择镁盐，熟练的技工可以确定什么钠盐将与镁盐反应以产生希望的MgO/MgCO3。
在制备之后，通过添加粘结剂（诸如水软铝石）或通过该技术领域中已知的特殊制备技术（该特殊制备技术可导致吸附性的损失），吸附粉末可以制成挤出物；然而，该技术可用于在填充床中保持压降较低，并且使得材料的处理较容易。在使用粉末盐的情况下，对于不借助粘结剂制造的挤出物（该挤出物在300℃下实现大约20wt%的CO2载荷），发现较大的CO2吸附能力。
发现没有粘结剂的挤出物的压碎强度为0.51Mpa，相当于借助水软铝石制备的那些挤出物（0.55Mpa）。
在以下情况下进行该反应：反应盐的浓度提供从3:1到8:1，最优选地从4:1到6:1的镁:IA族金属的比率。比率的选择留给技工，这是因为，如前所述，通过改变该比率，产生具有不同性质的吸附剂。知道吸附剂将操作的条件，将确定所用的比率。任选地，可以添加沉淀剂（诸如NaNO3）以促进该反应。该沉淀剂优选地为IA族金属的盐。
例子1
这个例子描述通过称为明胶制版法的方法的用于本发明的过程的固体CO2吸附剂的制备。一定量（395克）的碱式碳酸镁（MgCO3·Mg(OH)2x H20）被添加到800ml的溶解在去离子水中的碳酸钠（42.18克）和硝酸钠（21.63克）的溶液。这产生混合盐浆体，该混合盐浆体被搅拌30分钟。该浆体随后被覆盖并且允许它在周围温 度下静止16小时，此后它在120℃下被干燥16小时以形成MgO:Na2CO3:NaNO3的干块。分析显示出75.8:16:8.2的质量比和大约4.8的Mg:Na的摩尔比。然后，通过以3℃/分钟的变化速率从120℃加热到450℃，之后在450℃下持续4小时，来煅烧这个干块。煅烧的块被压碎且筛滤以收集150-425网格部分（mesh fraction），该网格部分适合用于填充床，诸如SiC的插入材料占据任何剩余体积。测试结果显示，吸附剂上的CO2的装载在300℃下达到其最大值，但吸附剂在较宽范围的温度上有效。
例子2
这个例子描述通过称为沉淀过程的方法的用于本发明的相同混合盐复合物的固体CO2吸附剂的制备。3000ml去离子水中的233.4克Na2CO3的溶液被放置在5.0升塑料烧杯中，并且用机械搅拌器大力搅拌。500ml去离子水中的188.4克Mg(NO3)2:6H20的第二溶液以近似30毫升/分钟的速率被泵送到第一溶液中。形成浆体，该浆体被搅拌一小时。如前所述，该浆体被存储过夜，并且随后被过滤以获得湿的沉淀物块。收集大约3200ml滤液。该滤液在120℃下被干燥24小时以形成干块，该干块如例子1中描述的那样被处理。测试结果显示，装载在吸附剂上的CO2的量在325℃达到其峰值，并且与例子1的吸附剂的情况一样，这个例子的吸附剂产品也在宽的温度范围上有效。
使用Li、Na或K盐评估混合盐吸附剂复合物中的碱性成分的效果以制备最终吸附剂产品。使用6:1的镁:碱金属的摩尔比，以前述方式制备盐。测试由此形成的产品从模拟废气流移除CO2的能力。以3，125/小时的GHSV在从100到450℃范围内的温度下执行吸附。以10℃/分钟的速率和2500/小时的GHSV通过将温度改变到450℃而再生吸附剂。
结果显示，Na产生最佳的操作温度范围，并且Li和K碱金属在不同的温度下良好地工作。包含钠的吸附剂在200℃到400℃的温度范围上吸附CO2，在325℃达到最大值。包含锂的粉末在200℃下最有效并且有效到大约250℃，而包含钾的化合物在从大约300℃到大约 400℃范围内的较高温度下吸附CO2。
另外的测试显示，本发明的混合盐复合物应当具有作为成分的Mg2CO3或MgO，并且在制备这些吸附剂时，优选地选择将导致这些的一种的镁化合物。
Mg(NO3)2、MgO，和Mg(OH)2全部使用例子1和2的相同参数进行测试。与MgO或Mg(OH)2盐相比，硝酸盐产生的吸附剂具有显著较大的吸附CO2的能力，但都吸附CO2。
值得注意的是，Mg(NO3)2在水中的溶解性显著大于其它化合物。溶解性的差异也表明最终产品由不同反应机理产生。例如，硝酸盐参加与钠盐的阴离子交换，而氧化物和氢氧化物不这样。因此，镁盐越可溶，最终产品的吸附能力越大。因此，Mg(NO3)2、MgCl2、Mg(CH3COO)2和其它高度可溶的镁盐在制造本发明的吸附剂时是优选的。
钠的浓度影响吸附剂的性能，最佳吸附容量处于不同的温度。相对于钠的镁的浓度的降低导致峰值CO2装载温度改变到从250℃到275℃（与325℃-350℃相比）。相比之下，观察到吸附剂上装载的CO2从大约20wt%增加（与较高浓度下的12-13wt%相比）。
虽然上述测试将Na2CO3用作沉淀剂，但可以使用其它沉淀剂，例如(NH4)2CO3。
为了用Na2CO3制备吸附剂，沉淀剂以溶液的形式被缓慢地添加到MgNO3的溶液。(NH4)2CO3被添加到MgNO3和Na2NO3的溶液，同时维持6:1的Mg:Na摩尔比。
结果显示，通过Na2CO3获得的产品具有宽范围的活性，而通过(NH4)2CO3制备的产品显示300℃下的CO2吸附活性的非常尖的峰，和其它温度下的非常小的活性。这些结果暗示，沉淀剂的改变可以用于制备用于不同应用的吸附剂。
在本发明的实施中，在从大约100℃到大约450℃，优选地从大约250℃到大约350℃范围内的温度下，通过与所述的混合盐吸附剂接触足以吸附剂从废气流移除全部或一部分CO2的时间，从废气流吸附 CO2。如前所述，吸附剂将变得充满CO2，并且这可以通过测量和比较与吸附剂接触之前和之后的废气流中的CO2含量而被确定。当明显没有另外的CO2从废气流被移除时，通过例如将吸附剂加热到其解吸附温度（例如，大约500℃），可以再生吸附剂。同样，通过测量离开的气体中包含的CO2的量，普通熟练技工可以确定何时该吸附剂准备好再次使用。
CO2密实化部件可以由单级或多级压缩机实现，该压缩机具有适当的有源/无源冷却系统以保证CO2的加压、液化或固化以用于暂时的车上存储。CO2存储可以在移动源上的单个罐或多个罐中。通过在燃料侧和CO2侧之间具有移动的隔板，燃料罐也可以用于存储俘获的CO2。所有系统部件的控制可以与移动源的控制系统或分离的控制系统成一体以优化性能。
需要热管理来控制CO2俘获剂的吸附和解吸附循环。如图6中图形地示出的，吸附剂的CO2吸附容量可以随温度显著地变化。在示出的例子中，容量在温度接近350℃时增加到最大值，并且随后在350℃和400℃之间快速减小。
通常，商业上可获得的板式紧凑热交换器已经被发现在减小废气流的温度方面是有效的。它们能够以多种尺寸和制造材料获得。大的热传递表面允许使用相对较小的装置，从而节省添加到车辆的体积和重量。
在CO2被吸附（物理地或化学地）在俘获剂上并且释放吸附热时，将必须从俘获部件移除热。当从俘获剂释放CO2时，热将必须被供应到俘获部件以提供所需的解吸附/再生的热。可以使用不同的方法实现热的供应和移除，该不同的方法包括传导、对流、辐射、产生和/或这些方法的组合。
在传导的情况下，可以使用热传导材料（诸如金属）供应热或从CO2俘获剂移除热。如果CO2俘获剂被填充在管中，则可以使用通过管壳的传导从管的外部移除热。流体可以用于供应热或从管的外壳移除热。翅片、管内的金属网和其它设计和已知技术可以用于增加与俘 获剂接触的表面积并且增强热传递。翅片和其它表面改变也可以用在管的外壳上以增强该系统的热传递。CO2吸附剂也可以被填充或装载在所用的管的外部和管的内部上以使用流体供应或移除热。CO2俘获剂可以涂覆在单块式俘获部件上或装载在单块式俘获部件中，其中支撑材料是良好的热导体（诸如金属）。可以使用通过单块支撑件的热传导供应或移除热。
对于对流热交换，使用流体供应热或从CO2俘获剂移除热。例如，如果CO2俘获剂被装载在管内，流体可以供应热或从管的外壳移除热或者通过与俘获剂直接接触而供应或移除热。如果CO2俘获剂被涂覆或装载在单块式俘获部件中，则流体可以供应热或从单块的外壳移除热，例如，通过与俘获剂直接接触或通过使用穿透该单块支撑件的管。
对于辐射热交换，热可以被供应到俘获剂以便再生。高温源或微波可以用来供应该热。热也可以通过诸如电加热器（例如，由热电装置供电）的发热部件被供应到CO2俘获剂。
图4、4A、4B、5、5A和5B也示出用于热回收（HR）部件的任选部位，该热回收部件用来将热能转化为机械功或电力，该机械功或电力可以用于操作该系统的密实化设备和其它辅助设备（诸如阀）。液体能够搬运和输送在吸附和再生期间这些吸附剂交换的大量的热。每单位体积液体的热容量（即它们的体积热容）是气体的体积热容的大约100倍。因此，对于相同的体积，液体可以以气体的大约100倍的速率移除或提供热。类似地，对于要被添加或移除的相同热量，所需的液体的体积只是应当需要的气体的体积的大约1/100。
单个或多个技术可以用于将废热转化为电能或功以压缩CO2且为辅助设备提供电力。HR部件的尺寸或容量、部位和操作条件基于例如来自发动机废气流的废热的可用性被确定。这将包括废热流的温度和体积流量，不管它是废气还是发动机冷却剂。根据废热流的性质及其温度和流动条件，可以使用单个或多于一个类型的热回收部件。
热/能量回收系统的操作可以由预先程序控制的处理器和控制器控制，该控制器从温度和流动传感器接收数据，并且与流动调节阀控 制通信。例如，发动机废气的温度可以通过以下被控制：使发动机废气进入与饱和吸附材料的容器的热交换接触，以便充分地升高其温度以释放CO2。然后，具有较低温度的废气可以与热电装置交换另外的热以产生电。最后，相对低温的废气可以被引入到吸附剂区域中以便在排出到大气中之前减小其CO2含量。
用于实施本发明的热回收（HR）部件的类型可以包括但不限于以下类型的设备。
1.产生电力的热电装置或模块。热电模块的热侧安装在废气侧上并且冷侧安装在封闭冷却系统中，该封闭冷却系统称为（有源系统）或暴露到空气（无源系统）。热电模块从热侧移除一部分热并且产生电力，该电力可以用于操作密实化设备和/或其它车上设备。
用于将废热转化为电能的热电装置可以放置在不同部位和布置中以优化能量转换。热电装置可以被固定成与作为该装置的热侧的废气管、俘获部件、发动机气缸体或其它发动机部件热传导接触。热电装置的冷侧可以暴露到空气对流以冷却该装置。热电装置的冷侧也可以与有源冷却系统（例如，循环液体）接触以促进热传递并且也控制热电模块的运行。
热电装置可以具有不同形状（诸如圆柱形或矩形管道）以最小化废气上的压降效应。内部和/或外部翅片也可以用于增强热电装置的热传递并且因此提高它们的性能。热电装置可以安装成非常靠近发动机气缸体或在发动机气缸体上以利用该高温。选择适当的材料以耐受该高温。
2.使用热电模块产生的电力可以被供应到电存储系统（例如，电池），而该电存储系统将电力供应到密实化设备和/或其它设备。用于热电模块的半导体的选择是基于该应用的温度范围。不同热电装置的堆叠可以用于优化热回收并且因此优化电能产生。
3.斯特林发动机，其中来自ICE废气的废热被供应到发动机的一个或更多个气缸的壁以在气缸中膨胀该气体，因此驱动活塞，该活塞可以执行必要的机械做功以运行密实化压缩机或运行压缩制冷循环单 元的压缩机，该压缩机提供冷的制冷剂以液化或固化CO2。
4.蒸汽发生器，该蒸汽发生器将蒸汽提供到涡轮机，该涡轮机产生机械功以运行密实化压缩机或运行压缩制冷循环单元的压缩机，该压缩机提供冷的制冷剂以液化或固化CO2。
5.小的形状记忆合金发动机或压缩机，它利用废热来改变合金（诸如CuSn、InTi、TiNi和MnCu）的形状并且产生机械功，该机械功用于增加俘获的CO2的密度。该发动机压缩机通过合金的热侧和冷侧产生所需的压缩而进行工作。以下专利描述基于这些类型的不寻常合金的热机：USP3,913,326；USP4,055,955；USP5,442,914；USP7,444,812；和公开的申请2009/0315489。这些专利文献的公开内容通过引用并入这里。
6.单个或多个热回收系统可以安装在废气和冷却剂系统上。
7.单个或多个热回收系统可以被安装用来产生所需的电力并且有效地控制废气的温度。
8.除了供应电力外，热回收部件可以用于控制废气的温度并且因此优化CO2俘获剂的性能。
在本发明的另外实施例中，在俘获剂的再生之后被回收的CO2的一部分通过合适的导管返回到发动机的进气口以与大气空气和燃料混合。系统操作的这个方面类似于用于废气再循环（EGR）的已知方法，该废气再循环目前用于减小发动机操作温度，并且因此减小在燃料的燃烧期间产生的NOx化合物的量。等于废气体积的5到15%的CO2的量可以返回到进气口。CO2的返回也减小与燃料混合物一起吸入的大气氮气的量，这也具有减少废气中的NOx化合物的有益效果。废气流中的CO2的百分比也增加，因此提高回收。
CO2的再循环可以由与通常用于机动车辆上的废气再循环的相同的装置和控制系统实现。也可以结合已有的EGR系统采用CO2的再循环。诸如在当发动机冷起动时，或在快速加速期间和/或当ICE处于重的载荷下时，基于发动机操作条件，或根据目前实践，完全基于不连续的再循环，CO2可以取代废气的全部或预定部分。
在本发明的另外实施例中，从废气流或密实化的存储容器直接回收的CO2的一部分与水混合并且使用已知方法催化地反应以形成甲烷和水（通过就地形成的一氧化碳和氢的中间反应）。然后，甲烷和水用于补充被供应到发动机入口的常规碳氢燃料。与CO2反应的水可以从废气流或从为了那个目的而设置的单独车上源回收。
本发明的方法和系统的另一优点是可获取车辆上的加压的CO2用于车辆的空调系统。该CO2用于代替人造氟代烷烃化学制品和氟利昂式的制冷剂（已经显示，它引起损害环境的危险）。
本发明的方法和系统适合用于广泛的移动源，诸如客车、卡车、公共汽车、重型车辆、火车、轮船和通过碳氢燃料的燃烧进行操作的其它设备。在新的移动源上或者通过翻新已有的移动源，可以应用本发明。
本发明解决来自移动源的燃烧后CO2俘获和车上存储。为了最小化操作成本和设备需求，通常被排出到大气中的可用的热用于提供从吸附材料或俘获剂分离从燃烧气体提取的CO2，并且压缩/液化产生CO2的全部或部分以用于高效车上存储所需的能量。俘获的CO2可以被存储在车上直到再加燃料，那时它在燃料站被排出或移除以便回收。与涉及化学反应的已经提出的方法（诸如改造，或发动机设计的重大改变，诸如通过提供CO2可渗透的汽缸壁）相比，本发明的设备较容易布置在车上。
虽然在上面并且在附图中已经描述本发明的各种实施例，但根据本描述，其它修改和变化对于本领域技术人员来说将是显然的，并且本发明的范围要由下面的权利要求确定。

Claims (21)

1.一种用来减小通过内燃机（ICE）排放的废气流排出到大气中的CO2的量的方法，所述内燃机用来为车辆提供动力，所述方法包括：
a.使所述废气流与所述车辆上的CO2俘获剂接触，所述俘获剂具有从所述废气流提取CO2的预定容量；
b.将具有减小的CO2含量的已处理的废气流排出到大气中；
c.当由所述俘获剂提取的CO2的浓度已经达到预定水平时，断开与所述俘获剂接触的所述废气流的通过；
d.加热所述CO2俘获剂以释放提取的CO2并且使所述俘获剂再生；
e.回收基本上纯的CO2气体流；
f.通过与能量转换介质接触，从所述ICE排放的热的废气流回收热和能量；
g.使用在步骤（f）中回收的能量在所述车辆上压缩所回收的CO2气体以减小其体积；和
h.将压缩的CO2暂时存储在所述车辆上。
2.权利要求1所述的方法，所述方法在所述车辆的ICE的起动之后基本上连续地操作。
3.权利要求1所述的方法，所述方法还包括测量留在已处理的废气流中的CO2水平并且将测量的水平的值与预定的极限值比较。
4.权利要求3所述的方法，其中所述极限值对应于所述CO2俘获剂的预定容量，并且当达到所述极限值时断开与所述CO2俘获剂接触的所述废气流的通过。
5.权利要求1所述的方法，其中所述CO2俘获剂在步骤（d）中通过与所述热的废气流进行热交换而被加热。
6.权利要求5所述的方法，其中所述热交换发生在管壳式热交换器中。
7.权利要求1所述的方法，其中所述CO2俘获剂是高温固体吸附剂，所述高温固体吸附剂选自由化学吸附剂和物理吸附剂组成的组。
8.权利要求1所述的方法，其中所述CO2俘获剂选自固体吸附剂和固体载体上的液体吸附剂。
9.权利要求1所述的方法，其中所述CO2俘获剂是固体吸附剂，所述固体吸附剂在固定床或流化床中与所述废气流接触。
10.权利要求1所述的方法，其中所述废气流的热能的一部分用于再生步骤（d）和步骤（g）的压缩。
11.权利要求1所述的方法，其中废气流的CO2含量减小至少10%。
12.权利要求1所述的方法，其中所述俘获剂被维持在两个分离的变换区域中，并且所述废气穿过所述两个区域中的一个区域，同时另一区域被加热以释放CO2且使所述俘获剂再生。
13.权利要求1所述的方法，其中来自所述车辆的发动机的热废气在步骤（d）中以热交换关系通过，以使所述俘获剂再生。
14.权利要求1所述的方法，其中当所述俘获剂的温度或温度的升高速率达到预定值时，断开在步骤（c）中与所述俘获剂接触的所述废气流的通过。
15.权利要求14所述的方法，其中所述温度由与所述俘获剂接触的多个温度传感器测量。
16.权利要求1所述的方法，其中当包含所述俘获剂的容器中的压力或压力的升高速率在步骤（d）中在其加热期间达到预定值时，断开在步骤（c）中与所述俘获剂接触的所述废气流的通过。
17.一种系统，所述系统用于车上处理用于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和出口，所述热交换器的入口用来接收来自所述ICE的热的废气流以便与所述俘获剂呈热交换关系地通过以释放CO2且使所述俘获剂再生；所述热交换器的出口用于已冷却的废气流，
所述处理区域具有CO2排除出口，以用于从再生的俘获剂释放的CO2；
b.与所述处理区域的CO2排出出口流体连通的压缩区域，所述压缩区域包括用来减小CO2的体积的一个或更多个压缩机；
c.存储区域，所述存储区域用来接收已压缩的CO2以便暂时存储在所述车辆上；和
d.废气导管，所述废气导管与所述处理区域的已处理的废气流出口流体连通。
18.权利要求17所述的系统，其中所述处理系统由至少两个并行的子系统组成，所述子系统被配置且构造成用来通过阀以变换模式操作，所述阀用来将所述车辆的废气引到所述至少两个子系统中的一个子系统，随后引导到所述至少两个子系统的另一个子系统，以用来提取CO2，并且同时在所述至少两个子系统的另一个中使所述俘获剂再生，由此所述系统能够连续地操作以处理所述发动机废气流。
19.权利要求17所述的系统，所述系统包括转向阀，所述转向阀用来调节在排出到大气中之前进入所述处理区域的所述废气流的体积量。
20.权利要求16所述的系统，其中所述转向阀基于所述ICE的操作条件而被控制。
21.权利要求17所述的系统，所述系统包括控制装置，所述控制装置用来使所述废气流的全部或一部分排出到大气中而不穿过所述处理区域。
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