CN118475394A - 用于使用废热从移动源捕获co2的方法 - Google Patents

Abstract

一种可安装在移动车辆或船舶上的废气二氧化碳捕获和回收系统。该系统可包括废气吸收塔系统、溶剂再生器、溶剂回路、二氧化碳压缩机和二氧化碳储存罐等部件。该系统可被配置和集成，使得废气中的能量可用于为二氧化碳捕获提供动力并驱动二氧化碳捕获，同时对发动机具有最小的寄生效应。

Description

用于使用废热从移动源捕获CO2的方法

背景技术

二氧化碳(CO₂)排放，包括来自车辆和其他源的排放，是气候变化的一个因素。然而，减少移动源和其他内燃机源的CO₂排放需要平衡运营成本和固定成本的技术和工程，同时避免系统和操作过于复杂或阻碍移动源的运行。例如，当CO₂减排技术需要非常规或不常见的能源来运行，或者需要庞大、重型且昂贵的设备来运行时，这样的技术可能会因加油成本更高、不太方便或过程更长而降低车辆的实用性。

发明内容

提供该概述以介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。该概述并不旨在鉴定所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用作限制所要求保护的主题的范围的帮助。

在一方面，本文的实施方案涉及用于内燃机的废气二氧化碳捕获和回收系统。该系统可包括废气吸收塔(absorber，或称为吸收器)系统、溶剂再生器、二氧化碳压缩机和二氧化碳储存罐等部件。废气吸收塔系统可被配置为使用包含选择性吸收二氧化碳的溶剂的贫溶剂流从第一废气进料中提取至少一部分二氧化碳，并产生具有减少量的二氧化碳的第一废气产物和包含溶剂和吸收的二氧化碳的富溶剂流。在一些实施方案中，废气吸收塔系统可以在小于80℃的温度下操作。溶剂再生器被配置为将富溶剂流转化为贫溶剂流和粗二氧化碳蒸气，其中溶剂再生器使用系统溶剂回路联接至废气吸收塔系统，使得溶剂再生器在系统溶剂回路的富侧位于废气吸收塔系统的下游以接收富溶剂流，并且在系统溶剂回路的贫侧位于废气吸收塔系统的上游以提供贫溶剂流。在一些实施方案中，溶剂再生器可以在大于100℃的温度下操作。二氧化碳压缩机被配置为将粗二氧化碳蒸气转化为浓缩的加压二氧化碳产物，其中二氧化碳压缩机沿着二氧化碳气体流动路径联接在溶剂再生器的下游。二氧化碳储存罐被配置为接收和储存浓缩的加压二氧化碳产物，其中二氧化碳储存罐沿着二氧化碳气体流动路径联接在二氧化碳压缩机的下游。在一些实施方案中，该系统可以安装在移动车辆或船舶(vessel)上；在其他实施方案中，该系统可以与内燃机(例如发电机)相关联/集成，以接收来自内燃机的废气。

一些实施方案的系统可包括热交换器，所述热交换器被配置为在从溶剂再生器供给至废气吸收塔系统的贫溶剂与从废气吸收塔系统供给至溶剂再生器的富溶剂之间交换热量。此外，与溶剂再生器相关联的两个或更多个热交换器可被配置为将热量从相应的热源传递到溶剂中。由两个或更多个热交换器提供的热量可用于通过将热量从热源传递至溶剂系统、升高含二氧化碳的溶剂的温度并从溶剂中释放二氧化碳来再生溶剂。热源可以包括例如以下各项中的至少两项：(1)进入内燃机的尾管(tailpipe，或称为排气管)的发动机废气；(2)再循环至内燃机的发动机废气；(3)发动机冷却剂；或(4)发动机润滑油。

该系统还可以包括背压装置和泵，其中两个或更多个热交换器中的至少一个结合相应的背压装置和泵被配置为将溶剂加热并加压至高于汽提塔(stripper，或称为汽提器)的操作压力，形成过热溶剂。在一些实施方案中，背压装置包括喷嘴(spray nozzle)。当溶剂离开背压装置并进入再生器时的压降可导致闪急沸腾并释放包含水和待从溶剂中释放的二氧化碳的蒸气。

在一些实施方案中，溶剂再生器是包含被配置为促进气相和液相之间的传质的填充材料的汽提塔。汽提塔可被配置为在塔的上部接收富溶剂并在塔的下部接收来自两个或更多个热交换器的溶剂。

在各种实施方案中，与内燃机相关联的额外的热源可被配置为加热溶剂流。额外的热源可用于产生额外的过热溶剂流，其在引入再生器时闪蒸，或者可与锅炉结合使用以从溶剂中产生单独的液体和蒸汽流，其中溶剂被供给至溶剂再生器的底部，并且液体可以返回到废气吸收塔系统。

本文的系统的实施方案还可包括控制系统，所述控制系统被配置为将溶剂的温度维持为低于特定温度，例如以限制溶剂降解。例如，可提供并配置绕过热交换器的一个或多个旁路和相关联的阀门以限制二氧化碳选择性溶剂的温度，例如以将降解(溶剂的反应/转化)限制至每周、每月或每年小于2wt％。例如，控制系统可被配置为将整个系统中的溶剂维持为低于例如120℃、125℃、130℃、140℃或150℃的最高温度。

在一些实施方案中，内燃机被配置为利用温度为至少120℃的发动机冷却剂或发动机润滑剂来操作。在这样的实施方案中，发动机冷却剂可适合于在适合溶剂再生的温度下向溶剂提供热量。

在系统的实施方案中，两个或更多个热交换器中的第一个被配置为在溶剂和进入尾管的发动机废气之间交换热量，并且两个或更多个热交换器中的第二个被配置为在溶剂和再循环至内燃机的入口的发动机废气之间交换热量。

一些实施方案的系统还可以包括废气至富溶剂热交换器，所述废气至富溶剂热交换器被配置为接收第一废气进料、将热量从第一废气进料传递到富溶剂中、以及将第一废气进料沿着废气流动路径传送到废气吸收塔系统，其中废气至富溶剂热交换器沿着废气流动路径联接在废气吸收塔系统的上游、溶剂再生器的上游和废气吸收塔系统的下游。

一些实施方案的系统还可以包括废气热交换器，所述废气热交换器被配置为降低第一废气进料的温度，其中废气热交换器沿着废气流动路径联接在废气至富溶剂进料的下游和废气吸收塔系统的上游。

又一些实施方案可以包括次级热传递回路，所述次级热传递回路包含对废气温度热稳定的流体，并且被配置为使用第一热交换装置从高温热源提取热量，然后使用第二热交换装置或锅炉将提取的热量从流体传递至溶剂。该流体可以是有机碳基油、硅酮基油(silicone-based oil)、二醇基流体(glycol-based fluid)或其他热稳定流体。流体的理想特性是200至500℃的热稳定性(取决于废气温度)、具有低蒸气压并且具有低粘度。例如，第一热交换装置可包括废气至热交换流体热交换器，并且其中第二热交换装置包括热交换流体至富溶剂热交换器。废气至热交换流体热交换器被配置为接收第一废气进料、将热量从第一废气进料传递到热交换流体中、以及将第一废气进料沿着废气流动路径传送至废气吸收塔系统。如本文所使用的，诸如“热交换流体”、“热交换介质”、“热传递液体”等术语可以互换使用。热交换流体至富溶剂热交换器被配置为接收来自废气至热交换流体热交换器的加热的流体，间接加热富溶剂，并将加热的富溶剂传送至溶剂再生器。废气至热交换流体热交换器和热交换流体至富溶剂热交换器分别沿着废气流动路径联接在废气吸收塔系统的上游、以及溶剂再生器的上游和废气吸收塔系统的下游。在一些实施方案中，该系统还可以包括废气热交换器，所述废气热交换器被配置为降低第一废气进料的温度，其中废气热交换器沿着废气流动路径联接在废气至热交换流体热交换器的下游和废气吸收塔系统的上游。在一些实施方案中，一个或多个蒸汽锅炉可用于使水沸腾，其中供给到锅炉的水进料由当离开再生器的粗二氧化碳被冷却和压缩时收集的水提供，并且其中由锅炉产生的蒸汽被供给至汽提塔，以便为溶剂再生提供热量。

一些实施方案的系统还可以包括溶剂至溶剂热交换器，所述溶剂至溶剂热交换器被配置为将热量从贫溶剂传递到富溶剂中，其中溶剂至溶剂热交换器相对于富溶剂流(沿着系统溶剂回路的富侧)联接在废气吸收塔系统的下游和溶剂再生器的上游，并且相对于贫溶剂流(沿着系统溶剂回路的贫侧)联接在溶剂再生器的下游和废气吸收塔系统的上游。在一些实施方案中，系统还可以包括贫溶剂热交换器，所述贫溶剂热交换器被配置为降低贫溶剂的温度，其中贫溶剂热交换器相对于贫溶剂流联接在溶剂至溶剂热交换器的下游和废气吸收塔系统的上游。

一些实施方案的系统还可以包括废气至再生器贫溶剂热交换器，所述废气至再生器贫溶剂热交换器被配置为接收第二废气进料并传送第二废气产物，并且将热量从废气传递到第二贫溶剂中。

一些实施方案的系统还可以包括废气至热交换介质热交换器和热交换介质至再生器贫溶剂热交换器，其被配置为接收第二废气进料并传送第二废气产物，并且通过热交换介质将热量从废气传递到第二贫系统溶剂中。

系统的另一些实施方案可以包括旁路系统，所述旁路系统被配置为使废气绕过废气吸收塔系统转向。系统的又一些实施方案可包括控制系统，所述控制系统被配置用于以下各项中的一项或多项：维持贫溶剂的水含量、维持贫溶剂的流速、控制再生器的温度或压力、控制废气的温度、或控制富溶剂或贫溶剂的温度或压力。预期的控制策略包括改变通过热交换器的溶剂或热源的流速，和/或改变通过绕过热交换器或绕过气液接触器的旁路的溶剂或热源的流速。在一些实施方案中，控制系统被配置用于以下各项中的一项或多项：将内燃机上的废气背压维持为低于特定极限；将进入废气吸收塔系统的第一废气进料的温度维持为低于特定极限；维持贫溶剂流的水含量；维持贫溶剂流的流速，控制溶剂再生器的温度或压力；或者，控制富溶剂流或贫溶剂流的温度。在各种实施方案中，控制系统被配置为当超过废气温度极限或废气背压极限时启动旁路阀以引导废气流绕过废气吸收塔系统。在一些实施方案中，控制系统被配置为增加通过热交换器的富溶剂或贫溶剂的流速以降低富溶剂或贫溶剂的温度，或者其中控制系统被配置为降低通过热交换器的热源流体的流速以降低富溶剂或贫溶剂的温度。在一些实施方案中，控制系统被配置为调节压力调节器的位置以控制溶剂再生器的压力和贫溶剂负载量，或降低溶剂再生器的温度。在又一些实施方案中，系统还可以包括用于测量溶剂粘度的仪器，并且控制系统被配置为基于测量的溶剂粘度控制返回到系统的水量。

在另一方面，本文的实施方案涉及一种用于使用安装在移动车辆或船舶上的废气二氧化碳捕获和回收系统从来自内燃机的废气中回收二氧化碳的方法。该方法可包括将第一废气进料引入到系统中以及将第二废气进料引入到系统中。该方法可包括操作该系统，使得使用废气吸收塔系统从第一废气进料中提取二氧化碳并将二氧化碳吸收到贫系统溶剂中，形成富系统溶剂和第一废气产物；操作该系统，使得使用溶剂至溶剂热交换器将热量从贫系统溶剂传递至富系统溶剂；以及操作该系统，使得使用废气至富溶剂热交换器将热量从第一废气进料传递到富系统溶剂中，形成过热的富系统溶剂。该方法还可包括操作该系统，使得使用废气至再生器贫溶剂热交换器将热量从第二废气进料传递到第二贫系统溶剂中；操作该系统，使得使用溶剂再生器将二氧化碳从第二贫系统溶剂和富系统溶剂中解吸，形成粗二氧化碳和贫系统溶剂；以及操作该系统，使得使用二氧化碳压缩机压缩粗二氧化碳，形成浓缩的加压二氧化碳产物。可将浓缩的加压二氧化碳产物传送到安装在移动车辆或船舶上的二氧化碳储存罐中，可将第一废气产物从系统传送出，其中与第一废气进料相比，第一废气产物具有降低的温度和降低的二氧化碳浓度，并且还可将第二废气产物从系统传送出，其中与第二废气进料相比，第二废气产物具有降低的温度。

实施方案的方法可进一步包括操作该系统，使得贫系统溶剂沿着系统溶剂回路的贫侧从溶剂再生器，通过溶剂至溶剂热交换器，并且进入废气吸收塔系统来进行循环，并且使得富系统溶剂沿着系统溶剂回路的富侧从废气吸收塔系统，通过溶剂至溶剂热交换器，通过废气至富溶剂热交换器，并且进入溶剂再生器来进行循环。

该方法的实施方案还可以包括操作该系统，使得第二贫系统溶剂沿着贫系统溶剂再生器再沸器回路从溶剂再生器，通过废气至再生器贫溶剂热交换器，并且返回到溶剂再生器来进行循环。

该方法可以从安装在移动车辆或船舶上的内燃机产生第一废气进料和第二废气进料。在一些实施方案中，第一废气进料具有比第二废气进料更大的热含量(heatcontent，或称为焓)。通常，再循环废气(EGR)废气流比进入尾管的废气具有更高的温度，但更低的流速。这意味着，尽管温度较高，但EGR流向系统递送热量的能力较差。在各种实施方案中，第二废气产物作为废气再循环回路的一部分被传送到移动车辆或船舶上的内燃机中。

在又一方面，本文的实施方案涉及一种用于减少来自内燃机的二氧化碳排放的方法。该方法可包括使用废气吸收塔系统，使用贫CO₂选择性系统溶剂从第一废气进料中提取至少一部分二氧化碳，并且传送第一废气产物和富系统溶剂(具有增加的CO₂浓度的溶剂流)，其中废气吸收塔系统在小于80℃的温度下操作。在溶剂再生器中，富系统溶剂可转化为贫CO₂选择性系统溶剂和粗二氧化碳蒸气，其中溶剂再生器使用系统溶剂回路联接至废气吸收塔系统，使得溶剂再生器在系统溶剂回路的富侧位于废气吸收塔系统的下游并且在系统溶剂回路的贫侧位于废气吸收塔系统的上游，并且其中溶剂再生器在大于100℃的温度下操作。该方法还可以包括：在离开溶剂再生器的贫溶剂和离开吸收塔系统的富溶剂之间交换热量；通过将热量从两个或更多个热源传递到溶剂中，从而升高溶剂的温度和压力，并从溶剂中释放CO₂来再生溶剂；以及使用二氧化碳压缩机将粗二氧化碳蒸气转化为浓缩的加压二氧化碳产物，其中二氧化碳压缩机沿着二氧化碳气体流动路径联接在溶剂再生器的下游。加压二氧化碳产物可以储存在二氧化碳储存罐中。

该方法的实施方案可包括通过到发动机曲轴的机械联接器、到从废气压力产生机械功的涡轮复合装置的轴的机械联接器、液压马达或由内燃机的电池供电的电动机中的一个或多个向二氧化碳压缩机供应能量。在一些实施方案中，可以在废气吸收塔系统的上游将废气的温度降低至小于80℃。实施方案还可包括在废气吸收塔系统的上游将溶剂的温度降低至小于80℃。降低溶剂的温度可以包括将热量从溶剂传递至液体传热流体并且随后将热量从液体传热流体传递至环境。

根据以下参照附图和所附权利要求书进行的描述，本公开的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

将参照附图描述本公开的某些实施方案，其中相同的附图标记表示相同的元件。然而，应当理解，附图图示了所描述的各种实施方式并且并不意味着限制所描述的各种技术的范围。

图1示出了安装有如一个或多个实施方案中提供的废气二氧化碳捕获和回收系统的移动车辆。

图2图示了如一个或多个实施方案中提供的废气二氧化碳捕获和回收系统的流程图。

图3A-3G是如一个或多个实施方案中提供的废气二氧化碳捕获和回收系统的简化流程图。

图4和5是如一个或多个实施方案中提供的废气二氧化碳捕获和回收系统的简化工艺流程图。

图6示出了如一个或多个实施方案中提供的在移动车辆或船舶上使用废气二氧化碳捕获和回收系统的方法。

在图中，下是朝向或在图的底部，并且上是朝向或在图的顶部。“上”和“下”通常相对于局部竖直方向定向。然而，“上游”可以更一般地指在特定单元或过程之前采取的对象、单元或过程。同样，“下游”可以更一般地指在特定单元或过程之后采取的对象、单元或过程。

具体实施方式

当前用于机载(onboard，或称为车载或船载)CO₂捕获的二氧化碳捕获系统不具有高CO₂捕获率，实现废气中产生的二氧化碳的最高约25％的捕获率。这样的系统通常无法充分利用解决方案的全部二氧化碳吸收和再生能力。另外，这样的系统还可能对车辆产生显著的寄生负载。在这种情况下，“寄生负载”是指系统需要来自发动机的额外能量(例如动力)才能运行，其中所述能量否则可能已经用于为其他发动机系统产生能量或已转化为运动。此外，为移动点源配置的系统往往缺乏完整的热集成。没有这种集成，系统可实现的捕获率就会受到限制。

根据本文的实施方案的废气二氧化碳捕获和回收系统以及使用方法通过使用现有的燃料和动力系统基础设施解决了这些问题，同时减少了CO₂排放。在这样的系统和方法中，由于使用集成加热和动力系统来有效回收二氧化碳并在系统内保留和传递热量，因此能量损失最小。本文的系统和方法可提供大于40％的二氧化碳捕获率，而发动机上几乎没有或没有寄生负载。

多个特征可能促进了废气二氧化碳捕获和回收系统及其相关联的使用方法，其有效降低来自移动车辆或船舶的废气流中的二氧化碳浓度，而不耗尽车辆或船舶的动力。已经发现，使用废气废热(本来会被排放到环境中并损失掉的热量)作为能源，可用于从系统溶剂中解吸二氧化碳。另一个特征是使用来自移动车辆或船舶的涡轮复合机来提供机械功、电功、液压功或一些其他形式的功来为二氧化碳压缩机和本文的系统和过程的其他部件提供动力。另一个特征是使系统溶剂过热——将系统溶剂加热至高于汽提塔操作压力的温度和压力。将系统溶剂加热至产生大于汽提塔操作压力的蒸气压的温度允许大量回收废气焓，而不会在工艺管线中引起任何闪蒸。此外，由于两种流体都处于液相，因此它允许在相对紧凑的装置中从热源传递废热。同样，在溶剂再生器中产生雾化喷雾会产生大量的界面面积，并有助于将气体与富系统溶剂中的液体分离，并逆转溶剂再生器中的二氧化碳-溶剂反应。

较高的溶剂再生温度和压力可以减少水回流的量和系统的总体能量需求，包括压缩机的动力需求。另外，较高的操作压力和温度的组合，以及使用被配置为在这样的操作压力和温度下吸收和解吸二氧化碳的系统溶剂，允许这样的系统的配置：其能够由移动车辆或船舶的废气流中的废能提供动力、安装在其上并保留捕获的二氧化碳，直到捕获的二氧化碳可以安全有效地从车辆或船舶中去除。

图1是作为移动自推进车辆的一部分的根据本文实施方案的系统的实例。图1示出了具有永久安装的废气二氧化碳捕获和回收系统的移动车辆。半挂卡车100是一种移动自推进车辆，其通过废气流排放二氧化碳，所述废气流可通过本文的实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统处理。这样的移动车辆或船舶的实例包括但不限于汽车、卡车、轮船和飞机。在图1中，半挂卡车100示出为具有安装到半挂卡车100的后部的实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统200。半挂卡车100代表一种类型的移动自推进车辆，在本例中是牵引半拖车的8级卡车。虽然本文关于与移动道路源一起使用进行了描述，但是本文的实施方案也可用于从非道路源以及固定源(例如发电机)捕获CO₂。这些机器都排放CO₂，具有可用于溶剂再生的相对高质量的废热，并可以产生可利用的旋转轴功。例如，可以由内燃机提供动力的发电机组、机车以及农业和建筑设备也可以受益于本文的实施方案。

具有本文所述的废气二氧化碳捕获和回收系统的移动车辆不限于自推进的车辆或船舶。本文的实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统也可以安装在移动但非自推进车辆和船舶上，例如拖曳驳船、陆运或水运小艇、或者陆运或水运钻井平台或“钻机”。移动单元被配置为移动并向实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统供应废气流以用于浓缩的加压二氧化碳回收。

表1示出了潜在可用于从在8级半挂卡车操作以及中速和中负载条件下使用的典型重型发动机捕获CO₂的各种热源的总结。列出的值仅为标称值，并且对于不同的发动机、应用、操作条件等可能会有所不同。尽管发动机冷却剂可提供大量热流，但约100℃的典型发动机冷却剂温度太低，无法为100-135℃的溶剂再生提供有用的热量。因此，将多个热源引入溶剂再生过程可以增加可从废气中去除的CO₂量，而不会对发动机造成不利后果。

理论上，发动机可以在较高的冷却剂温度下运行，以使来自这些流的一些热量可用于溶剂再生。

表1

¹如果所有可用热量都应用于溶剂再生器，则可以捕获的CO₂量，其每释放1kg CO₂需要预计3.5MJ的热量。

²为在120℃的标称温度下运行的再生器提供足够的传热驱动力

³仅是说明性的，离开发动机的典型发动机冷却剂温度为90-100℃，对于溶剂再生来说太低

⁴仅是说明性的，典型的润滑油温度为约120℃，对于具有合理传热驱动力的溶剂再生来说略低

图2示出了根据本文的一个或多个实施方案的废气二氧化碳捕获和回收系统的简化流程图。一般而言，图2示出了根据本文实施方案的与内燃机一起使用的废气二氧化碳捕获系统的主要阶段的图。将含有二氧化碳的流10，例如发动机废气或其一部分，提供至二氧化碳吸收阶段12。在吸收阶段12内，废气与贫溶剂14接触，如下文进一步描述，贫溶剂在吸收阶段内吸收二氧化碳，形成富溶剂16和与进料废气10相比具有减少的二氧化碳含量的废气18。如本文所用，贫溶剂是指具有减少的二氧化碳含量的适合于从废气中吸收二氧化碳的溶剂，而富溶剂是指在从废气中吸收二氧化碳后具有增加的二氧化碳含量的溶剂。

然后可以在解吸阶段20中处理所得的富溶剂16以将二氧化碳与溶剂分离。在解吸阶段20中，富溶剂可以直接和/或间接与一个或多个热源22接触，以降低溶剂保留二氧化碳的能力，从而产生二氧化碳蒸气流24和贫溶剂流14，贫溶剂流14可被供给以在吸收阶段12中继续使用。

从解吸阶段20回收的二氧化碳气体然后可经历致密化26。致密化可包括例如二氧化碳的压缩和/或冷却。用于压缩二氧化碳的动力28可以例如由发动机或涡轮复合装置提供。在致密化之后，二氧化碳可被输送30至机载储存系统以用于随后的二氧化碳利用和/或处置32。

可以以各种方式进行溶剂的直接和/或间接加热以解吸二氧化碳(如图2的一般热输入22所示)以及在吸收步骤12之前溶剂14的任何期望或需要的冷却。当与移动废气源一起使用时，例如与机动车辆的发动机一起使用时，加热源和冷却源可能受到限制并且可以适当地选择以产生溶剂流的期望的加热和冷却。

图3A图示了吸收和解吸阶段的集成加热和冷却的一种可能的方式。图3B-3G呈现了针对解吸阶段设想的其他各种替代方案，其中每一个可用于从废气流例如来自半挂卡车100(图1)的发动机的废气流捕获二氧化碳。应注意，图3A是关于热源的一般图，并且图3B-3F是提供如图3A所示的热输入的各种方式。图3G示出了可应用于图3B-3E中的一个或多个的进一步细节。此外，应当注意，图3G示出了过热贫流和富流，但是图3B-3E中的一些仅具有贫或富过热流。下面进一步描述图3A-3G。

现在参见图3A，图示了根据本文一些实施方案的吸收步骤12和解吸步骤20(图2)的简化工艺流程图，其中相同的附图标记表示相同的部件。图3提供了二氧化碳吸收和溶剂再生阶段的额外细节。含有二氧化碳的废气10可使用热交换器40冷却并供给至吸收塔42，吸收塔42可包含接触结构床，其提供用于废气与贫溶剂14接触和相互作用的曲折路径以进行吸附步骤12(图2)。在吸收至少一部分二氧化碳之后，具有降低的二氧化碳含量的废气可以通过流送管线(flow line，或称为流动管线)18从吸收塔42回收。贫溶剂14可以在接触结构44上方被供给到吸收塔42并且富溶剂16可以从吸收塔42的底部回收。然后可以将富溶剂16转送至汽提塔46以进行解吸步骤20。

在汽提塔46中，可以加热富溶剂以降低其将二氧化碳保持在溶解状态的能力。汽提塔46还可以包含接触结构48的床，其提供热蒸气与富溶剂的接触，有助于从溶剂中去除二氧化碳。(一个或多个)热输入22可以从各种源提供，例如从废气、由发动机产生的电力、或可从发动机获得的其他热源。热输入可以从溶剂中汽提二氧化碳，从而允许从汽提塔的顶部回收二氧化碳蒸气流24并且从汽提塔的底部回收热的贫溶剂14H。从汽提塔46回收的二氧化碳可经历如上所述的下游处理，包括压缩/液化步骤26和储存30等。在压缩和液化步骤26期间，与粗二氧化碳流24一起回收并从汽提塔塔顶蒸气流24回收的水、蒸发的溶剂或其他通常为液体的组分可以与二氧化碳分离，产生(水、溶剂)液体流47和二氧化碳产物流49。可以在流47中回收的水/溶剂然后可以返回到汽提塔46。当流47基本上是水时，可以排出可以从废气中吸收的过量水，以便稀释再循环至吸收塔的溶剂。

由于在汽提期间向溶剂添加热量，从汽提塔回收的溶剂14H具有升高的温度，因此保留二氧化碳的能力降低。进料/流出物交换器可用于冷却热的贫溶剂14H，同时温热(预热)从吸收塔42供给至汽提塔46的富溶剂16。如果需要，可通过一个或多个额外的热交换器52提供进一步冷却，以提供具有足够吸收二氧化碳的能力的贫溶剂14。

如图3A所述，可用于提高富溶剂的温度的一种热源22可包括从汽提塔供给到吸收塔的贫溶剂。其他可能的热源可包括发动机气体再循环物(EGR)、排放到大气之前的废气、热交换回路(其可包含提供用于输送废气中的热量的热交换流体，因为在高温下废气可能不适合与溶剂一起长期使用)、发动机提供的电力或发动机或车辆上可能提供的其他热源。在图3B-3G中，热源被统称为(“第一热源”、“第二热源”等)，并且应当理解，所需的热量可以由这些具有足够能量的源中的任何一个或多个来提供以提供期望的加热。

现在参考图3B，图示了解吸阶段的简化工艺流程图。类似于图3A中的解吸步骤，解吸可以在包含接触结构48的床的汽提塔46内进行。在汽提塔46的上游，富溶剂16可以在热交换器60中使用第一热源22A预热，从而提供供给到汽提塔46的温热的富溶剂16W。可使用釜式再沸器62向溶剂提供额外的热量。釜式再沸器可用于提供来自第二热源22B的热量以加热贫溶剂汽提塔塔底馏出物64并向汽提塔(溶剂再生器)46提供再沸蒸气66。贫溶剂64离开汽提塔46的底部，流入再沸器62，在再沸器62中其间接接触第二热源22B，然后溢出堰后作为热的贫溶剂流14H从再沸器单元62的底部离开。同时，主要以蒸汽形式但也含有一些二氧化碳的蒸气通过流送管线66从再沸器62的顶部离开并且被传送到溶剂再生器(汽提塔)46。蒸汽上升通过接触结构48并且接触从顶部进入的富溶剂。蒸汽上升时冷凝，冷凝热加热富溶剂，释放二氧化碳。

图3C提供了具有与汽提塔相关联的再沸器的类似配置。在这样的替代实施方案中，壳管式或板框式再沸器70也可用于将热量从第二热源传递至再沸的从汽提塔回收的贫溶剂塔底流64。

如图3D所示，在各种其他实施方案中，多个再沸器62(62A、62B等)可用于使用来自多个源(22A、22B等)的热量来加热汽提塔46塔底流64(64A、64B等)。

图3E示出了使用中间传热流体来传递来自高温热源(例如废气)的热量以避免将溶剂暴露于高温的过程的实施方案。这样的实施方案可利用中间传热流体回路80将热量从高温热源22传递至贫溶剂汽提塔塔底流64。可以通过高温热源22(例如发动机气体再循环物或废气)加热再循环热交换流体，例如耐高温冷却剂(发动机冷却剂、油或其他合适的传热流体)。然后热的热交换流体可传送通过再沸器62以加热贫溶剂64并向汽提塔46提供再沸物66。

图3F图示了设想用于二氧化碳解吸和溶剂再生的另一个实施方案，使用蒸汽发生器来利用废热并向汽提塔提供热量以用于溶剂再生。在该实施方案中，蒸汽锅炉85用于向富溶剂提供热量。富溶剂16(如果期望的话可以被预热)被供给到汽提塔46，在汽提塔46中其与蒸汽87接触，所产生的直接热交换温热溶剂并产生粗二氧化碳蒸气24。冷却和液化阶段26可分离粗二氧化碳中的任何过量蒸汽(水蒸气)。然后，冷凝水86可以返回到蒸汽锅炉85以继续产生蒸汽87。用于驱动蒸汽锅炉的热量可以由热源22提供，热源22例如是废气或EGR等其他选择。

图3G图示了解吸步骤的又一个实施方案，其可用于再生溶剂并回收粗二氧化碳流。在该实施方案中，一个或多个热交换器(未示出)和相关联的热源(未示出)可用于使富溶剂16过热。过热富溶剂16然后可在穿过喷嘴时闪蒸并供给至汽提塔46。同样地，一个或多个热交换器(未示出)和相关联的热源(未示出)可用于使贫溶剂过热。过热贫溶剂66然后可在穿过喷嘴时闪蒸并供给至汽提塔46。过热贫溶剂和过热富溶剂在汽提塔46内的接触可导致溶剂冷凝，其可收集在汽提塔贮槽(sump)89中以通过贫溶剂流14H返回到吸收塔；并且导致产生粗二氧化碳流24，其可以作为来自汽提塔的塔顶流回收。汽提塔容器中提供的接触结构可包括除雾器48A和填料48B，除雾器48A提供液体分离并且使塔顶蒸气流24中的液体夹带最小化，并且填料48B提供过热贫溶剂的接触以用于半富溶剂汽提。

如上所述，设想了用于二氧化碳吸附和富溶剂汽提的各种装置。这些可以集成到发动机系统中，以便以各种方式从废气中捕获二氧化碳，其中解吸所需的热量可以由EGR、废气、中间传热流体回路或与发动机或车辆相关联的其他源提供。图4和图5示出了可以设想将如图3A-3G中的一个或多个所示的吸收-解吸配置与发动机和废气再循环系统集成的许多实施方案中的两个。虽然图4和图5示出了与其他主要系统或发动机部件相关联的两种更具体的热集成策略，但是类似地设想了集成如本文所图示和描述的吸收-解吸配置的其他系统，尽管未图示。

图4示出了根据本文的一个或多个实施方案的废气二氧化碳捕获和回收系统(“系统”)的简化流程图。该系统的尺寸和操作被配置为在移动车辆上使用，同时车辆在使用中，即，发动机在运行中，将燃料和氧气转化为能量，并为车辆或船舶产生动力。使用氧气将燃料转化为能量的过程的副产品是产生含有二氧化碳的发动机废气。本文的系统的尺寸可被配置用于各种车辆或船舶，其可具有尺寸变化很大的发动机。例如，半挂卡车发动机可具有为汽车发动机的六倍大的发动机。在图4的整个描述中，提供了在满载的典型公路巡航条件下操作的典型半挂卡车发动机的示例性流速。所提供的流速、能量传递和其他值仅是示例性的，并且对于其他车辆或船舶(汽车或船用)发动机以及其他操作条件(加速、低负载等)可能在很大程度上变化。

图4中所示的实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统(即系统200)包括多个操作单元，其被联接以处理含有二氧化碳的发动机废气，以在废气传送出系统之前去除至少一些二氧化碳。系统200包括废气吸收塔系统210，其使用系统溶剂从冷却的尾管废气中提取二氧化碳。系统200还包括溶剂再生器220，其从系统溶剂中回收二氧化碳。还有多个热交换器，不仅用于从废气中回收热量，而且还利用这种回收的热量以防止浪费并避免使用发动机动力进行系统操作。例如，废气至富溶剂热交换器可从废气流中提取热量并使向溶剂再生器引导的富系统溶剂过热。EGR至再生器贫溶剂热交换器从废气再循环(EGR，其在本文中可替代地称为发动机再循环、发动机再循环气体、废气再循环或类似术语)提取热量并且使引导回溶剂再生器的贫系统溶剂过热。溶剂至溶剂热交换器通过将热量从热的贫溶剂转移到冷的富溶剂中，允许整个系统节省热能。机载储存罐用于保留系统产物，例如浓缩的加压二氧化碳，用于卸载和支持系统操作。例如，CO₂机载储存罐接收并储存浓缩的加压二氧化碳产物，直到可以卸载。多个泵和压缩机也用于系统操作。例如，再生器贮槽泵引导贫溶剂以从EGR回路接收能量。同样，溶剂系统泵用于将溶剂系统从废气吸收塔系统驱动到溶剂再生器并返回。系统200还包括CO₂压缩机250，其将二氧化碳压缩成浓缩的加压二氧化碳用于机载储存。这些和更多单元以及它们之间的关系将在接下来的章节中进行描述。

为了清楚起见，示出了不是图4所示的系统200的一部分的多个额外单元。这些单元被以凸纹(relief)形式提供以帮助描述本文实施方案中的任选配置和变化。同样，详细描述了可以提供额外的联接、进料或能量源的这样的系统和装置以帮助本领域普通技术人员理解本文的实施方案(包括系统和过程实施方案)的愿景。

图4以凸纹形式示出了发动机500，其可以被理解为内燃机或马达或用于在存在氧气源和热量的情况下将燃料(通常来自碳氢化合物的加工或成品馏分，例如天然气、液化石油气(LPG)、汽油、气/油混合物、煤油、柴油燃料、喷气燃料或燃料油，例如重质船用燃料油)转化为机械动力、液压动力、电力及其组合动力的其他机械装置。内燃机安装或永久固定在移动车辆或船舶上。化学转化(例如通过燃料在氧气源存在下的燃烧)产生包含二氧化碳的废气。热废气通过发动机废气管线505传送出发动机500。

图4以凸纹形式示出了涡轮复合(TC)机510，其可以任选地使用，并且可以通过TC供给管线507联接到发动机500的下游。对于系统200，TC供给管线507(其将至少一部分发动机废气提供给涡轮复合机510)从EGR供给管线211分流。涡轮复合机通常提取额外的废气焓并将其转换成机械能、电能或两者兼而有之，用于操作船舶或车辆(例如图1的半挂卡车100)的系统。这样做时，由于废热能被作为动力回收，因此改善了整个移动车辆或船舶的燃料到动力的转换，提高了效率并减少了碳捕获系统的寄生负载，否则碳捕获系统将从发动机汲取动力来旋转压缩机和溶剂泵。同样，在传送通过涡轮复合机后，涡轮复合机废气排放压力也显著降低。任选地，所提取的能量的至少一部分可以被引导至一个或多个单元，以使用机械、电气或液压型联接系统来驱动泵或压缩机。将进一步描述这样的系统变体。涡轮复合机废气通过涡轮复合机废气排放管线515传送出涡轮复合机510。

车辆排放后处理系统(ATS)520通过涡轮复合机废气排放管线515联接到涡轮复合机510的下游。ATS通常包括环境缓解操作子系统，例如选择性催化还原(SCR)、柴油机氧化催化剂(DOC)、柴油机颗粒过滤器(DPF)和柴油机排放流体(DEF)，用于去除发动机废气中的杂质和未消耗的燃料。在非实施方案系统中，在ATS之后，废气作为尾管废气进料排放到环境中。在实施方案废气二氧化碳捕获和回收系统中情况并非如此。尾管废气进料通过ATS排放管线201传送出车辆排放ATS 520。

在一个或多个实施方案中，向系统提供多个废气进料流。第一废气进料被提供给废气至富溶剂热交换器，以开始从废气回收额外的热量以及为二氧化碳提取准备废气。第二废气进料被提供给EGR(废气再循环)至再生器贫溶剂热交换器，以提供驱动溶剂再生过程所需的部分热能。第二废气进料可以由正在运行的发动机提供。

如图4所示，系统200具有两个引入的废气进料。尾管废气进料通过ATS排放管线201传送出ATS 520并且进入系统200。尾管废气进料被引入到废气至富溶剂热交换器230中。在系统200中，ATS排放管线201将ATS 520流体联接到废气至富溶剂热交换器230。例如，尾管废气进料的温度可以为约260℃。例如，尾管废气进料的质量流速可以为约14.6千克/分钟(kg/min)。例如，尾管废气进料中的CO₂浓度可以为约8.98体积％(例如，6体积％至12体积％)。如上所述，值可以根据条件而变化，并且这些示例性值针对在满载的典型公路巡航条件下的长途柴油卡车。对于非常低的负载条件，废气的质量流速会较低，并且CO₂浓度可能低至1体积％。如本领域技术人员将理解的，提供这些值仅用于示例性目的，因为温度、速率和浓度可根据发动机类型、发动机负载、发动机效率、燃料类型和许多其他变量而变化。

在图4中，引入系统200中的第二废气进料是热EGR进料。热EGR进料被从发动机500通过第一EGR管线211引入到EGR至再生器贫溶剂热交换器234。在系统200的实施方案中，第一EGR管线211通过发动机废气管线505从发动机500的出口分流。例如，热EGR进料的温度可以为约438℃(350℃至550℃)。例如，发动机再循环进料率的质量流速可以为约5.34千克/分钟(kg/min)。与废气进料类似，EGR流速和温度将根据发动机类型、发动机负载等而变化。例如，一些柴油发动机的EGR率可能高达发动机废气的50质量％，而当前的汽油发动机可以再循环高达20质量％的废气，而不会影响燃烧稳定性。如示例的，发动机输出约20kg/h的废气，其中约26％(5.34kg/h)的废气作为EGR返回发动机。

在一个或多个实施方案中，系统产生多种产物。第一废气产物由废气吸收塔系统提供，该系统将贫化废气产物排放到环境中。与第一废气进料相比，第一废气产物流具有降低的二氧化碳浓度。第二废气产物由EGR至再生器贫溶剂热交换器提供。冷却的EGR可以被引导回到正在运行的发动机。与第二废气进料相比，第二废气产物具有降低的温度。第三产物是浓缩的加压二氧化碳，其被引入并储存在CO₂机载储存罐中。CO₂机载储存罐保留浓缩的加压二氧化碳，直到可以使用已知的方式(例如可拆卸容器或专用产品传输线)从车辆或船舶中回收二氧化碳。

如图1所示，系统200具有产生的多种产物。具有减少量的二氧化碳的贫化废气产物通过废气排放管线207传送出系统200。在系统200的实施方案中，废气排放管线207联接至废气吸收塔系统210。

冷EGR进料从系统200通过第二EGR管线213传送回发动机500。在所示的系统200的实施方案中，第二EGR管线213联接到发动机500以提供冷却的废气用于再循环到发动机。

对于系统200的系统配置，使用CO₂压缩机排放管线257将浓缩的加压二氧化碳从CO₂压缩机250排放到CO₂机载储存罐252中。浓缩的加压二氧化碳可使用专用CO₂产物管线265传送出系统200。在系统200的实施方案中，CO₂产物管线265联接至CO₂机载储存罐252，其被配置为容纳浓缩的加压二氧化碳。

第一废气进料被提供给废气处理系统。根据系统的配置，第一废气进料可能源自移动车辆或船舶内的多个源之一。在一个或多个实施方案中，被引导至废气至富溶剂热交换器的废气进料的至少一部分直接来自发动机。在一个或多个实施方案中，被引导至废气至富溶剂热交换器的所有废气进料直接来自涡轮复合机。在一个或多个实施方案中，被引导至废气至富溶剂热交换器的所有废气进料直接来自车辆排放后处理系统。

存在穿过系统200的多个流体流动路径，其对于描述整个系统配置是有用的。对于系统200，第一发动机废气路径从通过ATS排放管线201将尾管废气进料引入到系统200中开始，直到其使用废气排放管线207作为贫化废气产物传送出系统。

尾管废气进料传送到废气至富溶剂热交换器230中。在图4中，废气至富溶剂热交换器230通过ATS排放管线201联接到ATS 520。通过该交换器，随着热能被传递到流向溶剂再生器220的富系统溶剂中，尾管废气进料被冷却。例如，在示例性实施方案中，从尾管废气进料传递的热量可以为约47.0kW(千瓦)；热传递很大程度上取决于废气温度，废气温度可能因发动机类型及其相应的废气温度而异。废气至富溶剂热交换器230的配置可以变化，并且在一些实施方案中废气可以在交换器的壳侧上传送，或者在又一些实施方案中可以在交换器的管侧上传送。冷却的尾管废气使用冷却的尾管废气管线203传送出废气至富溶剂热交换器230。在一些实施方案中，冷却的尾管废气的温度可以为约150℃(130℃至170℃)，其中，如上所述，其被呈现为示例性温度，并且可以根据发动机类型、以及富溶剂通过热交换器和再生器220的循环速率条件以及其他变量而变化。

在一些情况下，旁通管线(未示出)被配置为任选地将尾管废气进料的至少一部分引导绕过废气至富溶剂热交换器。在这样的配置中，尾管废气进料的至少一部分可被引导绕过热交换器，以防止传送出热交换器的富系统溶剂的出口温度超过系统溶剂温度极限。正如将关于系统溶剂更详细地提供的那样，这是为了防止热降解以及为了延长系统溶剂的使用寿命。当富系统溶剂被加压超过系统溶剂的饱和压力时，可以通过在条件合适时使废气流的至少一部分绕过交换器来避免“超过热”，即，将加压富系统溶剂的温度升高到高于系统溶剂温度极限的温度。换言之，期望通过交换器230将富溶剂保持为液体，并且如果需要，可以使用绕过交换器230的废气旁路以避免富溶剂的部分气化。在这种情况下，任何旁通的尾管废气进料与废气至富溶剂热交换器下游的冷却的尾管废气混合。

在本文的实施方案中，冷却的尾管废气203传送到废气调整冷却器(trim cooler，或称为调温冷却器)232中。废气调整冷却器232使用冷却的尾管废气管线203联接到废气至富溶剂热交换器230并位于其下游。废气调整冷却器232可以是基于空气的冷却器，其将热量提取到大气中。作为示例性范围，废气温度可降低至或小于约40℃，尽管该值可根据发动机类型、所使用的溶剂混合物和其他变量而变化。在废气调整冷却器232的一些配置中，热交换器具有外部风扇，外部风扇在入口温度条件下启动以将空气拉过热交换器的暴露管。在一些其他配置中，热交换器具有静态散热翅片，其依赖于环境条件从单元中移除热量。可以设想调整冷却器的其他静态和主动变体。主动变体如风扇可以由从涡轮复合机510接收的电力或液压动力或可以不向发动机施加寄生负载或施加可忽略的寄生负载的其他方便的动力源来提供动力。调整后的尾管废气使用吸收塔废气供给管线205从废气调整冷却器232传送到废气吸收塔系统210中。任选地，废气也可以绕过吸收塔，例如，如果在进入吸收塔之前没有足够的冷却负荷来降低废气温度。如果进入吸收塔的废气太热，可能会发生损坏接触器、溶剂降解或CO₂从溶剂中汽提。在一些情况下，即使在废气不经过吸收塔传送时，不将富溶剂旁通至或部分旁通至废气热交换器以继续再生溶剂也可能是有利的。

在系统200中，调整后的尾管废气传送到废气吸收塔系统210中。废气吸收塔系统210使用吸收塔废气供给管线205联接到废气调整冷却器232并位于其下游。废气吸收塔系统210被配置为使用冷的贫系统溶剂从引入的废气中去除至少一部分二氧化碳。

在一些实施方案中，CO₂吸收到贫系统溶剂中以及从废气中汽提通过直接接触发生。在一个或多个实施方案中，废气吸收塔系统可具有诸如直接液-气接触塔的配置。在这种直接接触配置中，吸收流体(液体贫系统溶剂)和待汽提流体(废气)相对于彼此沿着相反方向移动。当在容器内时，两种逆流流体可以通过各种方式彼此紧密接触，例如，将液体喷射到空的蒸气空间中、蒸气泡渗透过塔盘上的液体以及液体-蒸气在金属或非金属无规填料或规整填料的表面上接触。当废气通常向上穿过塔时，贫系统溶剂从废气中汽提至少一些二氧化碳，形成CO₂贫化废气产物。当废气沿着塔上升时，系统溶剂的汽提功效变得更加有效，因为更多“更贫”的系统溶剂暴露于废气中。在塔的顶部，现在CO₂贫化废气产物是吸收塔运行的结果。

在一些实施方案中，废气吸收塔系统可被配置为类似于传统的蒸馏塔，例如具有并排交替的蒸馏塔盘，其中贫系统溶剂通常向下流动而废气向上流动。另一种配置可以是其中塔具有无规填料或规整填料、或两者的部分的配置，其中贫系统溶剂和废气分别采取大体逆流的、曲折的向下和向上路径。另一种配置是其中一系列喷嘴将贫系统溶剂雾化或汽化到废气流中。液-气接触吸收塔的其他变体和配置是蒸馏和吸收领域的技术人员所理解的，并且被设想为适用于本公开的主题。

在其他实施方案中，CO₂吸收到贫系统溶剂中以及从废气中汽提通过间接接触发生。在一些实施方案中，废气吸收塔系统可具有膜吸收塔的配置。在这种间接接触配置中，吸收流体(液体贫系统溶剂)和待汽提流体(废气)通过膜彼此分离。膜可以是选择性或非选择性屏障，其在气相和液相之间产生大量界面面积，同时允许气体物质通过膜流动(即，输送)入渗透侧的溶剂中。膜接触器通常用于将液体容纳在结构化的高表面积三维空间内，而不是像填充塔(packed column，或称为填料塔)中那样自由流动。许多因素(包括但不限于膜的供给侧和渗透侧的压力和温度、膜的构造材料、膜的渗透性、膜的表面接触面积、以及溶剂的某些物理性质与膜表面的相互作用)影响二氧化碳在气相和液相之间的通量。

在一些实施方案中，废气吸收塔系统可被配置为类似于管状膜模块，其中多个膜呈管状。废气穿过壳部分；系统溶剂流经膜管的内侧。在一些实施方案中，废气吸收塔系统可被配置为与具有相似配置的中空纤维膜系统类似(废气位于中空纤维的外表面侧；系统溶剂位于中空纤维的内部)。在一些实施方案中，废气吸收塔系统可被配置为类似于螺旋卷绕膜。在一些实施方案中，废气吸收塔系统可被配置为类似于板框式膜模块。错流式膜吸收塔(cross-flow membrane absorber，或称为叉流式膜吸收塔)的其他变体和配置是膜分离领域的技术人员所理解的，并且被设想为适用于本公开的主题。

在一些实施方案中，吸收塔膜对任何化学物质不具有优先选择性。在没有优先选择性的情况下，可能期望使废气进料中存在的所有化学物质具有通过膜的高通量率，特别是考虑到主要化学物质是从废气进料中汽提的所需材料。在一些实施方案中，吸收塔膜由聚丙烯(PP)材料制成。在一些实施方案中，吸收塔膜由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成。在一些实施方案中，吸收塔膜由聚醚醚酮(PEEK)材料制成。

在一些其他实施方案中，膜的构造材料可以选自对二氧化碳有选择性的任何材料。在一些实施方案中，吸收塔膜对二氧化碳具有“高选择性”。高选择性意味着膜对第一种物质的选择性是进料中任何其他化学物质的至少10倍高。然而，已知在一些这样的情况下，对某种化学物质具有高选择性的膜可能不具有适合该化学物质的通量率。

与直接接触吸收塔配置类似，在一些实施方案中，贫系统溶剂和废气可以在错流式膜吸收塔内沿着相反方向移动。在其他实施方案中，贫系统溶剂和废气可以在错流式膜吸收塔内沿着相同方向移动。在又一些实施方案中，贫系统溶剂和废气可以在彼此垂直的方向上移动。与直接接触吸收塔不同，在发生二氧化碳输送时，膜可以允许两种流体相对于彼此沿着多个方向行进。

贫化废气产物的第一废气产物流被传送出系统。现在CO₂贫化废气产物传送出废气吸收塔系统并传送出系统200。在图4中，系统200示出了废气排放管线207用于将贫化废气产物(提取了大量的二氧化碳和热能)传送入环境。无论整体物理配置、接触或吸收方式如何，废气吸收塔系统都能有效地从引入的废气中去除二氧化碳。在一些实施方案中，吸收的CO₂量占引入的废气中的二氧化碳的20％至90％；在另一些实施方案中，占引入的废气中的二氧化碳的35％至50％，或在又一些实施方案中占引入的二氧化碳的40％至45％(各自基于质量或摩尔)。如本领域技术人员将理解的，本文的实施方案可提供可用于捕获大量CO₂的设计；然而，这样做的可行性可能会基于系统尺寸、所需能量和CO₂机载储存要求而受到限制。在一些实施方案中，例如对于具有7体积％至10体积％CO₂的发动机废气，贫化废气产物中的CO₂浓度可以小于7摩尔％，例如在一些实施方案中在约0.1摩尔％至约6摩尔％的范围内，或者在另一些实施方案中在约2摩尔％至5摩尔％的范围内。在一些实施方案中，贫化废气产物的温度在例如环境温度至约40℃的范围内；离开吸收塔系统210的贫化废气产物207的温度可基于发动机和CO₂捕获系统设计而变化。

基于废气温度和CO₂浓度根据以下各项估计各种系统可实现的捕获率。假设冷却至135℃，基于废气温度和热容量计算可用热量。基于用于吸收富溶剂中CO₂分压的驱动力来估计富负载量，其为入口废气中CO₂分压的五倍。由于其良好表征的特性，9摩尔浓度单乙醇胺用于估计气液平衡和再生能量。针对每个富负载量确定最佳贫负载量和液体率，以最小化再沸器负荷并最大化捕获率。假设泵和压缩机的等熵效率为80％，计算比功。通过将可用的废热除以仅溶剂再生(“热量”)或溶剂再生加上二氧化碳压缩和溶剂循环(“热量和功”)所需的估计比热来计算捕获率。

估计可实现的捕获率主要受两个因素影响：废气的温度和为实现给定捕获率而去除的CO₂的量。系统效率是次要因素，其随着物流的CO₂含量的增加而提高。因此，对于较高CO₂浓度的废气流，较高的效率远远抵消了要捕获的CO₂量，从而导致在给定废气温度下的预测捕获率较低。

下表图示了各种发动机可实现的捕获率的估计条件和结果。请注意，这些数字仅用于说明目的，并且可能更高或更低，这取决于各种工艺设备的设计、操作条件和所实现的系统效率。

表2A.

表2B.

表2C.

增加复杂性的工艺创新，例如吸收塔中间冷却、汽提塔中间加热、汽提塔冷凝物热回收、以及高温/高压和多级溶剂再生、溶剂再生可以降低比热需求，正如可以使用先进的高性能溶剂一样。此外，使用来自其他源(EGR、热的冷却剂、热发动机润滑剂)的热量可以增加可用热量，从而提高捕获率。

第二废气进料沿着EGR回路提供给系统200。对于所示的系统200的实施方案，第二发动机废气路径从通过第一EGR管线211将热EGR进料引入系统200开始，直到其使用废气第二EGR管线213作为冷EGR进料传送出系统200。

在各种实施方案中，热EGR进料传送到EGR至再生器贫溶剂热交换器234中。在图4中，EGR至再生器贫溶剂热交换器234通过EGR回路的第一EGR管线211联接至发动机500。通过该交换器，随着热量被传递到贫系统溶剂中，废气再循环物被冷却，该系统溶剂被引导回到溶剂再生器220中。该能量提供了驱动溶剂再生器的操作的一部分热量。冷EGR进料使用第二EGR管线213传送出EGR至再生器贫溶剂热交换器234。

冷却的EGR的第二废气产物传送出系统。冷EGR进料传送出EGR至再生器贫溶剂热交换器，并且也传送出系统。冷EGR进料比发动机提供的热EGR进料明显更冷，这可以有助于发动机操作。在系统200中，第二EGR管线213用于将废气再循环产物传送回到发动机500中。EGR可以在交换器234中被冷却，例如，从约438℃的温度(发动机500废气温度)冷却到约100℃至约250℃的范围内的温度，由于再循环气体提供了额外的冷却，较冷的温度可有助于提高发动机性能，并减少NOx排放。

贫系统溶剂再生器再沸器回路用于从EGR提取热量并将该能量运送到溶剂再生器中。贫系统溶剂被从溶剂再生器的底部引导通过再生器贮槽泵和EGR至再生器贫溶剂热交换器，并返回到溶剂再生器中，略高于贫系统溶剂再生器再沸器回路的取出点。通过贫系统溶剂再生器再沸器回路，贫系统溶剂被转化成过热的贫系统溶剂，使得热能可被运送到溶剂再生器中并维持溶剂再生器中的压力。从EGR回收的废能通过逆转二氧化碳吸收反应并以热的方式将二氧化碳从液体中驱除，有助于从富系统溶剂中再生贫系统溶剂。

贫系统溶剂从溶剂再生器传送到再沸器回路。如先前描述和图4所示，再生器贮槽泵242使用将再生器贮槽泵242联接到溶剂再生器220的再生器再沸器供给管线221从靠近溶剂再生器底部的位置抽取贫系统溶剂。在一些实施方案中，经过再生器贮槽泵的贫溶剂被加压到高于系统溶剂在离开贫溶剂热交换器234的贫溶剂温度下的饱和压力的压力，从而使贫溶剂在交换器234和相关联的循环回路中保持为液体。例如，在一些实施方案中，再沸器回路中的加压贫溶剂的压力可以为约3.7巴，尽管这可以根据所使用的溶剂和离开贫溶剂热交换器234的贫溶剂温度而随系统而变化。加压贫系统溶剂使用贮槽泵排放管线223从再生器贮槽泵242传送到EGR至贫溶剂热交换器234。

在一些实施方案中，调节由贫再生器贮槽泵242抽取贫系统溶剂的速率，使得传送出EGR至再生器贫溶剂热交换器234的过热的贫系统溶剂具有小于或等于系统溶剂温度极限的温度。在一些实施方案中，系统溶剂温度极限可为约120℃。在另一些实施方案中，系统溶剂温度极限可为约125℃。在又一些实施方案中，系统溶剂温度极限可为约150℃。尽管通过将系统溶剂温度极限提高到超过150℃来回收更大量的热量可以改善二氧化碳从富系统溶剂中的解吸，但是增加的热量可能导致系统溶剂的降解并因此缩短可操作寿命。通过延长溶剂寿命来减少系统维护(包括系统溶剂更换)的量是系统配置及其操作方法的一个特征。系统溶剂温度极限可以根据所使用的溶剂、所述溶剂的热稳定性以及所使用的溶剂的CO₂吸附效率以及其他因素(包括期望的维护周期)而变化。

为了控制被加压到大于大气压力但小于临界压力的水平的贫溶剂的最高温度，通过调节再生器贮槽泵的泵送速率来改变通过再沸器回路的质量流速。通过减少或增加泵送速率来改变通过交换器的流体流动可防止加压贫溶剂的过热超过系统溶剂温度极限。例如，如果EGR至再生器贫溶剂热交换的贫溶剂侧的出口温度接近系统溶剂温度极限，则可以增加通过交换器的溶剂的流速。通过交换器的较大流速将降低EGR至再生器贫溶剂热交换在贫系统溶剂侧的出口温度，即使更多的热量可能被传递到现在过热的贫系统溶剂中。在一些情况下，作为示例性值，再沸器回路中贫系统溶剂的质量流速在主溶剂再循环速率的约0.5至2倍的范围内，其值可取决于发动机尺寸、类型等。通过EGR至溶剂热交换器的贫溶剂的最高温度也可以通过减少通过贫溶剂至EGR热交换器的EGR的流量来缓和。任选地，可以引入第二EGR冷却器，以允许任何绕过溶剂至EGR冷却器的EGR在使用发动机冷却剂的单独冷却器中被冷却。

任选地，在一些实施方案中，再生器贮槽泵联接到移动车辆或船舶以接收动力。在这样的配置中，贫再生器贮槽泵可以从曲轴的旋转接收其动力需求的一些或全部。贫再生器贮槽泵的联接可以通过提供各种形式的能量的装置，包括但不限于电力装置、液压装置、机械装置或其组合装置。曲轴转动所消耗的能量可以通过电气系统(磁性联接器的旋转)、液压系统(液压流体的泵送和加压)或机械系统(齿轮箱)部分地回收、转换、储存和传输，以促进再生器贮槽泵所做的功。这种配置可以帮助最小化操作再生器贮槽泵所需的寄生动力。在其他实施方案中，再生器贮槽泵可从涡轮复合机510或从车辆或船舶的电池或电气系统接收动力。对于系统200的其他动力设备来说，提供动力的方式可以使得最小的寄生效应施加到发动机。

在本文的实施方案中，加压贫溶剂传送到EGR至再生器贫溶剂热交换器234中。在图4中，EGR至再生器贫溶剂热交换器234通过贮槽泵排放管线223联接至再生器贮槽泵242。如前所述，EGR进料也被引入热交换器中。在该交换器中，随着热量传递到加压贫系统溶剂中，废气再循环物被冷却，形成过热的贫系统溶剂。过热的贫系统溶剂使用再生器再沸器返回管线225传送出EGR至再生器贫溶剂热交换器234。

过热的贫系统溶剂被引入溶剂再生器中。通过溶剂至EGR热交换器的过热的贫系统溶剂返回至溶剂再生器。溶剂再生器的入口靠近溶剂再生器的中部或底部，但高于再沸器回路的贫系统溶剂的取出点，在一些实施方案中，该取出点可以在容器的底部，用于提供储槽中的液位，并且该取出点可以通过溶剂库存来确定。如前所述，从EGR进料中提取的热能被转移到再生过程中，以帮助从富系统溶剂中驱除二氧化碳。例如，通过再沸器回路从EGR进料传递至溶剂再生器的热量可为约30.6kW(千瓦)(示例性值，如上所述)。

虽然贫溶剂再沸器系统在图4中图示并且在上面被描述为包括贮槽泵242和热交换器234，但是本文的实施方案也可以使用釜式再沸器来冷却EGR并加热贫溶剂，以向溶剂再生器220提供再沸蒸气，如图5所示。贫溶剂221离开塔220的底部，流入再沸器234A，在那里它间接地与废气接触，然后溢出堰，然后从再沸器单元234A的底部离开。同时，主要以蒸汽形式但也包含一些CO₂的蒸气通过流送管线225从再沸器234A的顶部离开并被传送到再生器220。蒸汽上升通过再生器并接触从顶部进入的富溶剂。蒸汽上升时冷凝，冷凝热加热富溶剂，释放二氧化碳。釜式再沸器配置可以有利地减少泵送功(不需要高压溶剂)和复杂性(在某些情况下可以消除使溶剂移动通过EGR至溶剂交换器的循环泵)，并且可以更有效地利用汽提塔中的废热，因为蒸汽可以更好地与溶剂相互作用。然而，这种配置也可能是比其他再沸器系统更不紧凑的系统。也可以使用板框式再沸器，并且它可以在效率、复杂性和紧凑性方面提供折衷方案。

出于示例性目的，EGR至溶剂热交换器的出口处的溶剂与再生器贮槽之间的温度增量可为约5-20度。然而，具体值取决于解吸的二氧化碳量和液体率等因素。

溶剂再生器和废气吸收塔系统之间的溶剂系统回路充当变温吸收系统，用于从废气中提取二氧化碳并回收二氧化碳用于机载储存。此外，溶剂系统回路还从废气中提取能量，作为驱动捕获和释放过程的主要手段。通过这个过程，使用多个热交换器和溶剂泵操控系统溶剂的压力和温度，使得系统溶剂可以在不同的时间和位置吸收二氧化碳并成为“富”溶剂或解吸二氧化碳并成为“贫”溶剂。

对于移动机载二氧化碳提取系统，系统溶剂必须满足多个设计要求。由于系统的紧凑和移动性质，具有相对高的循环CO₂承载能力、与二氧化碳的快速反应速率和相对显著的吸收热的溶剂将允许相对降低的液体溶剂循环速率、更高的CO₂捕获率，并允许在比静态和更大型系统更大的压力下进行溶剂再生。较少的溶剂也会对系统产生资本影响，允许较小的热交换器、溶剂再生器、废气吸收塔系统、泵和其他辅助系统设备。

可用于移动机载二氧化碳捕获系统的溶剂包括水溶性胺、氨基酸、碱性盐及其组合的水溶液。有用的水溶性胺的实例包括但不限于单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺、哌嗪及其衍生物(例如1-甲基-哌嗪、2-甲基-哌嗪、N-氨基乙基-哌嗪)、吗啉、2-氨基-2-甲基-丙醇、二异丙醇胺、乙二胺、己二胺及其组合。其他水溶性胺可以是伯胺、仲胺或叔胺及其组合。例如，系统溶剂可包括水中约5至约10摩尔浓度(M)的MEA。

有用氨基酸的实例包括但不限于氨基酸和氨基磺酸例如α-丙氨酸、β-丙氨酸、牛磺酸、2-氨基-2-甲基丙酸盐、N-甲基-L-丙氨酸、高牛磺酸、脯氨酸、丝氨酸、甘氨酸及其组合的第一族盐。“第一族”被定义为元素周期表的第I族，包括但不限于钠和钾。可用的氨基酸的其他实例包括但不限于伯、仲、叔氨基酸和氨基磺酸及其组合的第一族盐。与其他二氧化碳吸收溶剂相比，伯和仲氨基酸溶剂可具有降低的挥发性、降低的毒性、更好的生物降解性、更快的反应速率和更大的吸热性。

可用的碱性盐的实例包括但不限于第一族和第二族碱性盐及其组合。“第二族”的定义与第一族类似(指元素周期表的第II族)。例如，水中的钾、钙和钠的碳酸盐及其混合物是可用的系统溶剂。

在一些情况下，系统溶剂的pH是碱性的，例如，pH在约8至约12的范围内。在一些情况下，系统溶剂被配置为它可操作为在约40℃(在各种实施方案中为20℃至60℃)下吸收二氧化碳，并在等于或大于约90℃(在各种实施方案中为80℃至200℃，例如在一些实施方案中为95℃至120℃)的温度下解吸二氧化碳。

贫且加热的系统溶剂从溶剂再生器的底部传送到废气吸收塔系统。在图4所示的系统中，热贫系统溶剂使用再生器底部管线231从溶剂再生器220的底部传送出。例如，热贫系统溶剂的温度为约115℃。在一些情况下，热贫系统溶剂的压力在约2.1巴至2.7巴的范围内。溶剂再生器220的操作压力可以足够低，以便有效地从富溶剂中解吸二氧化碳，同时足够高以限制再生器内每摩尔CO₂气化的水量。溶剂再生器的操作压力也可足以引起贫溶剂从溶剂再生器220底部流动至吸收塔系统210。在其他实施方案中，贫溶剂循环泵(未图示)可用于将贫溶剂从溶剂再生器220转送至吸收塔系统210。根据溶剂再生器的溶剂混合物、压力和温度，贫系统溶剂中的二氧化碳负载量可以在约0.15至约0.45mol CO₂/mol碱度的范围内，例如在约0.2至约0.5mol CO₂/mol碱度的范围内，或在其他实施方案中在约0.31至约0.43mol CO₂/mol碱度的范围内。在示例性实施方案中，例如，贫系统溶剂中的二氧化碳负载量可为约0.43mol CO₂/mol碱度。

溶剂至溶剂热交换器用于从贫系统溶剂侧提取热量并将其传递至富系统溶剂侧。在一些实施方案中，热贫系统溶剂传送到溶剂至溶剂热交换器236中。在图4中，溶剂至溶剂热交换器236通过再生器底部管线231联接到溶剂再生器220的底部。在该交换器中，随着热量传递到加压富冷系统溶剂中，热贫系统溶剂被冷却，形成冷贫系统溶剂。冷贫系统溶剂使用冷却的贫溶剂管线233传送出溶剂至溶剂热交换器236。

如前所述，从热贫系统溶剂中提取的热能被传递到富系统溶剂中，以帮助在溶剂再生器中从富系统溶剂中驱除二氧化碳。同样，冷却贫溶剂有助于制备用于在废气吸收塔系统内使用的贫溶剂。例如，在示例性实施方案中，由热贫系统溶剂传递到冷加压富系统溶剂中的热量可为约241kW。贫溶剂入口和出口之间的温差很大。例如，在示例性实施方案中，热贫系统溶剂的入口温度可以为约115℃；冷贫系统溶剂的出口温度可为约45℃。通常，冷侧接近温度的目标为5-10C，导致热侧接近温度为约10-15C。更大的热交换器可以实现更好的热回收(更低的接近温度)，但代价是更高的设备成本和空间。

在本文的实施方案中，冷贫系统溶剂传送到贫溶剂调整冷却器238中。贫溶剂调整冷却器238使用吸收塔贫系统溶剂供给管线233联接到溶剂至溶剂热交换器236并位于其下游。贫溶剂调整冷却器238是一种基于空气的冷却器，其将热量提取到大气中，使得贫系统溶剂温度在示例性实施方案中降低至或低于约40℃。在贫溶剂调整冷却器的一些配置中，热交换器具有外部风扇，其在入口温度条件下启动以将空气拉过热交换器的暴露管。在一些其他配置中，热交换器具有静态散热翅片，其依赖于环境条件从单元中移除热量。可以设想调整冷却器的其他静态和主动变体。与废气调整冷却器一样，设想的主动变体可以由从涡轮复合机510接收的电力或液压动力或可以不向发动机施加寄生负载或施加可忽略的寄生负载的其他方便的动力源来提供动力。调整后的贫系统溶剂使用吸收塔贫系统溶剂供给管线235从贫溶剂调整冷却器238传送到废气吸收塔系统210中。在示例性实施方案中，调整后的贫系统溶剂的温度可为约40℃。如果需要，可提供增压泵239来提高塔底流231的压力，以克服交换器236、238和废气吸收塔系统210中的压降。泵231还可用于确保泵244的入口处存在正压，它可以用于控制流速。

贫系统溶剂被引入废气吸收塔系统中。在系统200中，调整后的贫系统溶剂传送到废气吸收塔系统210中。废气吸收塔系统210通过吸收塔贫系统溶剂供给管线235联接至贫溶剂调整冷却器238并位于其下游。如前所述，废气吸收塔系统210被配置为使用调整后的贫系统溶剂从引入的废气中去除至少一些二氧化碳，形成二氧化碳“富”系统溶剂。

先前已经提供了废气吸收塔的配置以及废气吸收塔在废气侧的操作。在一些实施方案中，废气吸收塔被配置为使贫系统溶剂与废气直接接触。在一些实施方案中，废气吸收塔被配置为使贫系统溶剂与废气间接接触。

无论总体物理配置、接触或吸收方式如何，废气吸收塔系统都能够有效地从引入的废气中去除二氧化碳并富集系统溶剂。贫溶剂液体可以以与废气的一定比率供给到吸收塔系统，例如，基于质量，该比率在约2至约9的范围内，例如在约2.5至约6.5的范围内，或例如在约3.5至约5.5的范围内。在示例性实施方案中，贫溶剂与废气的液气比为基于质量约4.44。取决于吸收塔系统的溶剂混合物、压力和温度，富系统溶剂中的二氧化碳负载量可以在约0.25至约0.65mol CO₂/mol碱度的范围内，例如在约0.3至约0.55mol CO₂/mol碱度的范围内，或在其他实施方案中在0.35至约0.5mol CO₂/mol碱度的范围内。在示例性实施方案中，引入的贫系统溶剂的二氧化碳负载量可为约0.43mol CO₂/mol碱度，而传送出吸收塔系统的富系统溶剂可为约0.50mol CO₂/mol碱度。与本文提供的其他示例性值一样，上述值可基于溶剂、捕获率、贫负载量、吸收塔尺寸和其他因素而变化。

富且冷的系统溶剂传送出废气吸收塔系统并且被引导回溶剂再生器。无论使用的废气吸收塔系统配置如何，富系统溶剂产物都会从废气吸收塔系统中传送出，以继续通过溶剂系统回路前进。在示例性实施方案中，产生的冷的富系统溶剂的温度可以为约40℃至60℃。

如图4所示，溶剂系统泵244使用吸收塔产物管线241从废气吸收塔系统210抽取冷的富系统溶剂，吸收塔产物管线241将溶剂系统泵244联接至废气吸收塔系统210。在一些情况下，在长途8级半挂卡车的目标捕获率为40％的示例性实施方案中，溶剂系统回路中系统溶剂的质量流速范围约为64kg/min至90kg/min。

来自吸收塔单元的富系统溶剂被加压，使得富系统溶剂在被引入溶剂再生器之前可以使用一系列热交换器加热然后过热。如上所述，本文的实施方案可通过交换器230将富溶剂保持为液体，并且溶剂系统泵244可用于将富系统溶剂的压力升高至足以将富系统溶剂保持为液体的压力，避免任何水或二氧化碳的气化，直到将其分配到溶剂再生器中。在一些实施方案中，从溶剂系统泵244传送出的富系统溶剂被加压至大于系统溶剂的饱和压力的压力。例如，从溶剂系统泵244排出的加压富冷溶剂可具有在约4.3巴至7.2巴范围内的压力。加压的富冷系统溶剂使用溶剂系统泵排放管线243从溶剂系统泵244传送向溶剂至溶剂热交换器236。

任选地，在一些实施方案中，溶剂系统泵联接至移动车辆或船舶以接收动力。在这样的配置中，溶剂系统泵可以从曲轴的旋转接收其部分或全部动力需求。溶剂系统泵的联接可以通过提供各种形式的能量的装置，包括但不限于电力装置、液压装置、机械装置或其组合装置。移动车辆或船舶的曲轴与溶剂系统泵之间的这种关系在配置和目的上与先前针对曲轴和再生器贮槽泵所描述的类似。在其他实施方案中，再生器贮槽泵可从涡轮复合机510或从车辆或船舶的电池或电气系统接收动力。对于系统200的其他动力设备来说，供应动力的方式可以使得最小的寄生效应施加到发动机。

溶剂至溶剂热交换器用于通过从贫系统溶剂中提取热量来加热富系统溶剂。加压的富系统溶剂从来自溶剂再生器底部的贫溶剂接收能量。在系统200中，加压的富冷系统溶剂传送到溶剂至溶剂热交换器236中。在图4中，溶剂至溶剂热交换器236通过溶剂系统泵排放管线243联接至溶剂系统泵244。在该交换器中，加压的富冷系统溶剂被加热，形成加压的富热系统溶剂。加压的富热系统溶剂使用加热的富溶剂管线245传送出溶剂至溶剂热交换器236。

传送出热贫系统溶剂的热能被传递到富溶剂中以帮助在溶剂再生器中从富系统溶剂中驱除二氧化碳。富溶剂入口和出口之间的温差很大。例如，在示例性实施方案中，加压的富冷系统溶剂的入口温度可以为约40℃至50℃；加压的富热系统溶剂的出口温度可为约110℃至约115℃。

溶剂至溶剂热交换器是系统的变温吸收方面的核心。液-液热交换器能够有效地将大量能量从贫溶液传递到富溶液中。在一些实施方案中，溶剂至溶剂热交换器被配置为使得其具有小于约15℃、例如5℃至10℃的热侧接近温度。入口贫溶剂温度和出口富溶剂温度之间具有如此接近的温差表明系统内有显著的热量保留，这提高了整体运行效率。

在系统的某些实施方案中，加压的富热系统溶剂传送到废气至富溶剂热交换器230中。在图4中，废气至富溶剂热交换器230通过加热的富溶剂管线245联接到溶剂至溶剂热交换器236。如前所述，由尾管废气进料传递的热量使加压的富热系统溶剂过热，形成过热的富系统溶剂。从废气传送出的热能被传递到富溶剂中，这将有助于在溶剂再生器中从富系统溶剂中驱除二氧化碳。富溶剂入口和出口之间的温差很大。例如，加压的富热系统溶剂的入口温度可以比再生器的温度(0℃至20℃)低约10℃；过热的富系统溶剂的出口温度可以在比再生器温度低约5℃至比再生器温度高20℃的范围内。使用通向溶剂再生器220的过热的富溶剂供给管线247，过热的富系统溶剂从废气传送至富溶剂热交换器230。类似于溶剂再生器再沸器回路中的流225，可能期望限制在离开富溶剂热交换器230的流247中的溶剂的温度，以防止溶剂降解。可提供围绕交换器230的旁通回路连同适当的阀门和控制装置(未图示)，以限制溶剂在交换器230中与废气接触之后的最高温度。

过热的富系统溶剂的温度高于溶剂再生器的操作温度。例如，在示例性实施方案中，过热的富系统溶剂的温度可以比再生器温度高约10℃。

在一些实施方案中，过热的加压富系统溶剂的压力大于溶剂再生器的操作压力。例如，在示例性实施方案中，当溶剂再生器的压力可为约2.1巴时，过热的富系统溶剂的压力可为约4.3巴。另一个实例，当溶剂再生器的压力可为约2.4巴时，过热的富系统溶剂的压力可为约6.2巴。并且，当溶剂再生器的压力可为约2.7巴时，过热的富系统溶剂的压力可为约7.2巴。

溶剂再生器不仅从再沸器回路接收能量(如前所述，其从EGR提取能量)，而且由过热的贫系统溶剂提供能量(其从贫系统溶剂和废气进料提取能量)。过热的贫系统溶剂和过热的富系统溶剂都传送到溶剂再生器220中。在溶剂系统回路中，溶剂再生器220联接到废气至富溶剂热交换器230并且在其下游并且在溶剂至溶剂热交换器236的上游，重复溶剂系统回路。溶剂再生器220被配置为从富系统溶剂中至少部分地去除一些二氧化碳。由于化学平衡作为温度的函数变化，发生胺再生和二氧化碳气体的释放，从而将富系统溶剂转化为贫系统溶剂。在低温下容易形成的物质如碳酸氢盐和氨基甲酸盐在高温下不稳定，会从溶液中释放二氧化碳。

在一些实施方案中，溶剂再生器被配置为最大化接触表面积以促进贫系统溶剂的再生和二氧化碳气体的回收。在一些实施方案中，溶剂再生器可被配置为类似于传统的蒸馏塔，例如具有并排交替的蒸馏塔盘，其中富系统溶剂向下流动并且释放的二氧化碳气体向上流动。另一种配置可以是其中塔具有无规填料或规整填料、或两者的部分的配置，其中富系统溶剂向下流动转化为贫系统溶剂并且释放的二氧化碳气体向上流动，每个在其相应的方向上采取曲折的路径。另一种配置是一系列喷嘴将富系统溶剂雾化或汽化。其他变体和配置是蒸馏领域的技术人员所理解的，并且被设想为适用于本公开的主题。无论配置如何，在溶剂再生器的底部都有一定量的贫系统溶剂，并且在顶部附近有高浓度的被水饱和的二氧化碳气体。

如前所述，过热的贫系统溶剂和过热的富系统溶剂有助于溶剂再生器的操作。过热的富系统溶剂含有与正在回收的系统溶剂反应的二氧化碳。两种流都被过热至高于溶剂再生器的温度的温度。这有助于提供用于操作溶剂再生器和逆转溶剂-CO₂反应以释放二氧化碳的热驱动。两种流都被加压超过溶剂再生器的压力。这有助于维持溶剂再生器中的压力。使用进料流捕获热量并维持再生器上的压力有助于使系统更加节能。

在一些实施方案中，过热的富系统溶剂进入溶剂再生器的入口定位在过热的贫系统溶剂进入溶剂再生器的入口上方。由于过热的富系统溶剂的富集性，过热的富系统溶剂需要额外的停留时间和接触表面积以从富系统溶剂转变为贫系统溶剂并从系统溶剂中释放二氧化碳。这是通过将过热的富系统溶剂引入塔的较高位置并允许液体系统溶剂通过一个或多个无规或规整填料段或通过几个类似蒸馏的塔盘沿着塔下降来实现的。例如，用于过热的富系统溶剂的入口喷嘴可定位在配置用于汽提的无规或规整填料段上方以及配置用于除雾的无规或规整填料段下方。

另一方面，过热的贫系统溶剂被引入塔的下部。过热的贫系统溶剂的功能是提供补充能量，以帮助驱动富系统溶剂的富到贫转化过程。例如，用于过热的贫系统溶剂的入口喷嘴可定位在配置用于汽提的无规或规整填料段下方并且在贫系统溶剂的储液器上方。

在一些实施方案中，过热的富系统溶剂进入溶剂再生器的入口配置有高压降喷嘴，例如雾化流喷嘴。高压降喷嘴对于溶剂再生器以及系统的操作有多种用途。高压降喷嘴(或实际上类似的限制装置)充当富溶剂部分(从吸收塔系统单元到溶剂再生器)的溶剂系统回路中的流量限制装置。这允许溶液系统泵和溶剂再生器之间的部分在大于溶剂再生器的压力和富系统溶剂的饱和压力的压力下操作。富系统溶剂的升高的压力促进富系统溶剂的过热并防止蒸气的形成，直到富系统溶剂被引入到溶剂再生器中。高压降喷嘴与过热的富系统溶剂的组合在引入溶剂再生器时产生闪蒸效果。进入容器后，喷嘴上的突然压降有助于将大部分富胺立即转化为贫胺和二氧化碳气体。闪蒸还允许溶剂再生器的配置比系统溶剂没有过热时具有更少的填料或塔盘。富至贫溶剂的转化以及二氧化碳的释放的很大一部分发生在溶剂再生器中的喷嘴尖端处或刚好在喷嘴尖端之后。与引入的流体未雾化相比，系统溶剂雾化到溶剂再生器内的空隙和填充空间中立即增加了流体的液体/气体接触面积。增加的表面积不仅有利于热量传递到塔中，而且有利于二氧化碳从流体中传送出并进入气相。

在一些实施方案中，过热的贫系统溶剂进入溶剂再生器的入口配置有高压降喷嘴，例如雾化流喷嘴。先前描述的通过高压降喷嘴的相同特征和益处对于该流来说是相似的。应当注意的是，尽管从过热的贫系统溶剂中释放的二氧化碳不如从富系统溶剂流中释放的二氧化碳那么多，但来自再沸器回路的过热的贫系统溶剂在引入时仍会将额外的二氧化碳释放回溶剂再生器中。更重要的是，过热的贫系统溶剂向溶剂再生器引入补充的热量和压力，这支持其转化富系统溶剂的操作。

如前所述，溶剂再生器从溶剂再生器的底部传送热的贫系统溶剂以启动溶剂系统回路的贫侧。同样，粗二氧化碳蒸气也从溶剂再生器的顶部向二氧化碳产物路径传送。在系统200中，再生器塔顶管线251用于传送来自溶剂再生器220的粗二氧化碳蒸气和蒸汽。在一些实施方案中，粗二氧化碳蒸气的温度为约115℃并且具有约1.8至约2.7巴范围内的压力。如前所述，溶剂再生器内的温度和压力以及因此粗二氧化碳流的温度和压力可根据所使用的溶剂混合物和其他工艺变量而变化。在一些实施方案中，废气产物中的CO₂浓度在约20至约70摩尔％的范围内，例如约25至约35摩尔％；余量是水。其他可能已被吸收的轻质气体也可能少量存在。

该系统包括二氧化碳产物路径。二氧化碳产物路径提供用于接收来自溶剂再生器的粗二氧化碳蒸气并产生可选择性地从车辆卸载的浓缩的加压二氧化碳。沿着该路径，通过从二氧化碳蒸气中去除水来浓缩和纯化粗二氧化碳。

粗二氧化碳蒸气传送到汽提塔蒸气冷凝器240中。汽提塔蒸气冷凝器240使用再生器塔顶管线251联接到溶剂再生器220并位于其下游。汽提塔蒸气冷凝器240是基于空气的冷却器，其将热量提取到大气中，使得粗二氧化碳蒸汽温度降低至或低于约40℃。在汽提塔蒸气冷凝器的一些配置中，热交换器具有外部风扇，其在入口温度条件下启动以将空气拉过热交换器的暴露管。在一些其他配置中，热交换器具有静态散热翅片，其依赖于环境条件从单元中移除热量。可以设想调整冷却器的其他静态和主动变体。主动变体可以如上面针对调整冷却器232、238所述的那样被提供动力。

汽提塔蒸气冷凝器240提供蒸气产物和液体产物。饱和蒸气冷却后，粗二氧化碳蒸气中的一些水冷凝成液体。蒸气产物是调整后的二氧化碳，其使用CO₂压缩机入口管线253从汽提塔蒸气冷凝器240进入CO₂压缩机250。在示例性实施方案中，调整后的二氧化碳的温度可为约40℃并且具有在约2.1至约2.7巴范围内的压力。在一些实施方案中，调整后的二氧化碳中的CO₂浓度大于95摩尔％，例如在约96摩尔％至约97摩尔％的范围内；余量是水。液体产物是使用第一水冷凝物管线255从汽提塔蒸气冷凝器240传送到水箱254的液态水。

如图4所示，CO₂压缩机250从CO₂压缩机入口管线253抽取调整后的二氧化碳。

调整后的二氧化碳被压缩成浓缩的加压二氧化碳，其具有比调整后的二氧化碳更高的二氧化碳纯度。这是因为当二氧化碳在CO₂压缩机中被压缩时，调整后的二氧化碳中的剩余水会冷凝并以液态水的形式滴出。在一些实施方案中，传送出CO₂压缩机的浓缩的加压二氧化碳被从约2巴至约3巴的压力加压至二氧化碳在储存条件下可具有液体样密度的压力，例如100至150巴的压力。虽然降低溶剂再生器中的压力将有利于改善从富系统溶剂中回收二氧化碳，但将压力保持在较高水平相对地降低了CO₂压缩机的动力汲取，这通过不仅减少要压缩的二氧化碳量，而且降低压缩机运行时的压缩比(出口与入口压力)来实现。

CO₂压缩机以多级运行，每级之间具有中间冷却。这使得加压气体的温度在进入下一级之前下降，从而改善压缩过程的效率。它还允许在每级之后使用热交换器和收集水的容器将水冷凝出来。通常约2至5级就足以实现合理的效率；典型的数量是3级。级通常被设计成使得每级中的压缩比大致相等。例如，对于入口压力为2.1巴、最终压力为100巴的3级压缩机，第一级的出口压力约为7.6巴，第二级的出口压力约为27.6巴。

最终CO₂压缩级的出口提供含有极少量水蒸气的超临界CO₂产品。超临界CO₂产品是浓缩的加压二氧化碳，其使用CO₂压缩机排放管线257从CO₂压缩机250传送到CO₂机载储存罐252中。在示例性实施方案中，浓缩的加压二氧化碳的温度可以为约40℃并且具有约100至150巴的压力。最终压力取决于所需储存空间和可用压缩功之间的权衡，这会导致发动机上产生较小的寄生负载。在一些实施方案中，浓缩的加压二氧化碳中的CO₂浓度大于99摩尔％，例如约99.97摩尔％；余量是水。液体产物是使用第二水冷凝物管线259从收集容器或从中间冷却器上的排水管传送到水箱254中的液态水。

在一些实施方案中，CO₂压缩机联接到移动车辆或船舶以接收动力。例如，压缩机可通过直接机械联接器(例如通过齿轮箱)联接至涡轮轴。还可以通过齿轮箱将直接机械联接器提供至主发动机轴。替代地，液压动力可以通过由发动机轴加压的液压流体经由马达驱动器来提供，或者电力可以通过连接到电池的马达来提供。集成的效率和容易程度对于每个可能的实施方案来说是不同的，并且可以基于可用的空间、成本、期望的效率和其他因素来选择。

任选地，在一些实施方案中，CO₂压缩机联接至涡轮复合机。例如，在系统200中，移动车辆或船舶的涡轮复合机510将联接至CO₂压缩机250。在这样的配置中，CO₂压缩机可从涡轮复合机提取的能量接收其部分或全部动力需求。CO₂压缩机的联接可以通过提供各种形式的能量的装置，包括但不限于电力装置、液压装置、机械装置或其组合装置。涡轮复合机转动所消耗的能量可以通过电气系统(磁性联接器的旋转)、液压系统(液压流体的泵送和加压)或机械系统(齿轮箱)部分回收、转换、储存和传输，以促进CO₂压缩机所做的功。这种配置有助于从发动机重新捕获消耗的能量，提供CO₂压缩机的部分(如果不是全部)动力需求，并且防止CO₂压缩机寄生于发动机的发电。

任选地，在一些实施方案中，CO₂压缩机联接至移动车辆或船舶的曲轴。在这样的配置中，CO₂压缩机可以从曲轴的旋转接收其部分或全部动力需求。CO₂压缩机的联接可以通过提供各种形式的能量的装置，包括但不限于电力装置、液压装置、机械装置或其组合装置。移动车辆或船舶的曲轴与CO₂压缩机之间的这种关系在配置和目的上与先前针对曲轴和再生器贮槽泵或溶剂系统泵所描述的类似。

任选地，在一些实施方案中，CO₂压缩机是液压动力的并且联接至移动车辆或船舶的液压动力系统。在这样的配置中，CO₂压缩机可以从液压流体动力系统接收其部分或全部动力需求。与其他方式类似，这种潜在的联系可以节省直接从发动机本身的动力运行汲取的能量。

任选地，在一些实施方案中，CO₂压缩机是电驱动的并且联接到移动车辆或船舶的电气系统。在一个例子中，系统可以被配置为使得CO₂压缩机联接至电池并从电池汲取直接电力用于操作。在另一个例子中，涡轮复合机或曲轴将电能引导至中间电池进行储存，并且CO₂压缩机从中间电池汲取电力以进行操作。在此类配置中，CO₂压缩机可从电力系统接收其部分或全部动力需求。与其他方式类似，这种潜在的联系可以节省直接从发动机本身的动力运行汲取的能量。

在一些实施方案中，系统的配置包括从移动车辆或船舶上的动力产生源的组合汲取动力，动力产生源例如但不限于涡轮复合机、曲轴、液压动力系统和电力系统。

在一些实施方案中，CO₂机载储存罐可以永久地安装到移动车辆或船舶上并且连接到系统。在一些其他实施方案中，CO₂机载储存罐可以从移动车辆或船舶和系统上拆卸。在又一些其他实施方案中，可以使用永久罐和可拆卸罐的组合。

CO₂储存罐被配置为使得只要移动车辆或船舶在运动并且需要储存，浓缩的加压二氧化碳就被接收并储存在罐内。CO₂储存罐，例如如图4的针对系统200所示的CO₂机载储存罐252，可以是作为移动车辆或船舶的一部分的永久固定装置。在这种情况下，浓缩的加压二氧化碳产物可以在外部设施处卸载，以使用压缩产物管线(如图4中的针对系统200所示的CO₂产物管线265)回收浓缩的加压二氧化碳。

CO₂储存罐还可被配置为一个或多个圆筒、弹丸(bullet)或容器，其可接收浓缩的加压二氧化碳、可从系统拆卸、并且可从系统移动车辆或船舶卸载。这样的系统配置通过允许移除部分或完全填充有浓缩的加压二氧化碳的罐并用空罐替换它来提供便利。这种含有浓缩的加压二氧化碳的拆卸罐可以无限期地储存在移动车辆或船舶上，或者直到在外部设施处卸载以回收浓缩的加压二氧化碳。

CO₂储存罐的构造可能有利于使用较轻质的材料以减少系统的总重量。这样的材料可包括钢、铝或钛的合金；聚合物；以及复合材料，例如玻璃纤维和碳纤维。

可以在系统不运行期间卸载浓缩的加压二氧化碳。同样，可以设想，可以在系统运行的同时卸载浓缩的加压二氧化碳。例如，通过使用多于一个罐，可行的是可以卸载二氧化碳，同时回收新鲜的浓缩的加压二氧化碳。例如，可拆卸罐可用于卸载储存在永久安装罐中的浓缩的加压二氧化碳中的一部分或全部。同样，当系统运行(发动机运行并产生废气)时，第一永久或可拆卸罐可用于回收浓缩的加压二氧化碳，同时第二永久或可拆卸罐卸载浓缩的加压二氧化碳。可以设想，本领域普通技术人员还可以开发一种用于在系统产生浓缩的加压二氧化碳的同时安全且有效地卸载永久安装的CO₂储存罐的程序。

系统包括水产物路径。大多数元件先前已经结合二氧化碳产物途径进行了描述。水产物路径提供用于接收来自粗二氧化碳蒸气转化为浓缩的加压二氧化碳的冷凝水。它还提供了向溶剂系统回路补充水，以在再生器中以蒸汽形式损失一些水之后补充贫系统溶剂。

如图4所示，水泵246使用抽水管线261从水箱254抽取冷凝水。使用水泵246定期或连续地在三通处使用注水管线263将水引入到溶剂系统泵排放管线243中。废气中存在的一些水可以被吸收；根据吸收塔中的温度和压力条件，可能会有一些水从系统中损失，蒸发并随废气207离开。如上所述，水也可与二氧化碳一起离开系统。通过调节进入吸收塔的废气温度以冷凝或蒸发系统中的水，可以长期管理系统中的水平衡。

任选地，在一些实施方案中，溶剂系统泵联接至移动车辆或船舶以接收动力。在这样的配置中，溶剂系统泵可以从曲轴的旋转接收其部分或全部动力需求。溶剂系统泵的联接可以通过提供各种形式的能量的装置，包括但不限于电力装置、液压装置、机械装置或其组合装置。移动车辆或船舶的曲轴与溶剂系统泵之间的这种关系在配置和目的上与先前针对曲轴和再生器贮槽泵所描述的类似。

用于装置的实施方案的支持设备可以包括额外的标准组件或设备，其使得所描述的装置、工艺、方法、系统和物质组合物能够操作并使其可操作。本领域普通技术人员已知的这样的标准设备的实例包括但不限于热交换器、泵、鼓风机、再沸器、蒸汽发生、冷凝物处置、膜、单级和多级压缩机、分离和分馏设备、阀、开关、控制器以及压力、温度、液位和流量感测装置。

工艺或方法的部分或全部步骤的操作、控制和执行可以通过人类交互、预编程计算机控制和响应系统或其组合来发生。如上所述，为示例性实施方案提供了一些值来说明设备和物流的质量流量、温度和压力关系；根据所使用的溶剂混合物、发动机类型、发动机尺寸和如上所述且本领域技术人员可认识到的其他变量，设想的实施方案的实际温度、压力和流量可以变化。例如，与八缸发动机相比，四缸发动机可能具有小得多的流量。

图6示出了使用安装在移动车辆或船舶上的废气二氧化碳捕获和回收系统的方法。

在使用安装在移动车辆或船舶上的废气二氧化碳捕获和回收系统的方法的一些实施方案中，可以提供第一废气进料和第二废气进料。在图6中，方法包括在步骤310中提供第一废气进料和第二废气进料。在方法的一些实施方案中，提供第一废气进料和第二废气进料的源可以是永久安装在移动车辆或船舶上的内燃机，例如柴油运行的8级半挂卡车上的内燃机。先前已经描述了具有内燃机的车辆和船舶的其他实例，并且它们相应的燃料，例如LPG、柴油和船用重燃料，以及它们的操作模式，例如单独、并联、串联和混合型配置(例如，以共用的废气排放工作的汽油动力和柴油动力发动机以进行排放跟踪)是普遍理解和领会的。

在一些实施方案中，第一废气进料和第二废气进料由公共源提供。例如，不使用涡轮复合机或ATS的发动机的排放可以充当第一废气进料和第二废气进料进入系统的引入点。在一些这样的实施方案中，第一废气进料和第二废气进料的性质和特性(例如温度、压力和二氧化碳浓度)可以是基本上相似的。

在一些其他实施方案中，第一废气进料和第二废气进料不由公共源提供。例如，第二废气进料可以从内燃机排出；然而，第一废气进料可以从联接在内燃机下游的涡轮复合机或ATS排出。在一些这样的实施方案中，第一废气进料和第二废气进料的性质和特性(例如温度、压力和二氧化碳浓度)可以显著不同。例如，可以在第一废气进料被引入系统之前已经从第一废气进料中提取功，因此与第二废气进料相比，第一废气进料的温度或压力可以降低。同样，第一废气进料的组成可以不同，因为剩余的碳氢化合物可能已经转化成二氧化碳，从而导致第一废气进料中的二氧化碳浓度大于第二废气进料中的二氧化碳浓度。

在如前所述的系统200中，从ATS提供的第一废气进料的温度低于直接从发动机提供的第二废气进料的温度。

如前所述，系统溶剂流动用于从第一废气进料中提取二氧化碳并回收粗二氧化碳。在一些实施方案中，可以启动系统溶剂流动。在图6中，方法中的步骤314包括启动系统的系统溶剂。可以通过启动专用于溶剂系统的泵(例如溶剂系统泵244)来启动废气吸收塔系统和溶剂再生器之间的流体流动(包括系统溶剂回路的贫侧和富侧)。系统溶剂还用于从EGR回路中提取能量。贫系统溶剂再生器再沸器回路中的流体流动例如可以由专用于溶剂再生器的再沸器回路的泵启动，例如再生器贮槽泵242。本领域的普通技术人员可以设想，可以使用与溶剂通过本文的系统流动相关联的其他泵。

在一些实施方案中，系统溶剂流动的启动发生在提供第一废气进料和第二废气进料之前。在至少一台内燃机运行之前，无法提供废气进料，因此在启动发动机启动顺序之前接合系统溶剂流动对于尝试在发动机启动期间捕获二氧化碳排放物可能是有用的。在一些其他实施方案中，系统溶剂流动的启动与提供第一废气进料和第二废气进料同时发生。在又一些其他实施方案中，系统溶剂流动的启动发生在第一废气和第二废气被引入到系统中之前。这样的过程将允许发动机及其相关联的设备系列(例如涡轮复合机)在第一废气进料和第二废气进料被引入到系统中之前达到预定的操作水平。可能存在一些操作要求，例如废气系统上的背压，这可能不允许在首次启动内燃机时接合系统。在又一些其他实施方案中，系统溶剂流动的启动发生在第一废气和第二废气被引入到系统中之后。这可以称为“吹过”。在溶剂系统回路启动之前，允许废气通过系统排出。这可能是由于超出本申请范围的操作原因而需要的。本领域普通技术人员可以设想当相对于发动机废气的产生开始系统溶剂的流动时最适用的情况和过程。

在实施方案中，第一废气进料被引入到系统中。在图6中，方法中的步骤318包括将第一废气进料引入到系统中。例如，如前所述，系统200的第一废气进料——称为尾管废气进料——传送出ATS 520并且进入系统200的废气至富溶剂热交换器230。

在实施方案中，第二废气进料被引入到系统中。图6中，方法中的步骤322包括将第二废气进料引入到系统中。例如，如前所述，系统200的第二废气进料——称为热EGR进料——传送出发动机500并进入系统200的EGR至再生器贫溶剂热交换器234。

在一些实施方案中，将第一废气进料和第二废气进料引入到系统中是同时发生的。在一些其他实施方案中，将第一废气进料和第二废气进料引入到系统中与提供第一废气进料和第二废气进料同时发生。在一些情况下，系统和内燃机的操作可以被协调以基本上同时发生。

在实施方案中，操作系统使得从第一废气进料中提取二氧化碳并且使用废气吸收塔系统将二氧化碳吸收到贫系统溶剂中。在图6中，方法中的步骤326包括从第一废气进料中提取二氧化碳。这样做时，随着二氧化碳与系统溶剂反应，贫系统溶剂转化为富系统溶剂，并且随着二氧化碳被提取，第一废气进料转化为第一废气产物。在系统200中，贫系统溶剂和第一废气进料的转化发生在废气吸收塔系统210中。

在实施方案中，操作系统使得使用溶剂至溶剂热交换器将热量从贫系统溶剂传递到富系统溶剂中。在图6中，步骤330包括将热量从贫系统溶剂传递到富系统溶剂中。这样做时，富系统溶剂在前往溶剂再生器时被加热，将从离开溶剂再生器的贫系统溶剂回收的热量送回到溶剂再生器。在系统200中，溶剂至溶剂热交换器236用于实现离开溶剂再生器200的热量的回收。

在实施方案中，操作系统使得使用废气至富溶剂热交换器将热量从第一废气进料传递到富系统溶剂中。在图6中，方法中的步骤334包括将热量从第一废气进料传递到富系统溶剂中。这样做时，富系统溶剂在前往溶剂再生器时会被过热。从第一废气进料中提取废热会使其在前往废气吸收塔系统时冷却。废气至富溶剂热交换器230用于从第一废气进料中提取废热以促进系统200中的溶剂再生器220的操作。

在实施方案中，操作系统使得使用EGR至再生器贫溶剂热交换器将热量从第二废气进料传递到贫系统溶剂中。在图6中，步骤338包括将热量从第二废气进料传递到贫系统溶剂中。这样做时，过热的贫系统溶剂形成并返回到溶剂再生器。从第二废气进料中提取废热会使其冷却。在系统200中，EGR至再生器贫溶剂热交换器230用于从第二废气进料提取废热以促进溶剂再生器220的操作。

在实施方案中，操作系统使得二氧化碳从过热的贫系统溶剂和过热的富系统溶剂中解吸。两者的二氧化碳解吸均在溶剂再生器中进行。在图6中，方法中的步骤342包括从过热的贫系统溶剂和过热的富系统溶剂两者中解吸二氧化碳。从两者形成粗二氧化碳和贫系统溶剂。粗二氧化碳被引导至二氧化碳压缩机。溶剂再生器中的贫系统溶剂可用于通过系统溶剂回路的贫侧提取二氧化碳或通过贫系统溶剂再生器再沸器回路进行热回收。系统200中的溶剂再生器220提供用于将过热的富系统溶液和过热的贫系统溶液转化为贫系统溶液和粗二氧化碳。

在实施方案中，操作系统使得使用二氧化碳压缩机压缩粗二氧化碳。在图6中，步骤346包括压缩粗二氧化碳。这样做时，形成浓缩的加压二氧化碳产物。二氧化碳浓缩物是浓缩的加压二氧化碳产物的主要部分。在系统200中，CO₂压缩机250将粗二氧化碳蒸气压缩成浓缩的加压二氧化碳产物。

在实施方案中，操作系统使得浓缩的加压二氧化碳产物被传送到移动车辆或船舶上的二氧化碳储存罐中。在图6中，方法包括将浓缩的加压二氧化碳传送到二氧化碳罐的步骤350。在系统200中，浓缩的加压二氧化碳储存在CO₂机载储存罐252中。如前所述，二氧化碳储存罐可以永久地、临时地或两者兼而有之地固定或安装在移动车辆或船舶上。二氧化碳储存罐可以是单个罐或一系列罐。

在实施方案中，第一废气产物传送出系统。在图6中，方法中的步骤354包括将第一废气产物传送出系统。第一废气产物通过废气吸收塔系统(例如系统200的废气吸收塔系统210)传送出系统。在系统200中，第一废气产物使用废气排放管线207排放。与第一废气进料相比，第一废气产物具有降低的温度和降低的二氧化碳浓度。

在实施方案中，第二废气产物传送出系统。在图6中，方法中的步骤358包括将第二废气产物传送出系统。第二废气产物通过EGR回路传送出系统。在系统200中，第二废气流使用第二EGR管线213作为冷EGR传送出系统。与第二废气进料相比，第二废气产物具有降低的温度。在一些这样的实施方案中，第二废气产物的温度显著低于第二废气进料的温度。

在一些实施方案中，当第二废气产物传送出系统时，第二废气产物被引入到永久安装或固定到移动车辆或船舶的内燃机。

在一些实施方案中，浓缩的加压二氧化碳产物传送出移动车辆或船舶。在图6中，方法中的步骤362包括将浓缩的加压二氧化碳传送出移动车辆或船舶。例如，在系统200中，可使用CO₂产物管线265将浓缩的加压二氧化碳产物从半挂卡车100上的系统卸载。在其他情况下，可以使用如前所述的临时罐来储存然后去除浓缩的加压二氧化碳产物。在某些情况下，这样的临时罐可以在移动车辆或船舶上储存一段时间，然后再被移除。

在一些这样的实施方案中，浓缩的加压二氧化碳产物在系统操作期间传送出。在这种情况下，当系统可以运行时，可以卸载填充有先前储存的浓缩的加压二氧化碳产物的可拆卸罐。专用管线可以从第一永久安装的二氧化碳罐卸载浓缩的加压二氧化碳，同时第二永久安装的二氧化碳罐从操作系统接收新鲜的浓缩的加压二氧化碳。可以设想系统运行和浓缩的加压二氧化碳产物卸载同时进行的其他变体。

如上面关于图2和2A所描述的，与废气和EGR的热集成可以使用热交换器来进行以在废气和溶剂之间交换热量，例如在交换器230、234和234A中。在一些实施方案中，次级热交换流体回路可设置在EGR至溶剂和废气至溶剂热回收回路中的一者或两者上。在这样的实施方案中，热交换介质接触废气，加热热交换介质并冷却废气，并且加热的热交换介质可用于在单独的热交换器或再沸器中加热溶剂。所需的中间传热介质以及额外的管道和交换器可能会增加系统的尺寸、成本和复杂性。然而，这还可以提供溶剂交换器中温度的更好控制和空间分布，避免潜在的热点和相关联的溶剂降解。

例如，专用发动机冷却剂回路可用于在热交换器中冷却EGR。然后，这种热发动机冷却剂通过另一热交换器并用于加热溶剂。这种配置增加了复杂性，但降低了溶剂在EGR入口处暴露于热金属温度的可能性。在该实施方案中，离开EGR至冷却剂交换器的热发动机冷却剂可具有约135℃至150℃的温度，从而允许足够的驱动力来加热溶剂而不会导致高金属温度。

类似地，本文的实施方案可以包括用于在低温下脱除热量的单独的冷却回路。大型铝热交换器可用于在冷的热交换流体和环境之间交换热量，而冷的热交换流体用于小得多的钢交换器中以冷却溶剂调整冷却器238中的溶剂，和/或冷却废气调整冷却器232中的废气。

例如，次级冷却剂回路可用于溶剂调整冷却器中以降低溶剂温度，例如从约45℃-50℃降低至约40℃。在该配置中，回路中使用的热交换流体在约25℃-35℃下进入溶剂至冷热交换流体交换器。使用热交换流体至空气热交换器将热量从冷的热交换流体脱除到环境中。这种配置的优点在于，它允许由铝制成较大的热交换流体至空气交换器，减小了该单元的尺寸和成本，而小得多的溶剂至热交换流体交换器由碳钢或其他与溶剂兼容的材料制成。

虽然未图示上述中间冷却回路，但是本领域技术人员基于上述描述及其与图3A的关系可以容易地设想到它们。此外，虽然上面关于EGR废气用于使溶剂再生器再沸腾进行了描述，但是EGR废气可以替代地用于加热富溶剂，同时吸收塔系统上游的废气可以用于提供用于再沸腾的热量。

如上所述，本文的实施方案可提供用于从发动机有效捕获CO₂。所描述的示例性实施方案的目标是半发动机在全负载巡航条件下的40％捕获率。交换器、泵、膜、溶剂的特定类型以及容器、泵、压缩机等的尺寸可以根据具体的发动机类型以及目标捕获率而变化。

与本文的实施方案相关联的控制系统可被配置为控制工艺的各个部分，包括温度、流速、压力、液位和与各个单元操作相关联的其他变量。例如，控制系统可被配置用于维持贫溶剂的水含量、控制再生器的温度或压力、维持富系统溶剂的流速、或控制富系统溶剂或贫系统溶剂的温度或压力中的一项或多项。可以控制EGR回路中的液体率和汽提塔的压力，例如以调节热量脱除。可以提供包括相关联的阀门和管道的流动控制系统，以使全部或部分废气绕过再沸器或绕过废气至富溶剂热交换器。控制系统可以改变工艺条件，例如增加通过EGR冷却器的贫溶剂流速、降低汽提塔压力、将部分或全部废气绕过废气至富溶剂交换器，或绕过用发动机冷却剂冷却的EGR至第二EGR冷却器(如果包括的话)。控制系统可配置成在巡航条件下在一组操作条件或范围下操作，同时配置成在低负载或高负载条件下在另一组操作条件或范围下操作。

系统的实施方案还可以包括控制系统，该控制系统被配置用于维持贫溶剂的水含量、维持贫溶剂的流速、控制再生器的温度或压力、控制废气的温度、或控制富溶剂或贫溶剂的温度或压力中的一项或多项。预期的控制策略包括改变通过热交换器的溶剂或热源的流速，和/或改变通过绕过热交换器或绕过气液接触器的旁路的溶剂或热源的流速。在一些实施方案中，控制系统被配置用于以下各项中的一项或多项：将内燃机上的废气背压维持为低于特定极限；将进入废气吸收塔系统的第一废气进料的温度维持为低于特定极限；维持贫溶剂流的水含量；维持贫溶剂流的流速，控制溶剂再生器的温度或压力；或者，控制富溶剂流或贫溶剂流的温度。在各种实施方案中，控制系统被配置为当超过废气温度极限或废气背压极限时启动旁路阀以引导废气流绕过废气吸收塔系统。例如，温度极限可以是大约40-60℃，并且废气吸收塔系统出口处的废气背压极限可以是5-30kPa表压。在一些实施方案中，控制系统被配置为增加通过热交换器的富溶剂或贫溶剂的流速以降低富溶剂或贫溶剂的温度，或者其中控制系统被配置为降低通过热交换器的热源流体的流速以降低富溶剂或贫溶剂的温度。在一些实施方案中，控制系统被配置为调节压力调节器的位置以控制溶剂再生器的压力和贫溶剂负载量，或降低溶剂再生器的温度。在又一些实施方案中，系统还可以包括用于测量溶剂粘度的仪器，并且控制系统被配置为基于测量的溶剂粘度来控制返回到系统的水量。

本文的方法可以包括执行上述控制策略。例如，当超过废气温度极限或废气背压极限时，可以致动旁路阀以引导废气流绕过吸收塔。方法还可包括增大或减小溶剂或热源流体流速以降低或升高溶剂的温度。方法还可包括调节溶剂再生器的压力和/或测量溶剂粘度和调节返回至系统的水的流速。基于上文提供的其他控制策略，可以容易地认识到如本文所公开的其他方法步骤。

除非另有定义，所使用的所有技术和科学术语具有与这些系统、装置、方法、工艺和组合物所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。

如本文和所附权利要求中所使用的，词语“包括”、“具有”和“包含”及其所有语法变体均旨在具有开放的、非限制性的含义，其不排除额外的元素或步骤。

“任选地”和类似术语是指随后描述的可能发生或可能不发生的事件或情况。该描述包括事件或情况发生的情况和事件或情况未发生的情况。

“基本上”和类似术语是指大多数或大部分，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或至少约99.999％或更多。

当使用词语“大约”或“约”时，该术语可以表示可以存在最高±10％、最高5％、最高2％、最高1％、最高0.5％、最高0.1％、或最高0.01％的数值偏差。

范围可以被表达为从大约一个特定值到大约另一特定值，包括端值。当表达这样的范围时，应当理解，另一实施方案是从一个特定值到另一特定值，以及该范围内的所有特定值及其组合。

虽然本公开包括有限数量的实施方案，但受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本公开的范围的其他实施方案。因此，范围应仅由所附权利要求书限制。

Claims (37)

1.一种用于内燃机的废气二氧化碳捕获和回收系统，所述系统包括：

废气吸收塔系统，所述废气吸收塔系统被配置为使用包含选择性吸收二氧化碳的溶剂的贫溶剂流从第一废气进料中提取至少一部分二氧化碳，并产生具有减少量的二氧化碳的第一废气产物和包含溶剂和吸收的二氧化碳的富溶剂流；

溶剂再生器，所述溶剂再生器被配置为将所述富溶剂流转化为所述贫溶剂流和粗二氧化碳蒸气，其中所述溶剂再生器使用系统溶剂回路联接至所述废气吸收塔系统，使得所述溶剂再生器位于所述废气吸收塔系统的下游以接收所述富溶剂流，并且位于所述废气吸收塔系统的上游以提供所述贫溶剂流；

二氧化碳压缩机，所述二氧化碳压缩机被配置为将所述粗二氧化碳蒸气转化为浓缩的加压二氧化碳产物，其中所述二氧化碳压缩机沿着二氧化碳气体流动路径联接在所述溶剂再生器的下游；

二氧化碳储存罐，所述二氧化碳储存罐被配置为接收和储存所述浓缩的加压二氧化碳产物，其中所述二氧化碳储存罐沿着所述二氧化碳气体流动路径联接在所述二氧化碳压缩机的下游；

其中所述系统安装在移动车辆或船舶上或接收来自内燃机的废气。

2.根据权利要求1所述的系统，包括热交换器，所述热交换器被配置为在从所述溶剂再生器供给至所述废气吸收塔系统的所述贫溶剂与从所述废气吸收塔系统供给至所述溶剂再生器的所述富溶剂之间交换热量。

3.根据权利要求2所述的系统，包括两个或更多个热交换器，所述两个或更多个热交换器与所述溶剂再生器相关联并且被配置为将热量从相应的热源传递到所述溶剂中。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述热源包括以下各项中的至少两项：(1)进入所述内燃机的尾管的发动机废气；(2)再循环至所述内燃机的发动机废气；(3)发动机冷却剂；或(4)发动机润滑油。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，还包括背压装置和泵，其中所述两个或更多个热交换器中的至少一个结合相应的背压装置和泵被配置为将所述溶剂加热并加压至高于汽提塔的操作压力，形成过热溶剂。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述背压装置包括喷嘴。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的系统，其中所述溶剂再生器包括含有填充材料的汽提塔，所述填充材料被配置为促进气相和液相之间的传质，并且其中所述汽提塔被配置为在所述塔的上部接收所述富溶剂并在所述塔的下部接收来自所述两个或更多个热交换器的溶剂。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置为将所述溶剂的温度维持为低于足以限制溶剂降解的设定点温度。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述内燃机被配置为利用具有至少120℃的温度的发动机冷却剂或发动机润滑剂来操作。

10.根据权利要求4所述的系统，其中所述两个或更多个热交换器中的第一个被配置为在溶剂和进入尾管的发动机废气之间交换热量，并且所述两个或更多个热交换器中的第二个被配置为在溶剂和再循环至所述内燃机的入口的发动机废气之间交换热量。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，还包括废气至富溶剂热交换器，所述废气至富溶剂热交换器被配置为接收所述第一废气进料、将热量从所述第一废气进料传递到所述富溶剂流中、以及将所述第一废气进料沿着废气流动路径传送到所述废气吸收塔系统，其中所述废气至富溶剂热交换器沿着所述废气流动路径联接在所述废气吸收塔系统的上游、所述溶剂再生器的上游和所述废气吸收塔系统的下游。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括废气热交换器，所述废气热交换器被配置为降低所述第一废气进料的温度，其中所述废气热交换器沿着所述废气流动路径联接在所述废气至富溶剂进料的下游和所述废气吸收塔系统的上游。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，还包括次级热传递回路，所述次级热传递回路包含对废气温度热稳定的流体，并且被配置为使用第一热交换装置从高温热源提取热量，然后使用第二热交换装置或锅炉将提取的热量从所述流体传递至所述溶剂。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一热交换装置包括废气至热交换流体热交换器，并且其中所述第二热交换装置包括热交换流体至富溶剂热交换器，其中：

所述废气至热交换流体热交换器被配置为接收所述第一废气进料，将热量从所述第一废气进料传递到所述流体中，并且将所述第一废气进料沿着废气流动路径传送到所述废气吸收塔系统；

所述热交换流体至富溶剂热交换器被配置为接收来自所述废气至热交换流体热交换器的加热的流体，间接加热所述富溶剂，并将加热的富溶剂传送至所述溶剂再生器；

所述废气至热交换流体热交换器和所述热交换流体至富溶剂热交换器分别沿着所述废气流动路径联接在所述废气吸收塔系统的上游、所述溶剂再生器的上游和所述废气吸收塔系统的下游。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括废气热交换器，所述废气热交换器被配置为降低所述第一废气进料的温度，其中所述废气热交换器沿着所述废气流动路径联接在所述废气至热交换流体热交换器的下游和所述废气吸收塔系统的上游。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的系统，还包括溶剂至溶剂热交换器，所述溶剂至溶剂热交换器被配置为将热量从所述贫溶剂传递到所述富溶剂中，其中所述溶剂至溶剂热交换器相对于富溶剂流联接在所述废气吸收塔系统的下游和所述溶剂再生器的上游，并且相对于贫溶剂流联接在所述溶剂再生器的下游和所述废气吸收塔系统的上游。

17.根据权利要求16所述的系统，还包括贫溶剂热交换器，所述贫溶剂热交换器被配置为降低所述贫溶剂的温度，其中所述贫溶剂热交换器相对于所述贫溶剂流联接在所述溶剂至溶剂热交换器的下游和所述废气吸收塔系统的上游。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的系统，还包括废气至再生器贫溶剂热交换器，所述废气至再生器贫溶剂热交换器被配置为接收第二废气进料并传送第二废气产物，并且将热量从所述废气传递到第二贫溶剂流中。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的系统，还包括废气至热交换介质热交换器和热交换介质至再生器贫溶剂热交换器，其被配置为接收第二废气进料并传送第二废气产物，并通过所述热交换介质将热量从所述废气传递到第二贫溶剂流中。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的系统，还包括旁路系统，所述旁路系统被配置为使废气绕过所述废气吸收塔系统转向。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置用于以下各项中的一项或多项：将所述内燃机上的废气背压维持为低于特定极限；将进入所述废气吸收塔系统的所述第一废气进料的温度维持为低于特定极限；维持所述贫溶剂流的水含量；维持所述贫溶剂流的流速，控制所述溶剂再生器的温度或压力；或者，控制所述富溶剂流或所述贫溶剂流的温度。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制系统被配置为当超过废气温度极限或废气背压极限时启动旁路阀以引导废气流绕过所述废气吸收塔系统。

23.根据权利要求21或权利要求22所述的系统，其中所述控制系统被配置为增加通过热交换器的富溶剂或贫溶剂的流速以降低所述富溶剂或所述贫溶剂的温度，或者其中所述控制系统被配置为减少通过热交换器的热源流体的流速以降低所述富溶剂或所述贫溶剂的温度。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的系统，其中所述控制系统被配置为调节压力调节器的位置以控制所述溶剂再生器的压力和贫溶剂负载量，或降低所述溶剂再生器的温度。

25.根据权利要求21-24中任一项所述的系统，还包括用于测量溶剂粘度的仪器，并且其中所述控制系统被配置为基于所测量的溶剂粘度控制返回到所述系统的水量。

26.一种用于使用安装在移动车辆或船舶上的废气二氧化碳捕获和回收系统从来自内燃机的废气中回收二氧化碳的方法，所述方法包括：

将第一废气进料引入所述系统；

将第二废气进料引入所述系统；

操作所述系统，使得使用废气吸收塔系统从所述第一废气进料中提取二氧化碳并将二氧化碳吸收到贫系统溶剂中，形成富系统溶剂和第一废气产物；

操作所述系统，使得使用溶剂至溶剂热交换器将热量从所述贫系统溶剂传递至所述富系统溶剂；

操作所述系统，使得使用废气至富溶剂热交换器将热量从所述第一废气进料传递至所述富系统溶剂，形成过热的富系统溶剂；

操作所述系统，使得使用废气至再生器贫溶剂热交换器将热量从所述第二废气进料传递至第二贫系统溶剂；

操作所述系统，使得使用溶剂再生器将二氧化碳从所述第二贫系统溶剂和所述富系统溶剂中解吸，形成粗二氧化碳和所述贫系统溶剂；

操作所述系统，使得使用二氧化碳压缩机压缩所述粗二氧化碳，形成浓缩的加压二氧化碳产物；

将所述浓缩的加压二氧化碳产物传送到安装在移动车辆或船舶上的二氧化碳储存罐中；

将所述第一废气产物从所述系统传送出，其中与所述第一废气进料相比，所述第一废气产物具有降低的温度和降低的二氧化碳浓度；和

将所述第二废气产物从所述系统传送出，其中与所述第二废气进料相比，所述第二废气产物具有降低的温度。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括操作所述系统，使得所述贫系统溶剂沿着系统溶剂回路的贫侧从所述溶剂再生器，通过所述溶剂至溶剂热交换器，并且进入所述废气吸收塔系统来进行循环，并且使得所述富系统溶剂沿着所述系统溶剂回路的富侧从所述废气吸收塔系统，通过所述溶剂至溶剂热交换器，通过所述废气至富溶剂热交换器，并且进入所述溶剂再生器来进行循环。

28.根据权利要求26或权利要求27所述的方法，还包括操作所述系统，使得所述第二贫系统溶剂沿着贫系统溶剂再生器再沸器回路从所述溶剂再生器，通过所述废气至再生器贫溶剂热交换器，并且返回所述溶剂再生器来进行循环。

29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，还包括从安装在所述移动车辆或船舶上的内燃机产生第一废气进料和第二废气进料。

30.根据权利要求26-29中任一项所述的方法，其中所述第一废气进料具有比所述第二废气进料更大的热含量。

31.根据权利要求26-30中任一项所述的方法，其中所述第二废气产物作为废气再循环回路的一部分被传送到所述移动车辆或船舶上的内燃机中。

32.根据权利要求26-31中任一项所述的方法，还包括将所述浓缩的加压二氧化碳产物从所述移动车辆或船舶传送出。

33.一种用于减少来自内燃机的二氧化碳排放的方法，所述方法包括：

在废气吸收塔系统中，使用贫CO2选择性系统溶剂从第一废气进料中提取至少一部分二氧化碳，并且传送第一废气产物和富系统溶剂——具有增加的CO2浓度的溶剂流，其中所述废气吸收塔系统在小于80℃的温度下操作；

在溶剂再生器中，将所述富系统溶剂转化成所述贫CO2选择性系统溶剂和粗二氧化碳蒸气，其中所述溶剂再生器使用系统溶剂回路联接到所述废气吸收塔系统，使得所述溶剂再生器在所述系统溶剂回路的富侧位于所述废气吸收塔系统的下游并且在所述系统溶剂回路的贫侧位于所述废气吸收塔系统的上游，并且其中所述溶剂再生器在大于100℃的温度下操作；

在离开所述溶剂再生器的贫溶剂和离开所述吸收塔系统的富溶剂之间交换热量；

通过将热量从两个或更多个热源传递到所述溶剂中，从而升高所述溶剂的温度和压力，并从所述溶剂中释放CO2来再生所述溶剂；

使用二氧化碳压缩机将所述粗二氧化碳蒸气转化为浓缩的加压二氧化碳产物，其中所述二氧化碳压缩机沿着二氧化碳气体流动路径联接在所述溶剂再生器的下游；

将所述加压二氧化碳产物储存在二氧化碳储存罐中。

34.根据权利要求33所述的方法，还包括通过到发动机曲轴的机械联接器、到从废气压力产生机械功的涡轮复合装置的轴的机械联接器、液压马达、或由所述内燃机的电池供电的电动机中的一个或多个向所述二氧化碳压缩机供应能量。

35.根据权利要求33或权利要求34所述的方法，还包括在所述废气吸收塔系统的上游将所述废气的温度降低至小于80℃。

36.根据权利要求33-35中任一项所述的方法，还包括在所述废气吸收塔系统的上游将所述溶剂的温度降低至小于80℃。

37.根据权利要求36所述的方法，其中降低所述溶剂的温度包括将热量从所述溶剂传递至液体传热流体并且随后将热量从所述液体传热流体传递至环境。