DE102021003976A1 - Process and device for separating CO2 from gases - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass die Separation von CO2 aus der Atmosphäre und aus dem Abgas, das bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht, ermöglicht. Der Verbrennungsmotor (1) kann durch einfaches Umschalten der zweigeteilten Kurbelwelle als zweistufiger Kiefermotor (1) oder als zweistufiger Kiefer Verdichter (20) arbeiten. Der Kiefermotor (1) wird als Antrieb oder zur Stromproduktion verwendet. Mit dem Kiefer Verdichter (20) wird Energie gespeichert, indem flüssige Luft hergestellt wird. CO2 wird aus der zweistufig verdichteten Luft im Kiefermotor (1) und im Kiefer Verdichter (20) in einem CO2 Abscheider (9) separiert und in den Hochdruckteil eines Arbeitskreislaufes mit CO2 zugeführt. Das von einer Hochdruckpumpe (16) in den Arbeitskreislauf geförderte CO2 wird in Wärmetauschern (4), (5) und (10) auf die entsprechende Temperatur gebracht, so dass es sich bei der Entspannung im Düsenrad (14) verflüssigt und zurück in den Behälter (18) fließt. Im Kiefermotor (1) wird in einem weiteren CO2 Abscheider (9) CO2 aus dem Abgas separiert und der angesaugten Luft beigemischt. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt es, mit geringem Energieeinsatz Kohlenwasserstoffe umweltfreundlich zur Stromproduktion, zur Energiespeicherung und in Antrieben zu verwenden.A method is proposed that enables the separation of CO2 from the atmosphere and from the exhaust gas resulting from the combustion of hydrocarbons. The internal combustion engine (1) can operate as a two-stage pine engine (1) or as a two-stage pine compressor (20) by simply switching the two-part crankshaft. The jaw motor (1) is used as a drive or to produce electricity. With the Kiefer compressor (20), energy is stored by producing liquid air. CO2 is separated from the two-stage compressed air in the Kiefer motor (1) and in the Kiefer compressor (20) in a CO2 separator (9) and fed into the high-pressure part of a working circuit with CO2. The CO2 fed into the working circuit by a high-pressure pump (16) is brought to the appropriate temperature in heat exchangers (4), (5) and (10), so that it liquefies when it expands in the nozzle wheel (14) and is returned to the container (18) flows. In the Kiefer engine (1), CO2 is separated from the exhaust gas in another CO2 separator (9) and mixed with the intake air. The proposed method allows hydrocarbons to be used in an environmentally friendly manner for electricity production, for energy storage and in drives with little energy input.
Description
Der in der Atmosphäre ansteigende Anteil von CO2 verursacht den z.Zt. stattfindenden Klimawandel. Um diesen aufzuhalten und wieder rückgängig zu machen, darf kein CO2 bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre gelangen und CO2 muss aus der Atmosphäre separiert werden.The increasing proportion of CO2 in the atmosphere causes the currently occurring climate change. In order to stop this and reverse it again, no CO2 must be released into the atmosphere when hydrocarbons are burned, and CO2 must be separated from the atmosphere.
Es soll hier ein Verfahren vorgeschlagen werden, dass die Separation von CO2 aus der Atmosphäre und aus dem Abgas, das bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht, ermöglicht. Das in dieser Patentschrift vorgeschlagene Verfahren erlaubt es, Kohlenwasserstoffe umweltfreundlich zur Speicherung von Energie, zur Stromproduktion und in Antrieben zu verwenden.A method is to be proposed here that enables the separation of CO2 from the atmosphere and from the exhaust gas that is produced during the combustion of hydrocarbons. The method proposed in this patent specification allows hydrocarbons to be used in an environmentally friendly manner to store energy, to produce electricity and in drives.
BeschreibungDescription
Es wird hier als Antriebsaggregat oder als Verdichter der im Patent
Gefilterte Luft wird vom großen Zylinder (Z1) (s. Zeichnung 1, Zeichnung 2) angesaugt und aus diesem verdichtet in einen Wärmetauscher (4) ausgeschoben. In diesem wird die verdichtete Luft erster Stufe abgekühlt und vom kleinen Zylinder (Z2) angesogen, weiter verdichtet und in den Wärmetauscher (5) zur Abkühlung geschoben. Die abgekühlte, zweifach verdichtete Luft hohen Druckes wird in dem Abscheider (8) von Schadstoffen befreit und gelangt in den CO2 Abscheider (9). In diesem wird CO2 aus der Druckluft separiert, z.B. mittels Membran oder Adsorption. Das aus der Luft separierte CO2 hohen Druckes wird nun in den Hochdruckteil des CO2 Arbeitskreislaufes zugeführt (s. Zeichnung 1, Zeichnung 2). In dem CO2 Arbeitskreislauf wird mittels Hochdruckpumpe flüssiges CO2 aus einem Behälter (18) durch die Wärmetauscher (4) und (5) zu deren Kühlung gedrückt. Anschließend wird das CO2 im Kühler (10) gekühlt, so dass es sich im Düsenrad (14) bei Arbeitsgewinnung entspannt und dabei verflüssigt (s. Patentanmeldung
Die vier Zylinder des Kiefermotors (1) können durch Verdrehen eines Teils der zweigeteilten Nockenwelle um einen Winkel so geschaltet werden, dass zwei zweistufige Verdichter als Kiefer Verdichter (20) zur Verfügung stehen (s. Zeichnung 2). Im Zylinder (Z4) wird nun wie im Zylinder (Z1) Luft angesaugt und zur ersten Stufe verdichtet und im Zylinder (Z3) wird wie im Zylinder (Z2) die verdichtete Luft angesaugt und zur zweiten Stufe verdichtet. Der Kiefer Verdichter (20) wird zur Herstellung flüssiger Luft und damit zur Speicherung von Energie genutzt.The four cylinders of the Kiefer engine (1) can be switched by rotating part of the two-part camshaft through an angle so that two two-stage compressors are available as Kiefer compressors (20) (see drawing 2). In the cylinder (Z4), like in the cylinder (Z1), air is sucked in and compressed to the first stage and in the cylinder (Z3), like in the cylinder (Z2), the compressed air is sucked in and compressed to the second stage. The Kiefer compressor (20) is used to produce liquid air and thus to store energy.
Bilden die vier Zylinder einen Kiefermotor (1) (s. Zeichnung 1), so gelangt nach den Zylindern (Z1) und (Z2) die gekühlte und von CO2 befreite Druckluft in den Zylinder (Z3) zur Verbrennung. In oberster Kolbenstellung öffnet das Lufteinlassventil und Kraftstoff gelangt über ein geöffnetes Kraftstoffventil oder durch kurzzeitige Einspritzung in den Zylinder. Ab einer gewissen Kolbenstellung werden die Einlassventile geschlossen. Die Verbrennung und gleichzeitige Entspannung setzten sich fort. Das Brenngas wird mit noch relativ hohem Druck und hoher Temperatur in den Zylinderkopf (15) ausgeschoben und gelangt von dort in den Zylinder (Z4) zur Fortsetzung der Verbrennung und Entspannung zweiter Stufe. Zum Druckausgleich sind die Druckbehälter (2), (3) und (17) installiert.If the four cylinders form a Kiefer engine (1) (see drawing 1), after the cylinders (Z1) and (Z2) the cooled and CO2-free compressed air reaches the cylinder (Z3) for combustion. In the top piston position, the air intake valve opens and fuel enters the cylinder via an open fuel valve or through brief injection. From a certain piston position, the intake valves are closed. Combustion and simultaneous expansion continued. The fuel gas is pushed out into the cylinder head (15) at a relatively high pressure and high temperature and from there it reaches the cylinder (Z4) to continue combustion and expansion in the second stage. The pressure tanks (2), (3) and (17) are installed to equalize the pressure.
Werden Kohlenwasserstoffe verbrannt, dann wird das Abgas über einen Abscheider (8) geleitet. Das kann z.B. ein Kondensator sein. Hier werden die für den nachfolgenden CO2 Abscheider (9) schädlichen Stoffe abgeschieden. Danach gelangt das Abgas in den CO2 Abscheider (9). In diesem kann z.B. eine Membran oder ein Adsorptionsmittel installiert sein. Das von CO2 befreite Abgas strömt in die Atmosphäre und das separierte CO2 wird je nach Reinheitsgrad vor oder nach dem Filter (7) der angesaugten Luft zugemischt.If hydrocarbons are burned, the exhaust gas is passed through a separator (8). This could be a capacitor, for example. The substances that are harmful to the subsequent CO2 separator (9) are separated here. The exhaust gas then enters the CO2 separator (9). A membrane or an adsorbent, for example, can be installed in this. The exhaust gas freed of CO2 flows into the atmosphere and the separated CO2 is mixed with the intake air before or after the filter (7), depending on the degree of purity.
In herkömmlichen, modernen Verbrennungsmotoren ist die Separation von CO2 aus dem Abgas nur mit hohem Aufwand möglich, da das Abgas stark verunreinigt ist. Dagegen ist die Separation von CO2 mit dem Kiefermotor (1) möglich, da man mit dem neuartigen Verbrennungsverfahren ein nahezu sauberes Abgas erhält. Durch die für die Verbrennung zur Verfügung stehende sehr lange Zeit und die hohen Wandtemperaturen des Verbrennungszylinders (Z3) und die intensive Durchmischung des Brenngasgasgemisches wird bei Sauerstoffüberschuss der Kraftstoff garantiert vollständig verbrannt. Kohlenwasserstoffe und Ruß werden sich demzufolge nicht im Abgas befinden. Die wenigen brennbaren Schmierstoffmoleküle, die im Zylinder (Z4) nicht verbrannt sind, werden im Abscheider (8) ausgesondert.In conventional, modern internal combustion engines, the separation of CO2 from the exhaust gas is only possible with great effort, since the exhaust gas is heavily contaminated. On the other hand, it is possible to separate CO2 with the Kiefer engine (1), since the new combustion process produces almost clean exhaust gas. Due to the very long time available for combustion and the high wall temperatures of the combustion cylinder (Z3) and the intensive mixing of the combustible gas mixture, the fuel is guaranteed to be burned completely if there is an excess of oxygen. As a result, hydrocarbons and soot will not be in the exhaust gas. The few combustible lubricant molecules that are not burned in the cylinder (Z4) are separated out in the separator (8).
Eine Zumischung von CO2 in der erforderlichen Menge zur angesaugten Luft ist in herkömmlichen modernen Verbrennungsmotoren schwer zu realisieren, da der Anteil Sauerstoff im angesaugten Luft-CO2 Gemisch sinkt und die Verbrennung noch unvollständiger erfolgt. Im Kiefermotor (1) wird das CO2 nach der zweifachen Verdichtung im CO2 Abscheider (9) abgeschieden so dass von CO2 befreite Druckluft in den Verbrennungszylinder (Z3) gelangt. Um einen Leistungsabfall zu vermeiden, können die Zylinder (Z1) und (Z2) etwas größer dimensioniert werden. Die zusätzliche Kompressionsarbeit in den Zylindern (Z1) und (Z2) infolge des zur Ansaugluft zugemischten CO2 wird durch den CO2 Arbeitskreislauf wettgemacht.An admixture of CO2 in the required amount to the intake air is difficult to achieve in conventional modern internal combustion engines, since the proportion of oxygen in the intake air-CO2 mixture decreases and combustion is even more incomplete. In the Kiefer motor (1), the CO2 is separated after double compression in the CO2 separator (9), so that CO2 released compressed air enters the combustion cylinder (Z3). In order to avoid a drop in performance, the cylinders (Z1) and (Z2) can be dimensioned somewhat larger. The additional compression work in the cylinders (Z1) and (Z2) as a result of the CO2 mixed with the intake air is compensated for by the CO2 working circuit.
Da die Menge an CO2 in dem Behälter (18) zunimmt, muss dieser nach einer gewissen Zeit geleert werden. Das CO2 kann zur Produktion von Methanol eingesetzt oder als Feststoff z.B. in Höhlen gespeichert werden. Die dazu erforderliche Kälte wird von der Anlage mit dem Arbeitskreislauf mit flüssiger Luft (s. Zeichnung 1, Zeichnung 2) geliefert.As the amount of CO2 in the container (18) increases, it has to be emptied after a certain time. The CO2 can be used to produce methanol or stored as a solid, e.g. in caves. The cooling required for this is supplied by the system with the working circuit with liquid air (see
Die infolge der Zumischung von CO2 in die angesaugte Luft erfolgende Leistungsminderung kann im Kiefermotor (1) durch einen Dampfmaschinenprozess (s. Zeichnung 1) und einen Arbeitskreislauf mit flüssiger Luft (s. Zeichnung 1 und Zeichnung 2) wettgemacht werden. Beim Dampfmaschinenprozess wird Wasser mittels Hochdruckpumpe (16) in im Motorblock befindliche Hohlräume gepumpt. Hier wird der Dampf erhitzt und anschließend der in den Zylinder (3) einströmenden Hochdruckluft zugemischt. Der Motorblock wird dabei gekühlt. Beim Arbeitskreislauf mit flüssiger Luft wird flüssige Luft von einer Hochdruckpumpe (16) aus dem Behälter (19) entnommen und in einen Wärmetauscher (6) gedrückt. In diesem wird die Luft von der Umgebungswärme erwärmt und dehnt sich aus. Im Düsenrad (14) entspannt sie und fließt als flüssige Luft zurück in den Behälter (19). Damit sich die Luft nach der Entspannung auch tatsächlich verflüssigt, kann sie vor Eintritt in das Düsenrad (14) auf die entsprechende Temperatur abgekühlt werden. Zur Aufrechterhaltung der Menge flüssiger Luft im Arbeitskreislauf kann durch zeitweiliges Öffnen des Hahnes (21) Druckluft in den Arbeitskreislauf zugegeben werden.The reduction in output resulting from the admixture of CO2 in the intake air can be compensated for in the Kiefer engine (1) by a steam engine process (see drawing 1) and a working cycle with liquid air (see
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kiefermotorjaw motor
- 2, 3,2, 3,
- Druckbehälterpressure vessel
- 4, 5, 6, 74, 5, 6, 7
- Wärmetauscherheat exchanger
- 77
- Filterfilter
- 88th
- Abscheiderseparator
- 99
- CO2 AbscheiderCO2 separator
- 1010
- Kühlrohrcooling tube
- 1111
- Getriebetransmission
- 1212
- Welle Düsenrädershaft jet wheels
- 1313
- Welle Kiefermotor / Kiefer VerdichterShaft jaw motor / jaw compressor
- 1414
- Düsenradjet wheel
- 1515
- Zylinderkopfcylinder head
- 1616
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 1717
- Druckbehälterpressure vessel
- 1818
- Behälter für flüssiges CO2Liquid CO2 container
- 1919
- Behälter für flüssige LuftLiquid air tank
- 2020
- Kiefer Verdichterpine compactor
- 2121
- HahnFaucet
- Z1, Z2, Z3, Z4Z1, Z2, Z3, Z4
- Zylindercylinder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DD 228321 A1 [0003]DD 228321 A1 [0003]
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