BR102014020133A2 - carbon dioxide capture system for vehicular application - Google Patents

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BR102014020133A2
BR102014020133A2 BR102014020133A BR102014020133A BR102014020133A2 BR 102014020133 A2 BR102014020133 A2 BR 102014020133A2 BR 102014020133 A BR102014020133 A BR 102014020133A BR 102014020133 A BR102014020133 A BR 102014020133A BR 102014020133 A2 BR102014020133 A2 BR 102014020133A2
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Décio Magioli Maia
Jader Da Silva Mendes
Kenyo Colnago Dos Santos
Leandro Augusto Pereira Trairi
Tadeu Cavalcante Cordeiro De Melo
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Petroleo Brasileiro Sa
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Abstract

sistema de captura de dióxido de carbono para aplicação veicular a invenção trata de um sistema para captura de dióxido de carbono (c02). tal sistema é composto por um reservatório (1) com filtro (2) e um tubo de desvio (3), uma válvula eletrônica (4) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo filtro (2) armazenado no reservatório (1), outra válvula eletrônica (5) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo tubo de desvio (3), um sensor de temperatura (6) para medir a temperatura (ºc) dos gases de escape, um sensor de pressão (7) para medir a pressão (psi) dos gases de escape, uma unidade de controle eletrônico (1 o) para controlar a atuação das válvulas de fluxo (4) e (5), sempre em função da temperatura registrada pelo sensor (6) e por outros parâmetros de controle. pretende-se assim disponibilizar ao mercado automotivo um sistema de fácil fabricação, com baixo custo de produção, instalação e manutenção, baixo consumo de energia e com a mínima geração de resíduos - permitindo assim sua aplicação em larga escala com o objetivo de capturar parte do c02 emitido por veículos automotores. com a presente invenção também será possível comercializar os créditos de carbono obtidos devido a não emissão de c02 à atmosfera, além dos comercializáveis supracitados.Carbon dioxide capture system for vehicular application The invention relates to a carbon dioxide capture system (CO2). Such a system is comprised of a reservoir (1) with filter (2) and a bypass pipe (3), an electronic valve (4) for controlling the exhaust flow through the filter (2) stored in the reservoir (1), another electronic valve (5) for controlling the exhaust flow through the bypass pipe (3), a temperature sensor (6) for measuring the exhaust temperature (ºc), a pressure sensor (7) for measuring exhaust pressure (psi), an electronic control unit (1 o) to control the actuation of flow valves (4) and (5), always as a function of the temperature recorded by the sensor (6) and other parameters of control. The aim is to provide the automotive market with a system that is easy to manufacture, with low production, installation and maintenance costs, low energy consumption and minimal waste generation - thus allowing its large-scale application in order to capture part of the CO2 issued by motor vehicles. With the present invention it will also be possible to market carbon credits obtained due to the non-emission of CO2 to the atmosphere, in addition to the above tradables.

Description

SISTEMA DE CAPTURA DE DIÓXIDO DE CARBONO PARA APLICAÇÃOCARBON DIOXIDE CAPTURE SYSTEM FOR APPLICATION

VEICULARVEHICLE

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

[0001] A invenção se refere a um Sistema de Captura de Dióxido de Carbono, mais conhecido como Gás Carbônico (CO2), e está baseado no controle do fluxo de gases de escape oriundos de processos termodinâmicos para um dispositivo que contém um reservatório com um ou mais materiais de filtragem. Preferencialmente, os gases de escape são oriundos de motores de combustão interna, mais preferencialmente ainda de motores de uso automotivo, por exemplo, automóveis, ônibus, caminhões e similares.[0001] The invention relates to a Carbon Dioxide Capture System, better known as Carbon dioxide (CO2), and is based on the control of exhaust gas flow from thermodynamic processes to a device containing a reservoir with a or more filter materials. Preferably, the exhaust gases are from internal combustion engines, most preferably from automotive engines, for example automobiles, buses, trucks and the like.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] São grandes as preocupações da humanidade quanto aos efeitos danosos causados pela emissão de Gases de Efeito Estufa (GEE), como o C02, por exemplo. Temem-se alterações no clima global e aumento da temperatura do planeta.Mankind is very concerned about the harmful effects caused by the emission of Greenhouse Gases (GHG), such as CO2. Changes in global climate and rising temperatures are feared.

[0003] O quarto relatório do Painel Internacional sobre Mudanças Climáticas (IPCC) divulgou que as emissões anuais de CO2 aumentaram cerca de 80% entre 1970 e 2004, devido principalmente ao uso de combustíveis fósseis (56,6% em 2004), sendo o setor dos transportes responsável por 13,1% do total de emissões dos gases de efeito estufa em 2004. Há diversos estudos que indicam a relação entre o aumento da concentração de C02 na atmosfera e o aumento da temperatura média no planeta, com consequente acréscimo no número de eventos climáticos extremos.The fourth report of the International Panel on Climate Change (IPCC) reported that annual CO2 emissions increased by about 80% between 1970 and 2004, mainly due to the use of fossil fuels (56.6% in 2004). transport sector accounted for 13.1% of total greenhouse gas emissions in 2004. There are several studies indicating the relationship between the increase in CO2 concentration in the atmosphere and the increase in the average temperature on the planet, with a consequent increase in number of extreme weather events.

[0004] Considerando a visível influência do CO2 no meio ambiente, é crescente a busca por tecnologias que podem proporcionar uma menor emissão de C02 à atmosfera. Diante disso, países como EUA, Japão e União Européia já regulamentaram leis e/ou criaram programas para limitar as emissões de C02 por veículos. No Brasil também há propostas e iniciativas para reduzir as emissões veiculares de CO2.Considering the visible influence of CO2 on the environment, there is a growing search for technologies that can provide lower CO2 emissions to the atmosphere. Given this, countries such as the US, Japan and the European Union have already regulated laws and / or created programs to limit CO2 emissions by vehicles. In Brazil there are also proposals and initiatives to reduce vehicle CO2 emissions.

[0005] Dessa maneira, é importante desenvolver uma tecnologia que possa reduzir as emissões do CO2 associado ao uso de combustíveis em veículos, resultando assim num menor impacto ao meio ambiente. É válido observar que não existe, até o presente momento, um equipamento comercial para a captura de C02 em veículos (on board), estando as principais rotas identificadas em estágio de desenvolvimento.It is therefore important to develop a technology that can reduce CO2 emissions associated with the use of fuels in vehicles, thus resulting in a lower impact on the environment. It is worth noting that, until now, there is no commercial equipment for the capture of CO2 in vehicles (on board), and the main routes are identified in the development stage.

[0006] Desde 1997 os veículos já saem de fábrica equipados com um dispositivo dotado de um catalisador, doravante chamado simplesmente de catalisador, que é responsável por reduzir a toxicidade das emissões veiculares por meio da conversão catalítica dos poluentes Óxidos De Nitrogênio (NOx), Monóxido de Carbono (CO) e Hidrocarbonetos (HC), tais como a conversão de NOx em N2 e 02 e a conversão de CO e HC em C02 e H20. Dessa maneira, para uma combustão quase perfeita e a aplicação do catalisador, mais de 95% das emissões veiculares são de C02 e H20.Since 1997 vehicles have been shipped from the factory equipped with a catalyst device, hereinafter simply referred to as a catalyst, which is responsible for reducing the toxicity of vehicular emissions by catalytic conversion of Nitrogen Oxide (NOx) pollutants, Carbon Monoxide (CO) and Hydrocarbons (HC), such as the conversion of NOx to N2 and 02 and the conversion of CO and HC to CO2 and H2 O. Thus, for near perfect combustion and catalyst application, over 95% of vehicle emissions are CO2 and H2O.

[0007] Considerando o supracitado, como ainda não há disponível comercialmente um conversor catalítico de C02 para veículos, a presente invenção poderá contribuir com as metas globais de redução das emissões de C02 à atmosfera.Given the above, as there is no commercially available CO2 catalytic converter for vehicles, the present invention could contribute to the overall goals of reducing CO2 emissions to the atmosphere.

[0008] No que diz respeito às tecnologias de separação, captura e armazenamento do C02 emitido em escala industrial (termoelétricas, indústrias de cimento, siderúrgicas, etc), diversas pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de buscar alternativas eficientes, com destaque para as tecnologias que impedem a emissão do C02 à atmosfera através de tratamentos químicos que o imobilizam em fase condensada (líquida ou sólida).With regard to the technologies of separation, capture and storage of CO2 emitted on an industrial scale (thermoelectric, cement industries, steel mills, etc.), several researches have been developed in order to look for efficient alternatives, highlighting the technologies that prevent the emission of CO2 to the atmosphere through chemical treatments that immobilize it in a condensed phase (liquid or solid).

[0009] Dentre as tecnologias mais aplicadas para a captura do C02, têm-se as de adsorção e absorção, devido principalmente a eficiência de captura de C02, o custo do material adsorvente/absorvente e a capacidade de regeneração das matérias-primas após diversos ciclos.Among the most widely applied technologies for CO2 capture are adsorption and absorption technologies, mainly due to CO2 capture efficiency, the cost of the adsorbent / absorbent material and the regenerative capacity of the raw materials after various cycles.

[0010] Há na literatura especializada alguns exemplos de tecnologias que tratam da captura de CO2 em veículos automotores. Porém, dentre outros problemas constatados, encontram-se restrições quanto ao tamanho e peso dessas tecnologias de captura, quanto ao limite de saturação do material (filtro) utilizado para a captura do CO2 e quanto a “autonomia do sistema” (quilômetros rodados com o veículo até que seja atingido o limite de saturação do material de captura). Como o filtro dessas tecnologias ficam saturadas muito rapidamente, perdendo assim sua função, há um acumulo de peso no veículo que resulta num maior consumo de combustível e consequentemente numa maior emissão de poluentes e de dióxido de carbono.There are in the specialized literature some examples of technologies that deal with CO2 capture in motor vehicles. However, among other problems found, there are restrictions on the size and weight of these capture technologies, the limit of saturation of the material (filter) used for CO2 capture and the “system autonomy” (kilometers driven with until the capture material saturation limit is reached). As the filter of these technologies get saturated very quickly, thus losing its function, there is a weight accumulation in the vehicle that results in higher fuel consumption and consequently a higher emission of pollutants and carbon dioxide.

[0011] Um exemplo de tecnologia é a do pedido de patente WO 2010/059268 A1, intitulado “CARBON DIOXIDE CONTROL DEVICE TO CAPTURE CARBON DIOXIDE FROM VEHICLE COMBUSTION WASTE”, que propõe a instalação de um dispositivo de captura de CO2 no escapamento de veículos. Esse dispositivo é composto por um recipiente fechado dotado de filtros para absorção de CO2, por onde atravessa um tubo perfurado que permiti aos gases de escape que entrem em contato com o filtro, sendo em seguida reencaminhados ao duto de escape e posteriormente à atmosfera. Porém, o trabalho falha ao não explorar alternativas que possibilitem um controle do fluxo de gases, visando prolongar o funcionamento dos filtros através de um uso mais eficiente dos filtros antes que seja atingido o limite de saturação.An example of technology is patent application WO 2010/059268 A1, entitled "CARBON DIOXIDE CONTROL DEVICE TO CAPTURE CARBON DIOXIDE FROM VEHICLE COMBUSTION WASTE", which proposes the installation of a CO2 capture device in the vehicle exhaust . This device is made up of a closed container with filters for CO2 absorption, through which it goes through a perforated pipe that allows the exhaust gases to come into contact with the filter, and then rerouted to the exhaust duct and subsequently to the atmosphere. However, the work fails to explore alternatives that allow control of gas flow, aiming to prolong the operation of the filters through a more efficient use of filters before reaching the saturation limit.

[0012] Uma possível alternativa para o pedido de patente supracitado seria aumentar o número de filtros, como proposto no pedido de patente WO 2012/145303, intitulado “METHOD AND APPARATUS FOR REMOVAL OF CARBON DIOXIDE FROM AUTOMOBILE, HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL EXHAUST GASES”. O dispositivo apresentado é dotado de um conjunto de filtros e válvulas, além de sensores que identificam o estado de cada filtro e, ao detectar sua saturação, aciona uma válvula que bloqueia o fluxo de gases para o dito filtro e desvia para o seguinte. Os inventores ainda propõe o uso de um tubo de by-pass para o caso de todos os filtros estarem saturados, o qual encaminha os gases de escape para atmosfera. Os problemas dessa solução estão no tamanho dos itens instalados e no aumento de peso devido a grande quantidade de itens e na rápida saturação dos filtros, além da complexidade do invento, que conta com muitas válvulas e sensores, encarecendo assim o custo total do dispositivo.A possible alternative to the above patent application would be to increase the number of filters as proposed in patent application WO 2012/145303 entitled "METHOD AND APPARATUS FOR REMOVAL OF CARBON DIOXIDE FROM AUTOMOBILE, HOUSEHOLD AND INDUSTRIAL EXHAUST GASES". The presented device is equipped with a set of filters and valves, besides sensors that identify the state of each filter and, when detecting its saturation, activates a valve that blocks the flow of gases to said filter and diverts to the next one. The inventors further propose the use of a bypass tube in case all filters are saturated, which forwards the exhaust gases to the atmosphere. The problems with this solution are the size of the items installed and the weight increase due to the large number of items and the rapid saturation of the filters, as well as the complexity of the invention, which has many valves and sensors, thus making the total cost of the device more expensive.

[0013] O pedido de patente WO 2012/035361 A1, intitulado “INORGANIC OXIDES FOR C02 CAPTURE FROM EXHAUST SYSTEMS”, apresenta um dispositivo composto por dois filtros, válvulas para direcionamento dos gases de escape e sensores de temperatura. Esse dispositivo permite que os gases, dependendo da sua temperatura, passem por um filtro ou por outro. No entanto, o principal contraponto desse invento é a ausência de um tubo de by-pass para a passagem dos gases após a saturação dos filtros, podendo resultar numa contrapressão que prejudicará o rendimento do motor. O inventor também argumenta que um dos filtros é destinado para temperaturas baixas e o outro para temperaturas mais altas, porém, o motor só apresenta temperaturas baixas durante a partida a frio do motor, ou seja, somente nos cinco primeiros minutos. Durante todo o restante do trajeto a temperatura mantém-se mais alta, inutilizando assim o uso do filtro de baixas temperaturas, perdendo sua utilidade prática e adicionando mais peso ao veículo.Patent Application WO 2012/035361 A1, entitled "INORGANIC OXIDES FOR C02 CAPTURE FROM EXHAUST SYSTEMS", discloses a device composed of two filters, valves for exhaust gas direction and temperature sensors. This device allows gases, depending on their temperature, to pass through one filter or another. However, the main counterpoint of this invention is the absence of a bypass tube for the passage of gases after filter saturation, which may result in back pressure which will impair engine performance. The inventor also argues that one of the filters is intended for low temperatures and the other for higher temperatures, however, the engine only exhibits low temperatures during the cold start of the engine, ie only in the first five minutes. Throughout the rest of the ride the temperature remains higher, thus rendering the use of the low temperature filter unusable, losing its practical utility and adding more weight to the vehicle.

[0014] Outro pedido de patente é o GB2497867A, intitulado “METHOD FOR REMOVAL OF CARBON DIOXIDE FROM EXHAUST GAS AND EXHAUST SYSTEM”, o qual trata de um método para capturar CO2 baseado no uso de amina, sendo que, para que haja a absorção do CO2, o gás deve estar a uma temperatura menor que 100°C, preferencialmente a 60°C. Para tal, 0 dispositivo dispõe de um sistema de resfriamento para os gases de escape. Após a análise desta invenção, as desvantagens identificadas são grande número de componentes, a complexidade do dispositivo e os custos advindos da necessidade de instalação de um refrigerador para baixar a temperatura dos gases de queima, que sabidamente saem do motor por volta de 700°C.Another patent application is GB2497867A, entitled "METHOD FOR REMOVAL OF CARBON DIOXIDE FROM EXHAUST GAS AND EXHAUST SYSTEM", which deals with a method of capturing CO2 based on the use of amine. CO2, the gas should be at a temperature below 100 ° C, preferably 60 ° C. To this end, the device has an exhaust cooling system. After analysis of this invention, the disadvantages identified are the large number of components, the complexity of the device and the costs of installing a cooler to lower the temperature of the flue gases that are known to leave the engine around 700 ° C. .

[0015] Para o presente pedido de patente, os inventores testaram um sistema de captura de CO2, também chamado aqui de “kit de captura de C02”, o qual foi instalado no duto de escape de um veículo de testes. O reservatório do dito “kit de captura de CO2” foi preenchido com um material cerâmico absorvente (filtro).For the present patent application, the inventors tested a CO2 capture system, also referred to herein as a "CO2 capture kit", which was installed in the exhaust duct of a test vehicle. The reservoir of said "CO2 capture kit" was filled with an absorbent ceramic material (filter).

[0016] Foram executados testes padronizados de emissões e consumo, de retomadas de velocidade e de potência, todos realizados em dinamômetro de chassis, com Gasolina Padrão E22 (misturada com 22% v/v de Etanol Anidro Combustível) e segundo as Normas Brasileiras ABNT. Durante os testes todo o fluxo de gás de escape (ou gás de exaustão) foi direcionado para o reservatório do “kit de captura de CO2”, que estava cheio de material cerâmico absorvente (filtro).Standardized emissions and consumption, speed and power take-back tests were performed, all performed on chassis dynamometer, with E22 Standard Gasoline (mixed with 22% v / v Anhydrous Fuel Ethanol) and according to the Brazilian ABNT Standards. . During the tests all the exhaust gas (or exhaust gas) flow was directed to the “CO2 capture kit” reservoir, which was full of absorbent ceramic material (filter).

[0017] Os resultados preliminares revelaram uma eficiência inicial de captura de CO2 da ordem de 30%, que foi reduzindo até atingir uma eficiência de 2% (limite de saturação). Ou seja, a eficiência inicial de captura foi muito boa, mas o filtro do sistema atingiu seu limite de saturação após o veículo de teses acumular somente 102.6km (“autonomia do sistema”), que é muito pouco para o uso comum e rotineiro de veículos.Preliminary results revealed an initial CO2 capture efficiency of around 30%, which was reduced to reach an efficiency of 2% (saturation limit). That is, the initial capture efficiency was very good, but the system filter reached its saturation limit after the thesis vehicle accumulated only 102.6km (“system autonomy”), which is too little for common and routine use of theses. vehicles.

[0018] Desta forma, foram buscadas alternativas no estado da arte que possibilitassem o aumento da eficiência de captura, do limite de saturação e da autonomia do sistema. Em adição aos resultados apresentados, não foi constatado prejuízo ao desempenho do veículo, às emissões legisladas, ao consumo de combustível e a temperatura e pressão do sistema de escape do veículo de testes.Thus, state-of-the-art alternatives were sought to increase the capture efficiency, saturation limit and system autonomy. In addition to the results presented, no impairment of vehicle performance, legislated emissions, fuel consumption and temperature and pressure of the test vehicle exhaust system was found.

[0019] Diante do exposto, o presente pedido de patente propõe resolver todos os problemas e restrições supracitadas. O invento se trata de um sistema de captura de CO2 para aplicação veicular ou industrial, cuja aplicação pode contribuir com as metas globais de redução das emissões de CO2 à atmosfera. No caso de ser instalado em veículos automotores, poucos componentes são acrescentados ao duto de escape, facilitando assim sua instalação e manutenção, além de baixo custo inicial e de uso. Considerando os dispositivos instalados e a estratégia de controle do fluxo de gases pelo filtro do dito “kit de captura de CO2”, foram solucionados todos os problemas relacionados à eficiência de captura, ao limite de saturação e a autonomia do sistema.In the light of the foregoing, the present patent application proposes to solve all the above problems and restrictions. The invention is a CO2 capture system for vehicle or industrial application, the application of which can contribute to the overall goals of reducing CO2 emissions into the atmosphere. If installed in motor vehicles, few components are added to the exhaust duct, thus facilitating its installation and maintenance, as well as low initial cost and use. Considering the installed devices and the strategy of gas flow control through the filter of the so-called “CO2 capture kit”, all the problems related to the capture efficiency, saturation limit and system autonomy were solved.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[0020] A presente invenção refere-se a um sistema que permite capturar parte do CO2 oriundo de processos termodinâmicos, preferencialmente de Motores à Combustão Interna (MCI), e mais preferencialmente ainda em MCI de uso automotivo, sendo o sistema de captura instalado no duto de escape do veículo automotor. O sistema é composto principalmente por um reservatório (1) com filtro (2), um tubo de desvio (3) e uma Unidade de Controle Eletrônico (UCE) (10), sendo os controles realizados por: - Uma válvula eletrônica (4) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo filtro (2) armazenado no reservatório (1); - Uma válvula eletrônica (5) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo tubo de desvio (3); - Um sensor de temperatura (6) para medir a temperatura (°C) dos gases de escape; - Um sensor de pressão (7) para medir a pressão (psi) dos gases de escape; - Um sensor de CO2 (8) para medir a concentração do CO2 (ppm) no ponto anterior as duas válvulas eletrônicas de fluxo (4 e 5); - Um sensor de CO2 (9) para medir a concentração de CO2 (ppm) no ponto posterior a saída do reservatório (1).The present invention relates to a system which allows the capture of part of CO2 from thermodynamic processes, preferably from Internal Combustion Engines (MCI), and most preferably from automotive MCI, the capture system being installed in the exhaust pipe of the motor vehicle. The system consists mainly of a reservoir (1) with filter (2), a diversion tube (3) and an Electronic Control Unit (ECU) (10), the controls being performed by: - An electronic valve (4) to control the exhaust gas flow through the filter (2) stored in the reservoir (1); - An electronic valve (5) for controlling the flow of exhaust gas through the bypass pipe (3); - a temperature sensor (6) for measuring the temperature (° C) of the exhaust gas; - A pressure sensor (7) for measuring the exhaust pressure (psi); - A CO2 sensor (8) for measuring the CO2 concentration (ppm) at the point above the two electronic flow valves (4 and 5); - A CO2 sensor (9) to measure the CO2 concentration (ppm) at the point after the reservoir outlet (1).

[0021] O controle supracitado determina (default) que os gases de escape passem pelo tubo de desvio até que seja atingida uma faixa de temperatura específica e pré-determinada. Quando o sensor de temperatura registra um valor dentro dessa faixa de temperatura, as válvulas de fluxo são acionadas e os gases de escape redirecionados para o reservatório do “kit de captura de CO2”, onde de fato ocorrerá o processo de captura de CO2 pelo filtro.The above control determines (default) that the exhaust gases pass through the bypass pipe until a predetermined specific temperature range is reached. When the temperature sensor records a value within this temperature range, the flow valves are triggered and the exhaust gases redirected to the “CO2 Capture Kit” reservoir, where the CO2 capture process will actually take place through the filter. .

[0022] O controle das válvulas de fluxo pela UCE também leva em consideração outros parâmetros, como a concentração de C02 antes e depois do reservatório - caso indique saturação do filtro, os gases de escape são redirecionados para o tubo de by-pass - e também a pressão dos gases de escape, a rotação e o torque do motor e a razão ar-combustível, dentre outros. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSECU control of the flow valves also takes into account other parameters, such as the CO 2 concentration before and after the reservoir - if it indicates filter saturation, the exhaust gases are redirected to the bypass pipe - and also the exhaust pressure, engine speed and torque and air-fuel ratio, among others. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0023] A Figura 1 apresenta o desenho esquemático da invenção em relação aos componentes do sistema de captura de CO2, o posicionamento e a ligação desses componentes, a direção do fluxo de gases de escape, os sensores utilizados, as linhas de comunicação, as válvulas eletrônicas de fluxo e a unidade de controle eletrônico.Figure 1 shows the schematic drawing of the invention in relation to the components of the CO2 capture system, the positioning and connection of these components, the direction of the exhaust flow, the sensors used, the communication lines, the electronic flow valves and the electronic control unit.

[0024] A Figura 2 apresenta o diagrama de blocos de um sistema de escape de veículos com propulsão a Motor de Combustão Interna (MCI), com destaque para os componentes típicos. Neste diagrama de blocos também estão apontados os possíveis locais para instalação dos dispositivos que compõe o proposto sistema de captura de CO2.[0024] Figure 2 shows the block diagram of an Internal Combustion Engine (MCI) powered vehicle exhaust system, with emphasis on typical components. This block diagram also points out the possible locations for the installation of the devices that make up the proposed CO2 capture system.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0025] A invenção trata de um sistema de captura de CO2 a ser instalado no sistema de escape veículos automotores, dotado de reservatório (1), filtro com material de captura (2), um tubo de desvio ou by-pass (3), duas válvulas eletrônicas de fluxo, uma (4) localizada antes do dito reservatório (1) e a outra (5) no tubo de desvio ou by-pass (3). Os dispositivos citados até aqui serão denominados mais a frente como conjunto.[0025] The invention relates to a CO2 capture system to be installed in the automotive exhaust system, provided with reservoir (1), filter with capture material (2), a diversion tube or bypass (3) , two electronic flow valves, one (4) located before said reservoir (1) and the other (5) in the bypass or bypass tube (3). The devices cited here will be referred to below as a set.

[0026] O sistema de captura de CO2 ainda compreende uma unidade de controle eletrônico (10), dois sensores de CO2 - um (8) localizado no ponto anterior as duas válvulas eletrônicas de fluxo (4 e 5) e o outro (9) localizado no ponto posterior a saída do reservatório (1) - e ainda sensores de temperatura (6) e de pressão (7) instalados no ponto anterior as duas válvulas eletrônicas de fluxo (4 e 5), como exemplifica a Figura 1.The CO2 capture system further comprises an electronic control unit (10), two CO2 sensors - one (8) located anteriorly to the two electronic flow valves (4 and 5) and the other (9) located at the rear of the reservoir outlet (1) - plus temperature (6) and pressure (7) sensors installed at the front of the two electronic flow valves (4 and 5), as shown in Figure 1.

[0027] O fluxo de gases de escape entra no dito conjunto por (A). Caso o sensor de temperatura (6) registre um valor dentro da faixa previamente estabelecida e armazenada na memória da Unidade de Controle Eletrônico (UCE) (10), um comando de abertura será enviado para a válvula de fluxo (4), permitindo assim que os gases adentrem o reservatório (1) e passem pelo filtro (2). Ao mesmo tempo, um comando de fechamento será enviado para a válvula de fluxo (5), impedindo que os gases passem pelo tubo de desvio (3). Após passar pelo filtro (2), os gases seguem para a saída do conjunto (B).The exhaust flow enters said assembly by (A). If the temperature sensor (6) records a value within the previously established range stored in the memory of the Electronic Control Unit (ECU) (10), an opening command will be sent to the flow valve (4), thus allowing gases enter the reservoir (1) and pass through the filter (2). At the same time, a close command will be sent to the flow valve (5), preventing gases from passing through the bypass pipe (3). After passing through the filter (2), the gases go to the outlet of the assembly (B).

[0028] Por outro lado, caso o sensor de temperatura (6) registre um valor fora da faixa previamente estabelecida e armazenada na memória da UCE (10), a válvula de fluxo (5) será acionada para abertura e a válvula de fluxo (4) para fechamento, permitindo assim que os gases passem pelo tudo de desvio (3) e sigam diretamente para a saída do conjunto (B).On the other hand, if the temperature sensor (6) records a value outside the previously established range stored in the ECU memory (10), the flow valve (5) will be activated for opening and the flow valve ( 4) for closing, thus allowing gases to pass through the bypass everything (3) and go straight to the outlet of the assembly (B).

[0029] A UCE (10) é responsável pela interpretação dos sinais dos sensores (6, 7, 8) e pela estratégia de acionamento das válvulas eletrônicas de fluxo (4) e (5). A Unidade de Controle Eletrônico (10) pode ser uma unidade dedicada ao sistema de captura de CO2 ou então o próprio módulo de controle eletrônico do veículo.The ECU (10) is responsible for interpreting the signals of the sensors (6, 7, 8) and the strategy of actuating the electronic flow valves (4) and (5). The Electronic Control Unit (10) can be a unit dedicated to the CO2 capture system or the vehicle's own electronic control module.

[0030] Com relação aos sensores de C02, instalados antes (8) e depois (9) do reservatório (1), ao enviarem para a UCE (10) sinais relacionados à concentração de CO2, permitem, por comparação, indicar qual o nível de saturação do filtro (2), Essa informação permite que a UCE (10) estime a autonomia do sistema, ou seja, após quantos quilômetros (km) será atingido até o limite de saturação do filtro (2). Com essas informações, a UCE (10) poderá fazer um novo ajuste para as válvulas de fluxo (4) e (5), de modo a diminuir o fluxo de gases pelo reservatório (1), diminuindo assim a eficiência de captura, porém, compensando a saturação do filtro (2) e aumentando a autonomia do sistema.With regard to the CO2 sensors installed before (8) and after (9) of the reservoir (1), by sending to the ECU (10) signals related to the CO2 concentration, it is possible, by comparison, to indicate the level of filter saturation (2), This information allows the ECU (10) to estimate the system autonomy, ie after how many kilometers (km) will be reached to the filter saturation limit (2). With this information, the UCE (10) will be able to make a new adjustment to the flow valves (4) and (5), in order to decrease the gas flow through the reservoir (1), thus decreasing the capture efficiency. compensating for filter saturation (2) and increasing system autonomy.

[0031] A decisão quanto ao acionamento das válvulas eletrônicas de fluxo (4) e (5) pela UCE (10) também está em função do sensor de pressão (7). Caso seja registrada uma pressão maior que o limite previamente estabelecido e armazenado na memória da UCE (10), a válvula de fluxo (5) será acionada para abertura e a válvula de fluxo (4) para fechamento, permitindo assim que os gases passem pelo tudo de desvio (3) e sigam diretamente para a saída do conjunto (B). O aumento da pressão no sistema pode estar relacionado com a saturação do filtro (2) ou o alcance do limite da autonomia do sistema, dentre outros problemas que podem vir a acontecer.The decision as to the actuation of the electronic flow valves (4) and (5) by the ECU (10) is also a function of the pressure sensor (7). If a pressure greater than the previously established limit is stored and stored in the ECU memory (10), the flow valve (5) will be activated for opening and the flow valve (4) for closing, thus allowing gases to pass through deviation (3) and go straight to the output of the assembly (B). Increasing system pressure may be related to filter saturation (2) or reaching the system autonomy limit, among other problems that may occur.

[0032] Em adição ao exposto, o reservatório (1) pode ser dotado de uma porta móvel (não mostrada na Figura 1) que possibilitará a retirada do filtro (2) saturado, permitindo assim a sua rápida troca em posto de serviço.In addition to the foregoing, the reservoir (1) may be provided with a movable door (not shown in Figure 1) which will allow the removal of the saturated filter (2), thus allowing it to be quickly changed at the service station.

[0033] Diante do exposto, a presente invenção proporciona a captura de CO2 via contato dos gases de escapamento com o filtro (2) (composto por um ou mais materiais de captura) armazenado no reservatório (1) do sistema de captura de C02, que por sua vez deve ser montado em ponto específico do duto de escape do veículo. Logo, tem-se a transferência de massa do C02 da fase gasosa para uma fase condensada (líquida ou sólida, dependendo do tipo de filtro).In view of the foregoing, the present invention provides for CO2 capture via exhaust gas contact with the filter (2) (composed of one or more capture materials) stored in the reservoir (1) of the CO2 capture system, which in turn must be mounted at a specific point in the exhaust pipe of the vehicle. Thus, there is the mass transfer of CO2 from the gas phase to a condensed phase (liquid or solid, depending on the type of filter).

[0034] Com relação à escolha do material de captura a ser armazenado no dito reservatório (1), os seguintes parâmetros devem ser considerados para maximizar a eficiência de captura, o limite de saturação e a autonomia do sistema: seletividade, operação em ciclos rápidos, afta capacidade de trabalho, baixa resistência à transferência de massa, alta eficiência de captura, alto limite de saturação, capacidade de remoção do CO2 capturado pelo filtro (via tratamento químico ou térmico), capacidade de recuperação dos compostos de partida (matérias-primas utilizadas na preparação do filtro) e capacidade de regeneração do filtro após diversos ciclos de utilização.Regarding the choice of capture material to be stored in said reservoir (1), the following parameters should be considered to maximize capture efficiency, saturation limit and system autonomy: selectivity, fast cycle operation , cold sore working capacity, low resistance to mass transfer, high capture efficiency, high saturation limit, filter removal ability of CO2 captured (via chemical or heat treatment), recoverability of starting compounds (raw materials) filter preparation) and filter regeneration capacity after several cycles of use.

[0035] O tipo de material de captura ou filtro (2) a ser utilizado não é objeto desse pedido de patente, e por isso é tratado genericamente, de modo a não restringir o escopo desta patente. Entende-se que o filtro (2) pode ser formado por um único material ou então por uma composição de vários materiais, desde que todos estejam contidos dentro do reservatório (1).The type of capture or filter material (2) to be used is not the subject of this patent application, and is therefore generally treated so as not to restrict the scope of this patent. It is understood that the filter (2) may be formed of a single material or a composition of several materials, provided that they are all contained within the reservoir (1).

[0036] Considerando ainda a alta dependência da faixa de temperatura na qual o filtro (2) está condicionado a maximizar a eficiência de captura, o limite de saturação e a autonomia do sistema, propõe-se a possibilidade de instalação da presente invenção em três diferentes pontos do duto de escape do veículo, a saber (figura 2): (i) Entre o catalisador (11) e o abafador (12), para uma faixa de temperatura de 450 a 600°C; (ii) Entre o abafador (12) e o silencioso (13), para uma faixa de temperatura de 300 a 450°C; (iii) Depois do silencioso (13), para uma faixa de temperatura de 150 a 300°C.Considering also the high dependence of the temperature range in which the filter (2) is conditioned to maximize the capture efficiency, the saturation limit and the autonomy of the system, it is proposed to install the present invention in three different points of the vehicle exhaust duct, as follows (Figure 2): (i) between the catalyst (11) and the damper (12) for a temperature range of 450 to 600 ° C; (ii) Between the damper (12) and the muffler (13), for a temperature range of 300 to 450 ° C; (iii) After muffler (13), for a temperature range of 150 to 300 ° C.

[0037] O processo físico-químico de captura de CO2 pelo filtro (2) do reservatório (1) acontece até que seja atingido o seu limite de saturação, que se caracteriza pela falta de reagentes para novas reações e excesso de produtos. Dessa maneira, alcançado o limite da autonomia do sistema, faz-se necessário remover o filtro (2) saturado para substituí-lo por um novo, sendo este procedimento realizado em posto de combustível ou serviço capacitado para tal operação.The physicochemical process of CO2 capture by the filter (2) of the reservoir (1) happens until its saturation limit is reached, which is characterized by the lack of reagents for new reactions and excess products. Thus, once the system autonomy limit has been reached, it is necessary to remove the saturated filter (2) to replace it with a new one. This procedure is performed at a gas station or service capable of such operation.

[0038] Após ser encaminhado a uma empresa especializada, o filtro (2) saturado passará por um processo industrial (tratamento químico ou térmico) para que haja a remoção do CO2 capturado, ou seja, para que haja a transferência de massa do CO2 da fase condensada (líquida ou sólida, dependendo do tipo de filtro) para a fase gasosa. Posteriormente, o C02 gasoso pode ser purificado, armazenado e destinado à comercialização.After being sent to a specialized company, the saturated filter (2) will undergo an industrial process (chemical or thermal treatment) to remove the captured CO2, ie, to transfer the CO2 mass from the condensed phase (liquid or solid, depending on filter type) to the gas phase. Subsequently, CO 2 gas can be purified, stored and intended for commercialization.

[0039] Como resultado do processo de tratamento químico ou térmico, têm-se também a recuperação dos compostos de partida (matérias-primas utilizadas na preparação do filtro) ou a regeneração do filtro (2) para reutilizá-lo, respectivamente.[0039] As a result of the chemical or heat treatment process, there is also the recovery of the starting compounds (raw materials used in the preparation of the filter) or the regeneration of the filter (2) to reuse it respectively.

[0040] Além do exposto, também há possibilidade de uso direto do subproduto da captura (filtro (2) saturado de C02), o qual pode vir a ser comercializado como insumo ou matéria-prima de interesse para a indústria agrícola e de fertilizantes, por exemplo.In addition to the above, there is also the possibility of direct use of the catch by-product (CO2-saturated filter (2)), which may be marketed as an input or raw material of interest to the agricultural and fertilizer industry, for example.

[0041] Por fim, com a presente ação inventiva será possível disponibilizar ao mercado automotivo um sistema de fácil fabricação, com baixo custo de produção, instalação e manutenção, com baixo consumo de energia e com a mínima geração de resíduos - permitindo assim sua aplicação em larga escala com o objetivo de capturar parte do CO2 emitido por veículos automotores. Com a presente invenção também será possível comercializar os créditos de carbono obtidos devido a não emissão de C02 à atmosfera, além dos comercializáveis supracitados.Finally, with the present inventive action it will be possible to make available to the automotive market a system of easy manufacture, with low cost of production, installation and maintenance, with low energy consumption and with minimum waste generation - thus allowing its application. to capture part of the CO2 emitted by motor vehicles. With the present invention it will also be possible to market the carbon credits obtained due to the non-emission of CO2 to the atmosphere in addition to the above tradables.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. Sistema de Captura de Dióxido de Carbono (C02) oriundo de processos termodinâmicos, composto por um reservatório (1) com filtro (2) e um tubo de desvio (3), caracterizado por: - Uma válvula eletrônica (4) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo filtro (2) armazenado no reservatório (1); - Uma válvula eletrônica (5) para controlar o fluxo dos gases de escape pelo tubo de desvio (3); - Um sensor de temperatura (6) para medir a temperatura (°C) dos gases de escape; - Um sensor de pressão (7) para medir a pressão (psi) dos gases de escape; - Uma Unidade de Controle Eletrônico (10) para controlar a atuação das válvulas de fluxo (4) e (5), sempre em função da temperatura registrada pelo sensor (6) e por outros parâmetros de controle.1. Carbon dioxide capture system (CO2) from thermodynamic processes, consisting of a reservoir (1) with filter (2) and a diversion tube (3), characterized by: - An electronic valve (4) to control the exhaust gas flow through the filter (2) stored in the reservoir (1); - An electronic valve (5) for controlling the flow of exhaust gas through the bypass pipe (3); - a temperature sensor (6) for measuring the temperature (° C) of the exhaust gas; - A pressure sensor (7) for measuring the exhaust pressure (psi); - An Electronic Control Unit (10) to control the actuation of flow valves (4) and (5), always depending on the temperature registered by the sensor (6) and other control parameters. 2. Sistema, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por o processo termodinâmico ocorrer em um motor de combustão interna.System according to Claim 1, characterized in that the thermodynamic process takes place in an internal combustion engine. 3. Sistema, de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado por o motor de combustão interna ser um motor automotivo.System according to Claim 2, characterized in that the internal combustion engine is an automotive engine. 4. Sistema de Captura de C02, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por compreender dois sensores de C02, um (8) localizado no ponto anterior as duas válvulas eletrônicas de fluxo (4 e 5), e o outro (9) localizado no ponto posterior a saída do reservatório (1).CO2 capture system according to Claim 1, characterized in that it comprises two CO2 sensors, one (8) located anteriorly the two electronic flow valves (4 and 5), and the other (9) located at the rear of the reservoir outlet (1). 5. Sistema de Captura de C02, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a Unidade de Controle Eletrônico (10) ser uma unidade dedicada ao sistema ou então o próprio módulo de controle eletrônico do veículo.C02 capture system according to Claim 1, characterized in that the Electronic Control Unit (10) is a unit dedicated to the system or the vehicle's own electronic control module. 6. Sistema de Captura de C02, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por o reservatório (1) ser dotado de uma porta móvel.CO2 capture system according to Claim 1, characterized in that the reservoir (1) is provided with a movable door. 7. Sistema de Captura de CO2, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por ser aplicado no duto de escape de veículos automotores e em uma das seguintes situações: (i) Entre o catalisador e o abafador, para uma faixa de temperatura de 450 a 600°C; (ii) Entre o abafador e o silencioso, para uma faixa de temperatura de 300 a 450°C; (iii) Depois do silencioso, para uma faixa de temperatura de 150 a 300°C.CO2 capture system according to Claim 3, characterized in that it is applied to the automotive exhaust pipe and in one of the following situations: (i) Between the catalyst and the damper, for a temperature range of 450 ° C at 600 ° C; (ii) Between the damper and the muffler for a temperature range of 300 to 450 ° C; (iii) After the silencer, for a temperature range of 150 to 300 ° C.
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