CN103403142B - 在车辆上回收和储存来自机动车辆废气的co2 - Google Patents

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Abstract

描述了一种方法和***，该方法和***用于在车辆上处理由为车辆提供动力的烃作燃料的内燃机(ICE)所释放的包含CO2的废气物流，包括：使废气物流与车辆上的CO2捕集剂接触，所述捕集剂具有从废气物流中提取CO2的预定能力；将具有减少的CO2含量的经处理的废气物流排放到大气中；当用捕集剂提取的CO2浓度达到预定水平时，停止废气物流与捕集剂的接触；加热CO2捕集剂以释放经提取的CO2并再生捕集剂；回收基本上纯的CO2气体物流；在车辆上压缩回收的CO2气体以减小它的体积；和将压缩的CO2暂时储存在车辆上。

Description

在车辆上回收和储存来自机动车辆废气的CO2
发明领域
本发明涉及减少来自车辆废气物流的二氧化碳排放，该车辆由内燃机和其它产生废热的热机提供动力。
技术背景
目前公认的观点是全球变暖是由于例如二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的温室气体的排放。目前估计全球源自人类的CO2排放中大约四分之一是来自机动来源，即由内燃机(ICE)提供动力的汽车、卡车、公共汽车和火车。该比例的贡献可能在可预见的将来随着发展中国家汽车和卡车拥有量的激增而迅速增加。目前，运输行业是原油的主要市场，并且控制二氧化碳排放，既是环境责任也是为了在面对来自替代技术例如由电动马达和蓄电池提供动力的车辆的挑战时维持运输行业中原油市场的生存能力的期望目标。
来自机动来源的二氧化碳管理呈现许多挑战，包括空间和重量的限制、任何规模经济的缺乏和为机动来源提供动力的ICE的操作动力属性。
用于捕集来自燃烧气体的二氧化碳的现有技术方法主要地集中在固定来源如发电厂。解决减少来自也使用氧燃烧的机动来源的CO2排放问题的那些，没有提供用于再生和再利用CO2捕集剂的措施，和/或没有利用从热源回收的废热。使用氧燃烧需要氧-氮分离步骤，它比从废气中分离CO2是更能量密集的，并且如果试图在车辆上进行则更加困难。
CO2捕集技术一直集中在静止或固定的来源。已经开发的方法是在从室温到至多约80℃的温度下使用胺和胺官能化的液体和溶液吸收CO2。在温度在100℃以上时，且特别是在由ICE提供动力的车辆中遇到的约130℃至300℃的范围内，胺呈现出低的CO2吸附能力。因此，ICE废气的高温使得用液态胺溶液直接处理以除去CO2是不切实际的。
已经普遍认为从机动来源捕集CO2过于昂贵，因为它涉及到具有相反的规模经济的分布式***。由于车辆上的空间限制、额外的能量和装置要求和车辆的操作周期，例如快速加速和减速期间的间歇性阶段的动力属性，问题的解决方案似乎是不切实际的。
因此，本发明的目的是提供一种方法、***和装置，其通过在机车辆上暂时存储CO2降低来自车辆的CO2排放，从而高效地且成本有效地解决这些问题。大批量生产这样的***的能力将至少部分地抵消与这些机动来源的分布式属性有关的其它成本。
如本文所用，术语“内燃机”或ICE，包括燃烧含碳燃料产生动力或功并产生需去除或驱散的废热的热机。
如本文所用，术语“机动来源”是指任何宽种类的已知的运输工具，其可以用于运输货物和/或人，由一个或多个产生包含CO2的废气物流的内燃机提供动力。这包括所有类型的在陆地上行进的机动车辆，以及火车和轮船，其中在将来自ICE的废气在排放到大气中之前，排放到包含的导管中。
本文所用的术语“车辆”理解为是作为方便的速记并且与“机动来源”同义，且与“运输工具”共存，通常，与上面使用的术语相同。
如本文所用，术语“CO2捕集剂”和“捕集剂”是指吸收剂液体或细分的固体吸收剂材料或组合物，例如，以粉末形式的可流动固体吸收剂，具有可预测的在许多个吸收/吸附和解吸循环中可逆地吸收或吸附CO2的能力。粉末固体吸收剂在合适条件下具有被泵送和其它地被运输的能力，好像它是流体。可以通过现有技术中已知的任何措施来运输可流动固体吸收剂材料，例如机械螺旋运输机、气动装置等。该术语也指在液体中的固体吸收剂材料的可流动浆料，其中任选地该液体在接触时也能够吸收CO2，或者其中浆料形成新的化合物，例如水合物。
如本文所用，术语“废热”是典型的发动机产生的热，其主要包含在热废气(～300℃-650℃)和热冷却剂(～90℃-120℃)中。通过来自机体和它的相关组件和废气通过的其它组件，包括歧管、管线、催化转换器和***的对流和辐射释放并损失额外的热。这些热能总计为典型的烃类(HC)燃料提供能量的约60%。
发明内容
本发明广泛地包括一种方法及***，用于在车辆上处理由用于为车辆提供动力的烃作燃料的内燃机(ICE)释放的包含CO2的废气物流，以减少排放到大气中的CO2量，其包括：
a.车辆上的处理区域，包括具有从废气物流提取CO2的预定能力的捕集剂，
所述处理区域具有用于允许废气物流接触捕集剂的入口和用于通过具有降低的CO2含量的经处理的废气物流的出口，
所述处理区域还包括热交换器，所述热交换器具有用于接收热的热交换流体，例如来自ICE的热废气物流的入口，用于进入与捕集剂的热交换关系以释放CO2和再生捕集剂，和用于冷却的热交换流体，例如废气物流的出口，
所述处理区域具有用于从再生的捕集剂释放的CO2的CO2排放出口；
b.压缩区域，与来自处理区域的CO2排放出口流体连通，所述压缩区域包括一个或多个用于减小CO2体积的压缩机；
c.储存区域，用于接收压缩的CO2以暂时储存在车辆上；
d.废气导管，与来自处理区域的经处理的废气物流出口流体连通；和
e.任选地，至少一个废热回收区域，用于回收来自废气物流、ICE和/或直接来自ICE的热能，以转换为电能或机械能。
本发明的方法和***包括在车辆上分别使用液体吸收剂或可流动粉末吸收剂或具有两者性质的浆料作为CO2捕集剂来吸收或吸附来自ICE废气物流的CO2。在优选的实施方案中，该吸收是可逆的，例如，当通过升高温度和/或降低压力造成被吸收/吸附的CO2释放，并且将吸收剂/吸收剂材料再生用于进一步的使用。
为了进一步描述本发明的方便起见，将参考液体吸收剂和液体吸收方法，应理解该描述也同样地适用于可流动的粉末吸收剂和吸附方法，并且也适用于使用其可任选地同时包括通过固体组分的吸附和通过液体组分的吸收的浆料的方法，以及水合物例如笼形水合物的形成。
本发明通过使用在车辆上可获得的自由能作为废热来捕集CO2并且增加它的密度用于暂时储存直到加燃料，解决了空间限制和辅助动力需求的问题。本发明由下列组成：(a)利用捕集剂以除去来自发动机废气的全部或大部分CO2的吸收分离方法；(b)使用一些发动机废热以回收基本上纯的CO2和再生捕集剂，和任选地，(c)将一些发动机废热转换成动力，即工作能量；和(d)使用该动力以增加捕集的CO2的密度，用于暂时储存在车辆上。使用废热为捕集、再生和稠化(densification)提供能量显著地降低捕集成本，并且稠化将减少暂时在车辆上储存CO2的体积需求。将废热转换成电能或其它可用形式的能量也降低了分配到稠化步骤的燃料的量，且因此与ICE所做的动力输出或功有关的废气物流中CO2的总量。
本发明进一步包括任选的使用一些部分的发动机的功操作CO2压缩机。当发动机在它的减速模式下操作并用来减慢发动机时，和当发动机空转时可以利用发动机的功。在适当的预定发动机操作条件下，可以利用在车辆上的处理器和控制器以使压缩机驱动连接到发动机上。
本发明可以用在宽范围的机动来源，该来源例如通过燃烧化石基的或烃类燃料操作的乘用车辆、卡车、公共汽车、重型车辆、火车、船舶等。本发明的***和装置可以安装在新的机动来源和/或通过翻新现存的机动来源。
本发明基于不同部件的整合以形成使用从车辆的ICE中回收的废热用于有效地后燃烧CO2捕集、稠化和后序的暂时储存在交通工具上的***。该***可以包括(a)用于对从发动机废气中捕集的CO2吸收/分离的处理区域；(b)利用一些发动机废热从捕集剂中释放CO2的再生区域；(c)将一些废热转换成动力(工作能量)的转换域区；和(d)使用来自废热的动力增加捕集的CO2密度的稠化区域，和用于暂时在车辆上储存的储存区域。在实施本发明的方法中，操作该***所需的所有或大部分能量来自ICE的废热。
典型的发动机产生的废热主要由热废气(～300℃-650℃)和热冷却剂(～90℃-120℃)组成。如图1中图表所示，该热能总计为典型的烃类(HC)燃料在ICE中燃烧产生能量的约60%。为了有效地在车辆上储存，需要能量从废气中分离CO2并压缩、液化或凝固所有或部分捕集的CO2。该能量典型地是功和热能的混合。该能量的功部分是通过使用部分废热产生该功而产生的。可以使用一些废热以再生用于CO2分离的任何材料，例如吸收剂或作为反应产物形成的固体碳酸盐。
从废气中分离CO2是通过一个或多个物理吸收、化学吸收和/或形成碳酸盐或其它化合物的化学反应的可逆过程发生。这些机制是本领域中公知的，并且一些在图2和3中示意性地说明。如图2中所说明,约60％的燃料能量值转换为废热，其中部分可用于解吸CO2和再生捕集剂，以及产生电能和其它形式的动力，或压缩CO2所需的功。图3说明使用废气的热解吸CO2和再生捕集剂的一个实施例。水作为冷凝物也从冷却的废气中除去，并可将降低的CO2含量的废气排放到大气中。
在一个实施方案中，首先通过热交换降低全部或预定部分的废气物流的温度，以优化CO2的吸附。该热交换用适当的使用水或其它液体的装置，或环境空气冷却器，或两者的组合实现。将冷却的废气物流的预定部分分流用于通过与已知的液态胺和/或官能化的胺溶液接触来捕集CO2。根据使用的热交换器和冷却流体的类型和特征预定可以有效地处理以去除或减少存在的CO2的废气的体积流量。例如，在由于高度、季节变化、夜间快速冷却等环境空气温度相对较低的地理区域中，可以处理更大体积部分的废气物流。未处理的剩余废气物流，如果存在的话，排放到大气中。优选地，最优化液体胺捕集***的操作以最小化装置的尺寸和流体的体积，以节约资本和任何替换成本，并且以最小化由该***添加到车辆上的重量。热交换器的冷却能力可以基于将使用车辆的地理地区的已知平均环境条件来确定。
假设环境温度的季节变化，使用众所周知的和商购可获得的发动机-控制处理/控制器可对该***编程，以使得例如在冬季当空气温度较低时，更大比例的废气物流进入热交换器，并且在夏季当温度升高时，该比例较小。可以通过废气物流分流控制阀来控制体积流量。可以对阀控制器编程以响应来自一个或多个环境空气传感器、废气物流、热交换器冷却器的出口温度和/或吸收器中的液体温度的温度数据。因此，用于自动确定分流用于冷却和CO2吸收的废气物流的分数与排放到大气中的分数的控制策略是基于使去除和稠化的CO2的量最大。可以对废气分流阀编程，以在快速加速、重负荷、突然制动等发动机操作条件下，向环境中排放所有或几乎所有的废气，其中将稳定状态条件暂时打断，并且温度、压力和其它传感器信号不可通过发动机控制单元或其它经编程的控制器可靠地处理以优化CO2捕集用于实时稠化。
在车辆上机动来源上可获得的有限空间中的特定用途需要周密分析许多参数。捕集剂的再生将优选地通过温度摆动或压力摆动方法在车辆上进行。然而，在捕集剂具有非常高的用于既捕集并且也稠化CO2的能力的情况下，再生可以在加燃料期间或在固定位置完成。可以将吸收剂材料保持在筒或其它可移动的容器中，可以移动该容器用于在合适的设备中再生。为了延长车辆的操作可以并联安装多个筒。
再生和稠化步骤也可以同时进行。如果加热捕集剂，它将开始释放CO2。如果没有去除CO2或给定膨胀空间，那么高压和高温CO2会积聚。在该情况下，捕集剂的再生将不像当去除释放的CO2时那样完全。然而，可以通过提高再生温度来维持液体的相同的动态能力。
在优选的实施方案中，在装置中从捕集剂释放的CO2将产生正压，并且CO2压缩机的入口将产生下游低压区域，从而导致解吸的CO2气体物流流量用于压缩。通过CO2压缩机下游的真空泵也可以促进解吸期间CO2的取出(withdrawal)。当已解吸预定量的CO2，吸收单元可以返回以用于接收发动机的废气物流。在优选的操作模式中，使液体或可流动的固体吸收剂循环通过吸附区域和解吸区域，这与间歇操作形成对比，例如在使用固体吸收剂的变温吸附(thermalswing)中。
为了有效地在车辆上暂时储存CO2，通过压缩、液化或通过将气体凝固形成固体CO2，即干冰完成形成稠密CO2的形成。取决于它的状态，即气体、液体和/或固体，CO2的最终密度将为5-1600kg/m3。用于该稠化所需的至少部分总工作能量是通过使用热到动力的转化而从废热获得。
在CO2捕集循环的启动期间，或为满足其它特定操作需要的需求，可以使用部分发动机的动力，或者可选择地，储存在车辆上的电池中的电。在***正常的稳定状态操作期间，用于CO2捕集和稠化所需的至少部分能量将来自ICE的废热。
相对于用于减少来自固定来源的CO2排放的现有技术方法，本发明所具有的一个优点是易于获得的相对的高到中等温度的废热。热能成本是用于从固定来源中捕集CO2的重要开支项目，因为已经降低来自煤或气-燃烧的发电设施的废气温度，以最大化燃料的能量值并且也最小化地向环境中排放污染物例如废热中的SOx。
附图说明
下面将进一步参考附图来描述本发明，附图中相同或相似的元件用相同数字表示，并且其中：
图1是通过典型的内燃机将烃类燃料的能量转换为热和动力、或功的示意图；
图2是将图1与本发明的方法合并的示意图；
图3是使用来自ICE的废热再生捕集剂的本发明方法的实施方案的示意图；
图4是使用液体捕集剂和代表性的热回收设备的***和装置的一个实施方案的示意图；
图5是另一实施方案的示意图，其中将吸收发动机冷却剂用作捕集剂；
图6是其中浆料用作捕集剂的实施方案的示意图；
图7是其中液体吸收剂用作捕集剂以及通过热交换器冷却废气的实施方案的示意图；
图8是图表，说明对于具有水蒸气和不具有水蒸气的纯CO2气体物流，固体铝酸盐吸收剂化合物的CO2吸收能力随着温度而增长；
图9是图表，说明CO2吸收能力关于固态碱土金属和碱金属化合物的操作温度的典型变化；
图10是图表，说明CO2吸收能力关于非常小粒子的高沸点胶体溶液的操作温度的典型变化；
图11是使用可逆的相变吸收剂的实施方案的示意图；和
图12是使用用可逆的CO2吸收剂材料涂覆的磁性粒子的实施方案的示意图。
具体实施方式
参考实施方案描述本发明，在实施方案中，从发动机的废气中提取CO2直到达到捕集剂的能力，并且然后从捕集剂中解吸并回收CO2，同时捕集剂进行再生。然后将作为气体物流回收的CO2压缩从而作为气体、液体和/或固体储存。部分或全部步骤所需的一些或全部能量来自从发动机废气物流回收的废热，其可直接用于捕集剂的再生和/或通过其它常规设备转换为电或功。废热能也可以来自冷却剂***和/或机体和相关部件。
在图3中示意性地说明本发明的一个实施方案中，说明了合适的***和装置，其中在废气通过与富CO2吸收剂的热交换关系的吸收剂再生区域40后，从废气物流20中吸收CO2。该***示意性地说明为两个子***或单元40(“再生区域”)和50(“CO2吸收区域”)；然而，基于捕集剂的能力、废气流速和该***的其它特征，可以使用附加的子***。各子***在设计上可以相似，包括升高液体吸收剂的温度以解吸CO2的热交换器，以及为了回收更大比例的CO2，各子***可以并联或串联布置。
图4和图5示意性地说明本发明的代表性实施方案。图4说明吸收方法的概述。热废气物流20通过热回收(HR)单元30，该单元在300℃-650℃的温度下操作，以将一些废热转换为电能或机械能。然后冷却的废气物流通到再生单元40中的热交换器，在那里它提供解吸CO2所需的低温度的热，和因此再生被CO2饱和的液体吸收剂42。
然后将进一步冷却的废气物流通到另一热回收单元32，该单元在比HR30低的温度下操作，在那里将额外的废热转换为电能或机械能。然后使该进一步冷却的废气物流26通到吸收单元50，在那里它与吸收或捕集CO2的经再生的流体44接触。来自再生单元40的该液体吸收剂44通过降低它的温度到理想值用于最适宜的吸收能力的热回收单元32，并且将回收的热转换为额外的电能或机械能。将经处理的具有减少的CO2含量的废气物流52排放到大气中。
图5示意性地说明本发明另一实施方案，其中将ICE的常规冷却剂替换为液体混合物，该液体混合物不仅起到冷却ICE的作用而且还起到从废气物流中吸收CO2的作用。该专门的冷却剂在下文称作“吸收冷却剂”。在发动机中，使烃类燃料和空气燃烧以产生能量和包含CO2的废气。在高温下从热废气中吸收CO2的能力非常有限。为了使这些气体冷却下来，并且同时为后面的CO2稠化提供动力或工作能量，使该热废气物流通过热到动力转换器100，例如热电器件或蒸汽发生器涡轮组合。来自转换器100的动力可用于例如通过压缩机110稠化CO2。
使包含CO2的冷却的废气物流26与吸收大部分CO2的冷吸收冷却剂接触，并且将CO2含量减少的剩余的废气排放到大气中。现在将冷吸收冷却剂送到机体，在那里通过气缸中燃料的燃烧将它加热。热吸收冷却剂具有较小的吸收CO2的能力，并且一旦压力降低，大部分的CO2作为气体而释放并且与在分离器120中与液体冷却剂分离。然后将吸收冷却剂循环并且该方法继续。基于温度和压力的操作条件确定吸收冷却剂的性质，以最优化随着时间它的CO2吸收能力、它的冷却能力和它的使用性能。还需考虑在冷却回路中吸收冷却剂对金属的腐蚀性。使用由单元100产生的动力使从分离器120回收的气态CO2122在单元110中经历稠化。
在替代的实施方案中(未示出)，使用常规的发动机冷却剂加热吸收液体，而不是在散热器中将热交换到大气中。在进一步的实施方案中，在使吸收剂与废气物流20接触之前，使它在制冷循环中冷却以增强它的CO2吸收能力。
在图6示意性地说明其中使用浆料水合物发生器作为吸收剂的实施方案。与图4中先前描述的实施方案一样，热废气物流20通过热回收设备30、吸收剂再生区域40并且然后热回收设备34,在那里将它进一步冷却作为废气物流26。由经编程的阀控制器72启动三通阀70，以允许预定量的废气物流28进入浆料水合物发生器50。在该实施方案中，使用的合适捕集剂是形成包合络合物的笼形化合物，其中将CO2分子完全装入在另一分子内。所得到的物质是CO2笼形水合物浆料。该CO2捕集发生在比环境略低例如-10℃到环境的温度下。该笼形水合物可以在常压或略高的压力，即1-10bar下形成。
继续参考图6，使用压缩或吸收的制冷循环80用于有效地捕集CO2。冷制冷剂82从制冷设备80循环，与发生器50中的浆料进行热交换。制冷剂的冷却可以通过环境空气通道，例如盘管86。在另一操作模式中，使用通过盘管84来自热废气物流20的热操作制冷循环。
来自汽油或柴油作燃料的内燃机的废气物流包含约13%的水蒸气。水蒸气的存在，对于特殊吸收剂材料从废气物流中去除CO2的能力具有积极影响、消极影响或没有影响。例如，如图8中所示，在相对较低温度下，水蒸气的存在增加了CO2的重量增加作为固体吸收剂材料的百分比。在温度为500℃和不存在水时，吸收剂的重量增加为约22%，而在水蒸气存在时增加几乎二倍，至约42%。在300℃和400℃时，在水蒸气存在时对于CO2，相对的重量增加为约三倍。在对于水蒸气的存在增加材料的CO2吸收能力的那些吸收剂的情况下，对于给定CO2的能力，可以使用更少的吸收剂材料。得益于废气物流中存在的水的吸收剂包括铝酸盐基和胺基材料，例如铝酸钙、聚(烯丙胺)、以及负载在多孔固体上的高沸点液态胺。
如果该材料初始的高CO2保持能力超过落入首先两个种类的混合物的初始的高CO2保持能力，在本发明的实践中可以使用水蒸气对其有不利影响的吸收剂材料。
无论如何，将基本上所有水蒸气随氮气和任何剩余CO2排放到大气中，或者在最后的CO2稠化中作为冷凝物去除。
本发明中使用的CO2捕集剂与在固定来源和天然气纯化***中使用的典型的胺溶液不同。取决于发动机旋转频率、负载和沿着废气***/管道的位置，来自内燃机的典型的热废气温度变化。温度的范围为130℃-650℃，对于使用胺溶液而言过高，因为典型的胺溶液从室温到至多60℃时吸收CO2而在80℃-120℃时再生。尽管可以使用热交换器或热回收***以降低整个废气物流的温度，但是由于在具有产生相当大体积的废气的ICE的机动来源中的可获得的空间上的约束，在这些来源上使用热交换器将整个废气物流的温度降低到60℃是不实际的。在这样的情况下，可以处理部分废气物流用于CO2捕集。基于不同种类的商用机动车辆的测试，发现通过热交换可将它们的废气物流的温度降低到50℃。
在另一方面，ICE废气物流的高温具有吸收和解吸的更快动力学的优点。在例如发电厂的CO2固定来源中，较低的温度和低再生热是减少CO2捕集成本的重要目标，但是在机动来源上，废气物流中的能量通常损失到大气中，所以没有类似的处罚。
CO2捕集组件的实施方案包括，但不限于下面的那些。
1.为了与废气分离，捕集剂可以基于CO2的化学或物理吸收，即化学吸收剂或物理吸收剂。物理吸收剂可以包括活性炭、沸石、金属有机骨架(MOF)材料和有机-无机杂化物。
2.捕集剂可以是物理地吸收CO2或以可逆方式与它化学地反应的高沸点液体或低共熔混合物，例如离子液体和传热流体。
3.捕集剂可以是与CO2化学地反应的材料的高沸点溶液。合适的试剂包括在上述实施例(2)中描述的碱金属碳酸盐在高沸点液体中的溶液中可逆的化学吸收。碱金属碳酸盐形成碳酸氢盐，例如重碳酸盐。碳酸氢钾在100℃以上时开始再生而碳酸氢铷在175℃以上时开始再生。另一实施例是离子液体碳酸盐，例如咪唑基和吡啶(pyridnium)基碳酸盐/碳酸氢盐。这些离子液体碳酸盐在纯的状态下通常不稳定，而在溶液中是稳定的。
4.捕集剂可以是与CO2化学地或物理地相互作用的、在液体中分散的并且动力学地或热力学稳定的非常小粒子的高沸点胶体溶液。实例是可以分散在上述实施方案(2)中所描述的流体中的、在高温下由具有高CO2能力的固体构成的粒子。
5.捕集剂可以是物理地吸收CO2或与它反应的、动力学地悬浮在高沸点液体中的固体粒子。这些粒子的尺寸比前面实施方案中所描述的那些尺寸大。
6.捕集剂可以是稳定常规胺溶质的氨基甲酸酯的高沸点溶剂，使得再生发生在高于水性胺溶液的温度。
7.捕集剂可以是以固体吸收剂、固体碳酸盐或其它能够吸收CO2的材料的形式存在。捕集剂的实例包括金属氧化物、水滑石、锆酸盐、硅酸盐、铝酸盐、碳酸盐、和负载的胺。捕集剂可以是以促进的高表面积载体的形式存在，例如钾-促进的氧化铝。CO2捕集剂可以包括单种类或多种类材料。
8.捕集剂可以制备为季铵盐、四氢呋喃(THF)和促进CO2水合物形成的促进剂的水性溶液，本文也称为低压下和接近室温下的相变化。
机动应用的重要参数包括CO2吸收能力、热和化学稳定性以及非腐蚀性。期望的性能包括低蒸气压，中等到低的热容以及低的吸收/再生热。在上述实施方案(2)中描述的液体捕集剂是最简单的，但是溶剂能力对于物理吸收来讲可能不足够高。上述实施方案(3)中的液体捕集剂是最实际的并且将通过液体的物理吸收与通过碳酸盐的化学吸收组合。例如，可流动的碳酸钠粉末在水和CO2存在下经历下列化学反应：
Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3.
在选择捕集剂时，考虑在其中将部署(deploy)它的特殊车辆类型和***的各自废气温度下的长期稳定性。汽油发动机和柴油发动机的废气温度可以变化，而且在可比较的操作条件下，汽油作燃料的发动机废气通常更热。待考虑的其它因素包括：
a.由于不同生产商使用的精炼方法中固有的限制，存在于燃料中的任意污染物的类型；
b.在特殊类型燃料中固有的和在燃烧期间氧化的化合物，例如NOx和SOx；
c.在精炼厂引入到燃料中的化合物，例如清净剂、染料、抗爆剂和润滑添加剂；和
d.在发动机中燃烧期间形成的任意粒子的量和存在的任何粒子过滤***。
下列实施例说明液体吸收剂。
实施例1
用摩尔百分数的废气组成是13%CO2、13%水蒸气(H2O)、73%氮和1%其它惰性气体。在室温下，离子液体六氟磷酸(对-乙烯基苄基)三甲基铵中CO2的溶解度估计为液体的77wt%。参见SomsakSupasitmongkol等,“HighCO2SolubilityInIonicLiquidsAndATetraalkylammonium-basedPoly(ionicliquid).”Energy&EnvironmentalScience,2010,3,1961-1972,将其公开内容通过引用并入本文。
已经发现，对于气态CO2特别有用的固体吸收剂是混合的盐组合物，其包含镁化合物例如MgCO3或MgO，和至少一种IA族金属盐的混合盐，其中Mg与IA族金属的摩尔比的范围为8:1-3:1，且优选地为6:1-4:1。镁化合物优选为MgO，并且至少一种IA族金属盐优选为碳酸盐和/或硝酸盐。特别优选的吸收剂组合物是MgO:Na2CO3:NaNO3，其中Mg:Na的摩尔比为约4:8-1。在优选组合物中Li、K或Rb盐可以替代钠盐。
本发明的混合的盐吸收剂可以通过如下实施例1中描述的凝胶化反应，或优选地通过如实施例2中描述的沉淀反应来制备。镁盐和IA族金属盐以溶液形式制备并且组合以形成反应混合物。任选地用沉淀剂进行该反应。选择该盐使得当彼此反应时，在沉淀中形成MgO或MgCO3。优选地，使用高度溶解的Mg化合物，例如MgO本身、Mg(OH)2或更优选地Mg(NO3)2。如上文所述，也可以使用MgCl2或Mg(CH3COO)2。一旦选择Mg盐，熟练的技工可以确定什么样的Na盐或多种Na盐将与Mg盐反应以制备期望的MgO/MgCO3。
制备之后，吸收剂粉末可以或者通过添加例如勃姆石的粘结剂，或者通过本领域已知的专用制备技术制成挤出物，从而可导致吸收能力(sorbency)的损失；然而，该技术对于保持填料床的压降低和对于使得材料更处理容易是有用的。使用描述的粉末盐，发现没有粘结剂制备的挤出物具有更大的CO2吸收能力，它在300℃达到约20wt%的CO2负载。发现没有粘结剂的挤出物的压碎强度为0.51MPa，等效于用勃姆石制备的那些挤出物(0.55MPa)。
使用提供Mg:IA族金属的比为3:1-8:1，更优选为4:1-6:1的反应性盐的浓度进行该反应。留给技工选择该比，因为如上文，通过改变该比制备具有不同性质的吸收剂。了解吸收剂的操作条件将确定使用的比。任选地，可以添加沉淀剂NaNO3以促进该反应。沉淀剂优选地为IA族金属盐。
实施例1
该实施例描述了通过称作凝胶化的方法制备用在本发明方法中的固体CO2吸收剂。将一定量(395g)碱式碳酸镁(MgCO3·Mg(OH)2xH2O)添加到在去离子水中溶解的碳酸钠(42.18g)和硝酸钠(21.63g)的800ml溶液中。这产生混合的盐浆料，将其搅拌30分钟。然后盖上该浆料，并在室温下静置16小时，之后在120℃干燥16小时以形成MgO:Na2CO3:NaNO3干饼。分析显示质量比为75.8:16:8.2，并且Mg:Na的摩尔比为约4.8。然后通过在3℃/分的升温速率(ramprate)从120℃加热到450℃并之后在450℃持续4小时对干饼进行煅烧。将经煅烧的饼压碎并筛分以收集150-425目的部分，它适合用于具有例如SiC的惰性材料的填料床中，以占用任何剩余体积。测试结果表明，在300℃CO2在吸收剂上的负载量达到它的最大，但吸收剂在更宽的温度范围内是有效的。
实施例2
该实施例描述了通过称作沉淀的方法制备用在本发明中的相同的混合盐组合物的固体CO2吸收剂。将233.4gNa2CO3在3000ml去离子水中的溶液放置在5.0升塑料烧杯中，并且用机械搅拌器剧烈搅拌。将188.4gMg(NO3)2:6H2O在500ml去离子水中的第二溶液以约30ml/分的速度泵送到第一溶液中。将所得到的浆料搅拌1小时。储存浆料、过夜，如上文描述，且然后过滤以得到湿的沉淀饼。收集约3200ml滤液。在120℃干燥24小时以形成干饼，如实施例1中所述将其处理。测试结果表明，在325℃时负载在吸收剂上的CO2的量达到它的峰值，并且与来自实施例1的吸收剂相同，来自该实施例的吸收剂产品也在宽温度范围内有效。
采用Li、Na或K盐制备最终吸收剂产品从而评估混合盐吸收剂组合物中的碱组分的作用。以上文提出的方式制备盐，使用Mg:碱金属的摩尔比为6:1。测试所得的产品从模拟的废气物流中去除CO2的能力。在3,125/小时的GHSV、100-450℃的温度下进行吸收。以10℃/分的速度将温度升高到450℃，并且GHSV为2500/小时时使吸收剂再生。
结果显示，Na产生最好的操作温度范围，并且Li和K碱金属在不同温度下运行好。包含钠的吸收剂在200℃-400℃的温度下吸收CO2,在325℃达到最大值。包含Li的粉末在200℃时最有效，并且到约250℃时有效，而包含K的化合物在约300℃-约400℃的更高的温度下吸收CO2。
额外的测试显示，本发明的混合盐组合物应当具有Mg2CO3或MgO作为组分，并且在制备这些吸收剂时，优选地选择将产生这些之一的Mg化合物。
使用与实施例1和2中相同的参数对Mg(NO3)2、MgO和Mg(OH)2进行测试。硝酸盐产生的吸收剂具有比MgO或Mg(OH)2盐显著更大的吸收CO2的能力，但所有都吸附CO2。
值得注意的是Mg(NO3)2在水中的溶解度比其它化合物显著更大。溶解度的不同也显示了得自不同反应机制的最终产物。例如，硝酸盐参与与钠盐的阴离子交换，而氧化物和氢氧化物则没有。因此，镁盐的溶解度越大，最终产物的吸附能力越强。因此在制备本发明的吸收剂中优选Mg(NO3)2、MgCl2、Mg(CH3COO)2和其它高溶解度的镁盐。
钠的浓度影响吸收剂的性能，在不同温度下具有最佳吸附能力。与325℃-350℃相比，Mg浓度相对于Na的降低导致CO2负载峰值温度变化为250℃-275℃。相反，与较高浓度的12-13wt%相比，观察到在吸收剂上负载的CO2从约20wt%增加。
上面的测试使用Na2CO3作为沉淀剂，也可以使用其它的，如用(NH4)2CO3所示例的。
为了用Na2CO3制备吸收剂，将沉淀剂以溶液的形式缓慢地添加到MgNO3溶液中。将(NH4)2CO3添加到MgNO3和Na2NO3的溶液中，并同时维持Mg:Na摩尔比为6:1。结果显示，用Na2CO3获得的产物呈现宽范围的活性，而用(NH4)2CO3制备的产物在300℃时CO2吸附活性显示出非常尖锐的峰，而在其它温度非常小的活性。这些结果说明，可以使用沉淀剂的变化以制备用于不同应用的吸收剂。
在实施本发明中，通过在约100℃-约450℃，优选地约250℃-约350℃的温度，使废气物流与所述的混合盐吸收剂接触足够的用于吸收剂从废气物流中去除全部或部分CO2的时间从而从废气物流中吸收CO2。如先前描述，吸收剂变得被CO2饱和，并且这可以通过测量和比较接触吸收剂之前和之后在废气物流中的CO2含量来确定。当显然没有进一步的CO2从废气物流中去除时，吸收剂可以通过例如加热到它的解吸温度，例如约500℃而再生。同样，通过测量包含在出口气体中CO2的量，普通熟练技工可以确定吸收剂准备再使用的时间。
吸收和解吸单元可以具有不同的设计。可以使用管壳式交换器，其中吸收剂通过管循环。可以使用其它类型热交换器以循环捕集剂。这些包括板式、螺旋式、叉流式以及其它类型。可以将吸收和解吸区域合并在一个单元中，以使得吸收/解吸热的交换非常紧凑和非常有效。吸收热将会在捕集CO2时释放，并且传导或另外地输送到另一侧以为吸收剂的再生提供至少部分所需的热。吸收单元应当提供废气和捕集剂之间的直接接触。合适的设备包括静态和动态混合器、填料塔和板式塔和膜接触器。
已经说明两个捕集单元用于吸收和解吸之间的摆动循环过程；可以使用多个单元以提供不同的吸收/解吸循环。
除了图3的示意图中示意地描述的变温吸收以及图4中说明的额外的特定性，其它方法例如变压、变真空度吸附和变电压吸收可以单独或组合使用。通过捕集单元的捕集剂的气体流速可以基于检测的废气出口中的CO2浓度、预定的限定的操作时间和选择的确保最大化/优化利用捕集剂的CO2能力的其它标准进行调节。
附图5和6也显示了用于热回收(HR)组件30、32、34的任选的位置，其用于将热能转换为机械功或电能，可用于操作该***的稠化装置和其它辅助设备，例如传感器、热电偶、***控制单元和阀。优选具有液体传热剂的主动冷却这些设备的低温侧，因为液体能够携带和输送这些捕集剂在吸收和再生期间交换的大量的热。每单位体积液体的热容，即它们的体积热容比气体的高约100倍。因此，对于相同的体积，液体可以比气体高约100倍的速度去除和提供热。相似地，对于待添加或去除的相同量的热，所需的液体体积是所需气体体积的约1/100。
优选地，从如此配置的车辆的催化转换器下游的废气中去除CO2。这是因为该废气将具有更少的可对吸收剂有副作用的污染物。此外，当启动时发动机是冷的时候，由于在转换器中发生放热反应，催化转换器下游的废气比上游的热。
CO2稠化组件可以通过具有合适的主动/被动冷却***的单级或多级压缩机来实现，以确保CO2的增压、液化或固化用于暂时储存在车辆上。CO2可以储存在机动来源的车辆上的单个或多个罐中。通过在燃料侧和CO2侧之间存在的移动隔离物，燃料罐也可以用于储存捕集的CO2。所有***组件的控制可以与机动来源的控制***整合或可以是独立的控制***以优化性能。
现在参考附图7，示意性地说明了***10的实施方案，其并入用于降低废气物流温度的环境冷却区域60，该区域包括例如水或其它液体冷却的热交换器62和/或空气冷却单元64，它将环境空气导向废气物流26通过的盘管或其它通道上方。然后冷却的废气物流28进入吸收区域50，在那里它与液体胺溶液接触，通过吸收该胺溶液捕集冷却的废气物流28中的所有或大部分的CO2。将没有CO2或具有减少的CO2含量的剩余废气52排出到大气中。
吸收区域50可使用并联的吸收器以摆动循环模式操作。在摆动的操作模式中，在再生区域40中，一个吸收器的内容物通过与热废气物流交换而再生。该饱和的胺溶液42经导管42从吸收区域50进入再生区域40，从这里取出富CO2气体物流48用于稠化和储存。在通过热回收设备32冷却后，将新鲜的再生胺物流44返回到吸收区域50。控制通过再生区域40的吸收剂物流42的温度以解吸所有或基本上所有的CO2并且避免过度加热溶液，因为为了循环到吸收剂区域50，需将它冷却。
在替代的实施方案中(未示出)，物流42和44彼此进入热交换而替换热回收单元32。热物流44将部分地加热较冷物流42，从而允许更好的整体热管理。相同的热交换配置可以应用到图4、6、7、11和12的实施方案中。
由经编程的处理器/控制器72启动三通阀70，该处理器/控制器接收来自一个或多个压力和/或温度传感器(未示出)的信号。在图7的实施方案中，阀70在热回收设备34的下游并且控制进入吸收区域50的废气物流26的比例或分数，将剩余物流经导管27排放到大气中。在ICE如下的操作条件，例如快速加速或负荷增加阻止常规***操作传感器的分析以及应当分流到吸收单元50的废气物流26的分数的程序控制的情况下，也可以启动阀70以将所有废气物流27排放到大气中。
需要热管理以控制CO2捕集剂的吸收和解吸循环。图9的图表说明与固体碱土金属和碱金属组合物的操作温度有关的CO2吸附能力的典型变化，例如下文描述的一个。如在附图9中说明的，吸收剂的CO2吸附能力可以随着温度显著地变化。在显示的实施例中，包含固体碱金属化合物的吸收剂的能力当温度接近350℃时增加到最大，且然后在350℃和400℃之间快速减少。
图10的图表说明与固体粒子的操作温度有关的CO2吸附能力的典型变化。对于喷雾干燥粒子，在300℃时CO2吸附能力为约23％，这是使用这种类型的吸收剂的最佳温度。当CO2被物理地或化学地吸附时，需从捕集组分去除热，并且释放吸附热。当从试剂上释放CO2时，需为捕集组分供应热以提供所需的解吸/再生热。热的供应和去除可以通过使用包括传导、对流、辐射、生热、和/或这些方法的组合的方法来实现。
在传导的情形中，可以使用热传导材料例如金属从CO2捕集剂中供应或去除热。如果CO2捕集剂通过管子，可以从管子外侧使用通过管壳的传导去除热。可以使用流体以从管子的外壳供应或去除热。可以使用管子内部的翅片、金属网和其它设计和已知技术以增加与捕集剂接触的表面积且增强传热。在管子外壳上也可以使用翅片和其它表面变化以增强***的传热。CO2捕集剂也可以通过用于使用流体供应或去除热的管子的外部和内部。
通常，发现商购可获得的板类型的紧凑热交换器有效降低废气物流的温度。可获得它们的各种制造尺寸和材料。大的传热表面允许使用相对较小的设备，从而同时节省了添加到车辆上的体积和重量。
对于辐射热交换，可以为试剂供应热用于再生。可以使用高温来源或微波供应热。也可以通过例如由例如热电器件提供动力的电加热器的产热组件为CO2捕集剂供应热。
图确定用于放置HR组件的位置。可以使用单个或多个技术将废热转换为电能或功以压缩CO2且为辅助设备提供动力。基于可获得的废热，例如来自发动机废气物流，确定HR组件的尺寸或能力、位置和操作条件。这将同时包括废热物流的温度和体积流速，无论它是废气或发动机冷却剂。取决于废热物流的属性和它的温度和流动条件，可以使用单一或超过一种类型的热回收组件。
热/能量回收***的操作可以由预编程的处理器和控制器控制，该处理器和控制器接收来自温度和流量传感器的数据，并且与流量调节阀控制连通。例如，通过使发动机废气进入与饱和的捕集材料的容器的热交换接触，可以控制它的温度，使捕集材料的温度升高到足以释放CO2。然后具有较低温度的废气可以进一步与热电器件换热以产生电能。最后，在排放到大气中前，将相对较低温度的废气引入到吸收区域用于减少它的CO2含量。
在本发明的实践中使用的热回收(HR)组件的类型可以包括但不限于下列类型的装置。
1.产生电力的热电器件或模件。该热电模件的热端安装在废气侧，冷端安装在称作积极***的密闭的冷却***中或暴露于空气中(消极***)。该热电模件去除部分来自热端的热并且产生电力，该电力可以用于操作稠化装置和/或车辆上的其它设备。
用于将废热转换成电能的热电器件可以放置在不同位置和配置以优化能量转换。可以确保热电器件与废气管、捕集组件、机体或其它作为设备热端的发动机组件热传导接触。热电器件的冷端可以暴露于空气对流以冷却设备。热电器件的冷端也可以与积极的冷却***，例如循环液体接触，以促进传热并且也控制该热电模件的性能。如先前提到的，液体冷却剂的热容是待传热的气体热容的约100倍。
热电器件可以呈现不同的形状，例如圆柱体或矩形管以最小化在废气上的压降影响。也可以使用内部和/或外部翅片增强热电器件的传热并因此增强它们的性能。可以将热电器件安装在非常接近机体或在机体上以利用高温。选择耐受高温的合适材料。
2.使用热电模件产生的电力可以供应到储电***，例如电池，其进而为稠化装置和/或其它设备供应电力。基于应用的温度范围选择用于热电模件的半导体。可以使用不同热电器件的堆叠以优化热回收并且因此电能的产生。
3.斯特林发动机，其中将来自ICE废气的废热供应到发动机的一个或多个汽缸壁以膨胀汽缸中的气体，从而驱动可以进行所需机械功的活塞，以运行稠化压缩机或运行提供冷制冷剂以液化或固化CO2的压缩制冷循环单元的压缩机。
4.蒸汽发生器，为涡轮提供蒸汽，该涡轮产生机械功以运行稠化压缩机或运行提供冷制冷剂以液化或固化CO2的压缩制冷循环单元的压缩机。
5.小型记忆合金发动机或压缩机，利用废热改变合金(例如CuSn、InTi、TiNi和MnCu)的形状，并且产生用于增加捕集的CO2的密度的机械功。该发动机压缩机通过具有合金的热端和冷端以产生所需的压缩而工作。下列专利描述了基于这些类型的不常用的合金的热机：美国专利3,913,326;美国专利4,055,955;美国专利5,442,914;美国专利7,444,812;和公开的申请2009/0315489。将这些专利文献公开的内容通过引入并入本文。
6.可以在废气和冷却剂***安装单一或多个热回收***。
7.可以安装单一或多个热回收***以产生所需的动力并有效地控制废气的温度。
8.除了供应动力，可以使用热回收组件以控制废气的温度，并且因此来优化CO2捕集剂的性能。
从上面的描述和实施例可以理解，本发明的方法和***适用于宽范围的机动来源例如乘用车辆、卡车、公共汽车、重型车辆、火车、轮船和通过烃类燃料的燃烧操作的其它机动来源。本发明可以安装在新型的机动来源或通过翻新现存的机动来源上。
本发明解决后-燃烧CO2的捕集和来自机动来源的在车辆上储存。为了最小化操作成本和装置要求，使用通常排放到大气中的可获得的热提供使提取自燃烧气中的CO2与吸收剂材料或捕集剂分离，和用于有效在车辆上储存而压缩/液化所有或部分产生的CO2所需能量。捕集的CO2可以储存在车辆上直到当在加油站加燃料，这时排放或去除来回收它。与已经提出的包括化学反应例如重整或在发动机设计上的重大变化，例如通过提供可渗透CO2的气缸壁的方法相比，本发明的装置更易于在车辆上部署。
通过外推法，估计离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的亨利定律常数在150℃为265，这得到0.01wt%的非常低的CO2溶解度，且因此该化合物不适合用于本发明的方法中。参见美国专利6,579,343。
实施例2
废气的摩尔百分比组成为13%CO2、13%水蒸气(H2O)、73%氮气和1%氧气和其它气体。表1显示了数种液体吸收剂的最佳CO2捕集温度、CO2能力和再生温度。
表1
在为上表准备数据时，假设溶剂没有或具有非常低的CO2吸附能力。溶剂可以选自(a)在升高压力的水以防止在100℃以上时蒸发，(b)离子液体，和(c)在高大温度下使用的熔融盐。根据增加的最佳捕集温度组织溶液。相对低的捕集温度将需要大的热交换器以冷却废气物流，但从热废气中可获得更多的显热以再生更大体积的溶液，从而导致从废气中捕集更大百分比的CO2。注意到从废气中捕集的CO2百分比与表中所列出的最大溶液能力不同。该能力是物理的，即热力学性质，而从废气物流中捕集的CO2百分比主要特别地取决于使用的溶液的相对量和它的循环速度。
在上表中，还假设只有一半的MgO可以用于与CO2反应。
正如上文所述，也可以使用固体CO2吸收剂，尤其是包含IA族金属盐，例如Na、Li、K、Rb的那些，优选Na和Mg盐。
参考图11描述本发明的进一步实施方案，它说明使用化学相变吸收剂实施CO2吸收过程的***和装置。该***包括再生单元40、化学吸收/吸附单元50和数个热回收(HR)设备30、32、34和36。在该实施方案中，可以使用化学吸收剂，例如液体二胺和能够与CO2形成可逆化学键的用胺基官能化的其它液体。这样的化学吸收剂的实例是GAP-0氨基甲酸盐，其在与CO2化学地反应后可逆地变化为固相。反应进行如下：
通过加热该固体材料，可以从吸收剂上释放捕集的CO2，在该过程中固体吸收剂变化回到液相，通过如下表示：
在CO2的捕集和再生的化学过程中，来自车辆ICE的热废气物流20通过第一热回收单元30，该单元在相对高的温度例如300℃-650℃下操作，以将一些废热转换为电能或机械能。然后将适度冷却的废气物流22传到再生单元40，在那里使用来自废气物流22的热进行热交换，固体吸收剂42通过上述反应(2)加热并再生。在再生单元40中，废气物流和吸收剂彼此不直接接触。使从再生单元40排放的液体吸收剂44传到热回收单元34，以将吸收剂的温度降低到与CO2接触并反应的预定值。将从再生单元40排放的较冷的废气物流24输送到热回收单元36以将废气物流的温度降低到预定值。使离开HR设备36的废气物流26与化学吸收单元50中的液体吸收剂接触，在那里废气中包含的CO2根据反应(1)被液体吸收。在单元操作51中，使用合适的装置如旋风分离器或过滤器使在吸收单元50中形成的具有捕集的CO2的固体吸收剂与废气分离，并循环通过再生单元40以产生新鲜的液体吸收剂。将剩余的包含减少量的CO2的废气物流52释放到大气中。
在再生单元40的受限空间中释放的CO2物流48的压力和温度是相当高的。CO2气体的温度可以通过使它通过热回收单元32降低，之后可以将CO2输送到压力罐用于暂时储存，或根据前述方法和装置经历稠化。
参考图12描述本发明方法的另一实施方案，它说明了使用具有磁性核的固体捕集剂的CO2捕集方法的***和装置。该***包括吸收/吸附单元50、再生单元40、具有磁场来源56的磁性分离单元55和数个热回收(HR)设备30、32、34和36。CO2捕集是基于化学吸收或物理吸附。在任一情况下，通过加热捕集剂而释放CO2，图12的***的整体操作与上面描述的图11的操作类似。合适的固体捕集剂包括金属碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物、活性炭、沸石、金属有机骨架(MOF)材料和有机-无机杂化物。磁性核可以包括磁性材料，例如铁、钴和它们的氧化物。(例如参见TheAmericanInstituteofChemicalEngineers(AIChE)Journal,November2004第50卷,No.11,第2835页)。
携带液体可以是以下的一种或组合：(a)通过动力学或热力学措施为粒子提供稳定性的高沸点液体或低共熔盐混合物;或(b)通过动力学或热力学措施稳定悬浮粒子的材料的高沸点溶液。
继续参考图12，使具有磁性核的固体捕集剂材料的液体悬浮液53、54在***中循环以捕集和释放CO2。在吸收步骤后，将液体悬浮液送到粒子分离容器55中，在那里使它经历磁场56，从而引起粒子快速向该场迁移，因此粒子与携带液体54分离并浓缩，将携带液体54再循环并与废气物流26混合用于引入到吸收/吸附区域50中。
将包含CO2的粒子42输送到再生区域40，以与废气物流22的热交换关系中被加热以释放CO2。热再生粒子44通过HR设备34并冷却用于再引入到吸收/吸附区域50，在这里它们与进来的携带液体流54和冷却的废气物流26混合。
在本发明的进一步实施方案中，将在捕集剂再生后回收的部分CO2，经合适的导管返回到发动机的空气入口，以与大气空气和燃料混合。***操作的该方面类似于已知的用于废气再循环(EGR)的方法，EGR目前用于降低发动机的操作温度，且因此减少燃料燃烧期间产生的NOx化合物的量。可将等效于5%-15%的废气体积的CO2量返回到入口。CO2的返回也减少了随燃料混合物带入的大气氮的量，这也具有减少废气中NOx化合物的有益效果。也增加了废气物流中的CO2的百分比，从而增加回收率。
CO2的再循环可以由用于机动车辆上的废气再循环的相同的设备和控制***来实施。CO2的再循环也可以与现有的EGR***结合实行。基于发动机操作条件或依据当前的实践，例如当发动机冷时的启动，或在快速加速和/或当ICE在重的负载下时完全停止循环，CO2可以替代所有的或预定的部分废气。
在本发明的进一步实施方案中，将一部分直接从废气物流或稠化的储存容器回收的CO2与水混合，并且用已知的方法进行催化反应，以通过在原位形成的氢和一氧化碳的临时反应形成甲烷和水。然后，甲烷和水用于补充供应到发动机入口的常规烃类燃料。与CO2反应的水可从废气物流或从用于该目的提供的单独的在车辆上的来源回收。
本发明的方法和***的另一优点是可在车辆上获得加压的CO2用于车辆的空调***中。使用该CO2替代人造的氢氟烷化学品和氟利昂类型的已被证明可对损害环境构成风险的制冷剂。
尽管参考特定实施例和所附的说明性图描述了本发明，但是对本领域普通技术人员来讲，在不偏离本发明的贡献内可进行各种其它的修改和变化是显而易见的，本发明的范围通过下述的权利要求来确定。

Claims (29)

1.一种用于减少随用于为车辆提供动力的内燃机(ICE)所释放的废气物流排放到大气中的CO2的量的方法，所述方法包括：
a.在吸收区域和再生区域之间循环CO2捕集剂；
b.使冷却的废气物流与车辆上的所述吸收区域中的所述CO2捕集剂接触，所述捕集剂具有从废气物流中提取CO2的预定能力；
c.将具有减少的CO2含量的经处理的废气物流排放到大气中；
d.加热CO2捕集剂以释放经提取的CO2并再生捕集剂；
e.回收基本上纯的CO2气体物流；
f.在车辆上压缩回收的CO2气体以减小它的体积；和
g.将压缩的CO2暂时储存在车辆上。
2.权利要求1的方法，其包括通过与能量转换介质接触从由ICE所释放的热废气物流中回收热和能量，和在步骤(f)中使用回收的能量压缩CO2。
3.权利要求1的方法，其在车辆的ICE启动后基本上连续地操作。
4.权利要求1的方法，其中在步骤(d)中通过与热废气物流的热交换加热CO2捕集剂。
5.权利要求4的方法，其中在捕集剂移动时发生热交换。
6.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂选自吸收CO2的液体和吸收CO2的细分可流动的固体粉末材料。
7.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是液体吸收剂。
8.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是高沸点液体或低共熔混合物。
9.权利要求8的方法，其中高沸点液体是离子液体。
10.权利要求8的方法，其中高沸点液体是传热流体。
11.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是碱金属碳酸盐在高沸点液体中的溶液。
12.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是碳酸盐离子液体。
13.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是小粒子的高沸点胶体溶液。
14.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂包含悬浮在高沸点液体中的固体粒子。
15.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是稳定常规胺溶质的氨基甲酸盐的高沸点溶剂。
16.权利要求1的方法，其中CO2捕集剂是细分可流动的固体吸收剂，所述吸收剂与废气物流以逆流流动关系接触。
17.权利要求1的方法，其中在再生步骤(d)和压缩步骤(g)中利用废气物流的部分热能。
18.权利要求1的方法，其中使废气物流的CO2含量减小至少5％。
19.权利要求1的方法，其中使来自车辆发动机的废气物流进入步骤(d)中热交换关系以再生捕集剂。
20.权利要求1的方法，其中在捕集剂的下游测量废气物流的CO2含量。
21.权利要求1的方法，其包括将从废气物流中回收的部分CO2循环至ICE。
22.权利要求1的方法，其中将从废气物流中回收的部分CO2用作车辆上空调设备的制冷气。
23.权利要求2的方法，其中使用通过能量转换介质产生的至少部分电能和/或机械能为车辆上的辅助电和/或机械***提供动力。
24.一种用于在车辆上处理包含CO2的废气物流的***，所述废气物流由用于为车辆提供动力的烃作燃料的内燃机(ICE)释放，以减少从车辆排放到大气中的CO2的量，所述***包括：
a.车辆上的处理区域，包括具有从废气物流提取CO2的预定能力的捕集剂，
所述处理区域具有接纳捕集剂物流的入口和用于通过具有增加的CO2含量的捕集剂的出口，
所述处理区域还包括用于废气物流的入口和出口，以及其中废气物流接触捕集剂的中间混合设备，
所述处理区域还包括热交换器，所述热交换器具有用于接收来自ICE的热废气物流进入与捕集剂的热交换关系以释放CO2和再生捕集剂的入口，和用于冷却的废气物流的出口，
所述处理区域具有用于从再生的捕集剂释放的CO2的CO2排放出口；
b.压缩区域，与来自处理区域的CO2排放出口流体连通，所述压缩区域包括一个或多个用于减小CO2体积的压缩机；
c.储存区域，用于接收压缩的CO2以暂时储存在车辆上；
d.废气导管，与来自处理区域的经处理的废气物流出口流体连通；和
e.至少一个废热回收区域，用于回收来自废气物流、ICE和/或直接来自ICE的热能，以转换为电能或机械能。
25.权利要求24的***，其中处理***由至少一个吸收区域和一个再生区域组成，所述再生区域具有至少一个阀门以将车辆废气导向至少一个吸收区域。
26.权利要求24的***，其包括用于在排放到大气前调节进入处理区域中的废气物流的体积量的分流阀。
27.权利要求26的***，其中基于ICE的操作条件控制分流阀。
28.权利要求24的***，其包括用于排放全部或部分废气物流进入大气中而没有通过处理区域的控制设备。
29.权利要求24的***，其包括用于确定当经处理的废气物流离开处理区域时它的CO2浓度的设备。
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