特許 6763889 移動源の内燃機関からのＣＯ２捕捉のための統合されたプロセス、及び熱発電サイクルにおける使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6763889

(24)【登録日】2020年9月14日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】移動源の内燃機関からのＣＯ２捕捉のための統合されたプロセス、及び熱発電サイクルにおける使用

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/92 20060101AFI20200917BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20200917BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20200917BHJP

   F01K 25/06 20060101ALI20200917BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/92 240

   B01D53/14 220

   F01K23/10 RZAB

   F01K25/06

   F01N5/02 B

   B01D53/14 210

【請求項の数】13

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-564916(P2017-564916)

(86)(22)【出願日】2016年6月9日

(65)【公表番号】特表2018-525212(P2018-525212A)

(43)【公表日】2018年9月6日

(86)【国際出願番号】US2016036627

(87)【国際公開番号】WO2016205057

(87)【国際公開日】20161222

【審査請求日】2019年6月7日

(31)【優先権主張番号】14/744,977

(32)【優先日】2015年6月19日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】316017181

【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｕｄｉ Ａｒａｂｉａｎ Ｏｉｌ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ムラト・ヴィクター・ユーネス

(72)【発明者】

【氏名】ワジディ・イッサム・アル−サダト

(72)【発明者】

【氏名】エサム・ザキ・ハマド

【審査官】 佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２２０１３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０４６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５１３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００９９２４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０７９０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２２８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３１８３７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／１４−５３／１８、

５３／３４−５３／９６

Ｆ０１Ｋ ２３／００−２７／０２

Ｆ０１Ｎ １／００− １／２４、

５／００− ５／０４、

１３／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された液体ＣＯ_２吸着溶液でＣＯ_２の少なくとも一部を捕捉し、前記液体ＣＯ_２吸着溶液からＣＯ_２を回収し、前記車両上に一時的に貯蔵するためにＣＯ_２を圧縮することによって、車両を駆動するのに使用される内燃機関（ＩＣＥ）での炭化水素燃料の燃焼によって生成された排ガス流とともに大気中に放出されるＣＯ_２量を減少させるためのプロセスであって、
（ａ）第１の熱交換ゾーンにおける複数の熱交換器を介して前記ＩＣＥからの高温排気ガス流を通過させ、前記排ガス流の温度を所定の温度範囲の値に低下させるステップ；
（ｂ）吸収ゾーンにおいて、冷却された前記排ガス流を所定の温度範囲内の温度で液体ＣＯ_２吸着溶液と接触させるステップであって、前記溶液は、ＣＯ_２と可逆的に結合して前記排ガス流からのＣＯ_２の少なくとも一部を捕捉し、ＣＯ_２豊富溶液を提供する、少なくとも１つの化合物が溶解された液体溶媒を含む、ステップ；
（ｃ）前記ＣＯ_２豊富溶液を、低減されたＣＯ_２含量を有する残りの排ガス流から分離するステップ；
（ｄ）前記低減されたＣＯ_２含量を有する残りの排ガス流を、大気中に排出するステップ；
（ｅ）前記ＣＯ_２豊富溶液を加圧し、前記排ガス流との第１の熱交換関係で通過させるためにボイラー内に送り、その温度を上昇させて、前記ＣＯ_２豊富溶液からＣＯ_２を脱着させ溶媒の一部を蒸発させて、濃縮されたＣＯ_２希薄吸着溶液及び蒸発した溶媒／ＣＯ_２混合物を提供するステップ；
（ｆ）第１の分離ゾーンにおいて、前記蒸発した溶媒／ＣＯ_２混合物から前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を分離するステップ；
（ｇ）ステップ（ｆ）において前記第１の分離ゾーンで前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を分離した後の前記蒸発した溶媒／ＣＯ_２混合物を過熱ゾーンに送り、そこで、直接前記ＩＣＥからの高温排ガス流との第２の熱交換関係で通過させ、前記混合物の温度をさらに上昇させるステップ；
（ｈ）過熱された前記溶媒／ＣＯ_２混合物をタービンに送り、前記混合物を所定の圧力値まで膨張させるステップ；
（ｉ）高温の膨張した前記溶媒／ＣＯ_２混合物を、ステップ（ｅ）の前記ボイラーを通過させる前の加圧された前記ＣＯ_２豊富溶液と熱交換して通過させるステップ；
（ｊ）ステップ（ｉ）において熱交換した後の前記溶媒／ＣＯ_２混合物を凝縮熱交換器に送り、その温度を低下させて、実質的に全ての前記溶媒の蒸気を液体状態に凝縮させるステップ；
（ｋ）第２の分離ゾーンにおいてＣＯ_２から凝縮された前記溶媒を分離し、凝縮された前記溶媒の全部又は一部を前記吸収ゾーンの上流の前記吸着溶液と混合するか、又は前記車両から前記溶媒を排出するステップ；
（ｌ）実質的に純粋なＣＯ_２を前記第２の分離ゾーンから回収し、それを圧縮ゾーンに送り、前記ＣＯ_２を圧縮及び高密度化し、残りの水を排出するステップ；
（ｍ）加圧された純粋な前記ＣＯ_２を回収し、貯蔵又はさらなる処理のために搭載容器にそれを送り、その物理的状態を変化させることによってその体積を減少させるステップ；
（ｎ）前記第１の分離ゾーンからの加圧された前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を熱交換関係で通過させ、前記吸収ゾーンからのステップ（ｅ）において前記ボイラーを通過させる前の加圧された前記ＣＯ_２豊富溶液の温度を上昇させるステップ；
（о）加圧された前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を膨張装置内に導入し、機械的エネルギーを生成するステップ；
（ｐ）前記膨張装置からの減圧かつ濃縮された前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を、溶媒が添加される混合装置に送り、前記吸着溶液の所望の濃度を回復させるステップ；
（ｑ）前記吸収ゾーン内に送る前に、ステップ（ｐ）において前記混合装置を通過した後の前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を所定の温度範囲に冷却するステップ；及び
（ｒ）前記吸収ゾーンの上流で、ステップ（ｑ）において前記所定の温度範囲に冷却した後の前記ＣＯ_２希薄吸着溶液を加圧するステップ；
によって特徴付けられる、プロセス。

【請求項2】

前記溶媒は水である、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

ステップ（ｇ）における水／ＣＯ_２混合物の温度は、２００℃から５００℃の範囲に上昇される、請求項２に記載のプロセス。

【請求項4】

前記吸収ゾーンからの前記ＣＯ_２豊富溶液は、ポンプの吸入に送られ、その圧力を所定のシステム圧力まで増加させる、請求項１に記載のプロセス。

【請求項5】

前記第１の熱交換ゾーンは、所定の温度で前記吸収ゾーンに入る前記排ガス流の冷却液体を通過させる最後の熱交換器を含む、請求項１に記載のプロセス。

【請求項6】

前記タービン及び／又は前記膨張装置の機械的エネルギー出力は、１つ以上のポンプ及び／又は１つ以上のＣＯ_２圧縮器を動かすのに直接使用される、請求項１に記載のプロセス。

【請求項7】

前記タービン及び／又は膨張装置の機械的エネルギー出力は、ポンプ及び／又は圧縮器モーターを駆動する、及び／又は前記車両に搭載された蓄電池を充電するために用いられる電気を発生させるのに使用される、請求項１に記載のプロセス。

【請求項8】

前記吸着溶液は、水、アミン官能化分子、アルカリ金属炭酸塩及び重炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属及びアルカリ土類金属酸化物、アンモニア水及び炭酸アンモニウム、アルコール、ポリエーテル、アミド化合物、モレキュラーシーブ、ＭＯＦ、ＣＯＦからなる群から選択される１つ以上の化合物から調製される、請求項１に記載のプロセス。

【請求項9】

前記ポリエーテルはポリエチレングリコールのジメチルエーテルである、請求項８に記載のプロセス。

【請求項10】

前記ＣＯ_２を吸収するアミド化合物はＮ−メチル−２−ピロリドンである、請求項８に記載のプロセス。

【請求項11】

前記溶媒はメタノールである、請求項８に記載のプロセス。

【請求項12】

前記ＣＯ_２を吸収するアミンはモノエタノールアミンである、請求項８に記載のプロセス。

【請求項13】

前記ＣＯ_２を吸収する炭酸塩は炭酸カリウムである、請求項８に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素の大気中への排出を減少させるための、内燃機関の排ガス流からの二酸化炭素捕捉及びエネルギー回収に関する。

【背景技術】

【0002】

現在受け入れられている考えは、地球温暖化が二酸化炭素（ＣＯ_２）及びメタン（ＣＨ_４）などの温室効果ガスの排出によるものであるということである。地球上の人為起源のＣＯ_２排出の約４分の１は現在、移動源、すなわち内燃機関（ＩＣＥ）によって駆動される自動車、トラック、バス、及び列車からのものと推定される。この比例的な寄与は、発展途上国における自動車及びトラック所有の急増の予測とともに、近い将来急速に拡大する可能性が高い。現在、輸送部門は原油の主要市場であり、例えば電気モーター及び蓄電池によって駆動される車などの代替技術からの挑戦に直面した輸送部門における原油市場の存続可能性を維持するためには、ＣＯ_２排出を制御することが、環境に配慮した、かつ望ましい目標である。

【0003】

移動源からの二酸化炭素の管理は、空間及び重量制限、規模の経済性を達成できないこと、及び移動源を駆動するＩＣＥの動作の動的性質、を含む多くの課題を提示する。

【0004】

燃焼ガスからのＣＯ_２を捕捉するための従来技術の方法は、主として、例えば発電所などの定常源に集中している。室温から約８０℃までの範囲の温度でＣＯ_２を吸収するために、例えばアミン及びアミン官能化液体及び溶液などを使用するプロセスが開発されている。ＩＣＥによって駆動される車両で遭遇する１００℃を超える温度、特に約１３０℃から６００℃の範囲の温度では、アミンは低いＣＯ_２吸収能力を示す。従って、ＩＣＥ排ガスが高温であることは、液体アミン溶液でＣＯ_２を除去する直接的な処理を非実用的なものにする。

【0005】

アンモニア水はまた、二酸化炭素だけでなくＳＯ_ｘ及びＮＯ_ｘ化合物を捕捉するために発電所で使用されている。吸収プロセスは、効果的であるためには比較的低温で行わなければならず、故に溶液は例えば約２７℃に冷却されなければならない。いわゆるチルドアンモニアプロセスは、特許文献１に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

【0006】

例えば熱エネルギーを使用可能な機械力に変換するための発電設備などの定常又は固定源に使用される、受け入れられている従来技術の熱力学的プロセスは、カリーナサイクルである。カリーナサイクルは、燃料源から回収されるエネルギーの全体的な効率を高めるために実施され得る。本プロセスは、アンモニア水混合物を作動流体として利用する閉鎖システムであり、システム効率を改善し、周期的なピークエネルギー要求期間を有する様々な運転条件下でより柔軟性を提供する。カリーナサイクルは、ランキンサイクルシステムと比較して、追加の重量及び関連する資本費用を伴うため、別個の機械的エネルギー／仕事生産システムとしての移動源での搭載使用には適していない。

【0007】

歴史的に、移動源からのＣＯ_２捕捉は、分散型システム及び逆スケールの規模の経済性を伴うため、一般に高価すぎると考えられてきた。この問題に対する解決策は、搭載車両の空間制限、エネルギー及び装置の追加要件、及び車両の動作サイクルの動的性質、例えば急な加速及び減速の断続的な期間など、の実用上の検討事項について考慮しなければならない。

【0008】

移動源からのＣＯ_２排出を減少させる問題に対処する幾つかの従来技術の方法は、ＣＯ_２捕捉剤の再生及び再利用にさらされ、様々な搭載源から回収された廃熱を利用することができる吸着材料を使用する。酸素のみを使用して定常源で使用される酸素燃焼プロセスは、排ガスからＣＯ_２を分離するよりもエネルギー集約的であり車両に搭載しようとするとより問題になる酸素−窒素分離ステップを必要とする。

【0009】

本発明を説明する目的で、「移動源」とは、物品及び／又は人を輸送するのに使用され得、ＣＯ_２を含む高温排ガス流を生成する１つ以上の内燃機関又は外燃機関によって駆動される広範囲の既知の輸送機関の何れかを意味する。これは、燃焼からの排気が大気中に排出される前に収容導管内に排出される、陸上で移動する全てのタイプの自動車並びに列車及び船舶を含む。

【0010】

本明細書で使用される用語「廃熱」は、典型的な内燃機関（ＩＣＥ）が生成する熱であり、主に高温排ガス（〜３００℃から６５０℃）及び高温冷却液（〜９０℃から１２０℃）に含まれる。追加の熱は、エンジンブロック及びそれに関連する部品、及びマニホールド、パイプ、触媒コンバータ及びマフラーを含む、排ガスが通過する他の部品からの対流及び放熱によって、放出され失われる。この熱エネルギーは、燃焼したときに典型的な炭化水素（ＨＣ）燃料が生成するエネルギーの約６０％を占める。

【0011】

本明細書で使用される用語「内部熱交換器」は、それぞれの加熱及び冷却流体が移動源に由来する熱交換器を意味する。

【0012】

本明細書で使用される「定常源」は、炭素含有燃料を燃焼させてＣＯ_２を放出し、熱、仕事、電気又はそれらの組み合わせを生成し、かつ物理的に固定されている広範囲の既知の工業システム及びプロセスの何れかを意味する。

【0013】

本明細書で使用される用語「希薄荷重（ｌｅａｎ ｌｏｄａｉｎｇ）」は、ＣＯ_２ストリッパーの底部から出る希薄吸着／吸収溶液中に残存するＣＯ_２量を意味する。本分野での確立された使用に応じて、荷重は、吸着又は相対吸収によってＣＯ_２を捕捉するアミン基又は他の化合物１モルあたりのＣＯ_２モル数として定義される。本明細書で使用される用語「ＣＯ_２豊富溶液」及び「ＣＯ_２希薄溶液」は、「豊富荷重ＣＯ_２溶液」及び「希薄荷重ＣＯ_２溶液」と同義語である。

【0014】

ＩＣＥにおける炭化水素燃料の燃焼から回収されるエネルギーの効率を改善する問題は、エンジン冷却液、排ガス流、及びエンジンブロック、マニホールド及びその他の金属部品に存在する廃熱を利用することによって対処されている。

【0015】

エネルギー回収システムを組み込むことは、空間、追加の重量、及び特定の設備投資額を必要とする。しかしながら、エネルギー回収システムが、大気中へのＣＯ_２排出を減少させながら燃料の機械力への変換の全体的効率を改善し、かつ燃料消費を実質的に増加させることなくこれを行うならば、この投資は価値がある。

【0016】

クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）冷媒を使用する前に、空調システムにおいて無毒かつ非可燃性の冷媒ガスとしてＣＯ_２を使用することが、長い間実践されてきた。近年では、車両の効率を改善するために、空調システムを逆に作動し、車両の高温排ガス流からの熱を利用して車両上で使用するための追加の動力を発生させることが提案されている。例えば非特許文献１を参照のこと。考えられるシステムは閉鎖システムであり、ＣＯ_２の臨界圧力の中程度の値に基づく。環境へのＣＯ_２排出を減少させるために排ガス流からＣＯ_２を捕捉及び回収することはない。

【0017】

超臨界ＣＯ_２（ＳｃＣＯ_２）を作動流体として使用する閉ループシステムにおいて、定常源によって生成された煙道ガスからの廃熱を使用するいわゆる発電用の熱機関が記載されている。非特許文献２を参照のこと。ＳｃＣＯ_２は高温の煙突の煙道ガスと熱交換した後、タービンを通過し、そこで廃熱が機械的シャフト作業に変換されて電気を生成する。復熱器は残留熱の一部を回収し、残りは水冷又は空冷凝縮器を介して系から排出され、そこからＣＯ_２はポンプ入口への通過のための過冷却液体として出る。ここでも、この閉鎖システムは、関連するシステムの全体的な効率を改善するために、工業用熱源との統合使用に適合される。大気中への排ガスを有するＣＯ_２排出を直接的に減少させる目的でＣＯ_２を捕捉することはない。

【0018】

ＣＯ_２排出を減少させるために移動源上にＣＯ_２捕捉システムを組み込むことは、重量、エネルギー消費、設備投資額及びメンテナンスを追加する。課題は、操作が容易で、かつ容認可能で競争力のある製造コストでメンテナンスすることが容易であるコンパクトなシステムを提供することである。

【0019】

本発明によって対処される別の課題は、搭載貯蔵のためにＣＯ_２を圧縮するのに必要な電気的及び／又は機械的エネルギーを生成し、関連するシステムを動作させ、かつ移動源アクセサリを駆動する、エネルギー回収及び変換システムと組み合わせた効果的かつ効率的なＣＯ_２捕捉システムを如何に提供するかである。

【0020】

関連する課題は、全体的な効率を高め、かつ部品数、重量、設備投資額、及びシステム全体及び車両のメンテナンスを減らすために、ＣＯ_２捕捉システムとエネルギー回収システムとを如何に組み合わせるかである。

【0021】

移動源からのＣＯ_２捕捉に関連する技術的課題は、炭化水素燃料により駆動される従来のＩＣＥの動作が全ての電気及びハイブリッド自動車に対して経済的及び環境的に競争力を維持するように、搭載ＣＯ_２捕捉の効率を如何にさらに高めるかを含む。これらの従来の課題は、ＣＯ_２捕捉と、熱回収と、ＣＯ_２捕捉剤の再生及び再使用システムとを統合する例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されたプロセス及びシステムによって対処され、以下で「複数システム」と呼ばれる。しかしながら、移動用途で複数システムを利用することはまた、重量、エネルギー消費、設備投資額、車両の動作に関連するメンテナンスを増加させる。

【0022】

この課題には、移動源を駆動するＩＣＥからの高温排ガス流からのＣＯ_２の効率的な搭載捕捉をさらに改善することが残っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0023】

【特許文献1】国際公開第２００６／０２２８８５号

【特許文献2】国際公開第２０１２／１００１４９号

【特許文献3】国際公開第２０１２／１００１６５号

【特許文献4】国際公開第２０１２／１００１５７号

【特許文献5】国際公開第２０１２／１００１８２号

【非特許文献】

【0024】

【非特許文献1】Ｃｈｅｎら，Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｙｃｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ’ｓ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２５（２００５）２０４１−２０５３

【非特許文献2】Ｐｅｒｓｉｃｈｉｌｌｉら，Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ Ｗａｓｔｅ Ｈｅａｔ ｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ＣＯ２−Ｂａｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｙｃｌｅ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｅｘｐｏ ２０１１（Ｍａｙ ２０１１）Ｒｏｓｅｍｏｎｔ，ＩＬ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

本発明は、発電をＣＯ_２捕捉及び搭載ＣＯ_２高密度化及び貯蔵と組み合わせ、不可逆性を低減してプロセス及び運転システムの全体的な効率を向上させ、それによって車両を駆動するために使用される炭化水素燃料からの有用なエネルギーの回収を最大にする、内燃機関（ＩＣＥ）によって駆動される車両に搭載して使用するためのプロセス及び統合システムを広く含む。

【課題を解決するための手段】

【0026】

より具体的には、本発明は、様々な従来の移動用途からのＣＯ_２排出を減少させるための、排ガス流からのＣＯ_２捕捉及びエネルギー回収のためのプロセス及びシステムを対象とし、ここで、捕捉されたＣＯ_２は、仕事を生産するためにエネルギー生産サイクルにおいて作動流体に保持され、ＣＯ_２は実質的に作動流体から分離され、圧縮され、最終的な搭載変換又は移動源からの回収のために一時的に搭載して貯蔵される。本発明の主要な方法及びシステムはまた、例えば隔離（ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ）などによる処理のための、回収された定常源からのＣＯ_２にも適用可能である。

【0027】

本発明のプロセスは、ＣＯ_２含有排ガス流とともに、例えば膜吸収装置を使用する直接接触又は間接接触によって吸収ゾーンにおいて、本明細書及び特許請求の範囲で「溶液」又は「吸着溶液」と呼ばれることがあるＣＯ_２吸収液体を使用し、そうでなければ大気中に排出されたであろうＣＯ_２の全部又は一部を吸収する。

【0028】

水は、経済性、入手可能性、及び新鮮な水との交換が選択されてシステムから排出される場合に環境上の懸念がないという理由から、システムを作動するためにアミン及び例えば重炭酸塩などの他のＣＯ_２吸収剤が溶解される好ましい溶媒である。アルコールはＣＯ_２を捕捉するために使用することができ、溶媒又は溶質として使用することができる。例えば溶媒として水を含むコロイド溶液及びＣＯ_２を捕捉する懸濁固体吸着剤もまた、本発明のプロセスで使用することができる。このような溶液を加熱することは、結果として、固体粒子からのＣＯ_２脱着及び水の蒸発をもたらし、タービンを駆動する。当業者には明らかであるように、ＣＯ_２吸収剤及び吸着剤及び溶媒の仲間は、気候、吸着剤及び溶質材料の入手可能性、及びＩＣＥのタイプを含む特定の使用条件に基づいて選択することができる。以下の説明のために、水が作動流体として選択される。

【0029】

本プロセスの動作は、カリーナサイクル及び吸収システムなどの従来技術のシステムの動作と同様である。しかしながら、これらのプロセスはともに閉鎖システムであり、カリーナサイクルの場合には発電に使用され、吸収システムの場合には冷却又は加熱用に使用される。

【0030】

以下の明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、用語「外部熱交換器」は、空冷式又は水冷式の熱交換器、すなわち、プロセス又はシステムの外部のエネルギーループを閉じるために必要とされるエネルギーシンクを意味する。

【0031】

吸収装置を出るＣＯ_２豊富溶液は、１つ以上の熱交換器を介して加熱され、ＩＣＥからの高温排ガス流によって加熱されるボイラーに送られる。ボイラーでは、ＣＯ_２が吸着溶液から脱着され、溶液中の水の少なくとも一部が蒸発して蒸気を形成する。その後、蒸気相は分離ゾーンに送られ、そこで、高温液体／蒸気分離器は、高濃度のＣＯ_２吸収化合物を有する現在の濃縮された吸着溶液の流れを生成する。

【0032】

分離ゾーンからのＣＯ_２／水蒸気流は、次いで過熱ゾーンに送られ、そこで、２００℃から８００℃の範囲の温度であるＩＣＥから直接送られた高温排ガス流との熱交換にさらされる。過熱蒸気相は、１つ以上のタービンで膨張して動力を発生させる。複数のタービンの場合、捕捉されたＣＯ_２を含む作動流体のサイクル効率を最大にするために、高温排ガスとの熱交換による段間加熱が使用される。

【0033】

液体／蒸気分離器を離れる液体ＣＯ_２希薄溶液は、第１の内部熱交換器に送られ、ＣＯ_２豊富溶液を加熱し、サイクル効率を向上させる。ＣＯ_２希薄溶液は次いで、タービンで又は膨張弁を通って膨張され、次いで、周囲空気又はエンジン冷却液との接触によって外部熱交換器において、吸収ゾーンへ送るための所望の吸収温度まで冷却される。

【0034】

タービンから離れるＣＯ_２／水流は、周囲空気又はエンジン冷却液との接触によって作動する外部熱交換器によって、ＣＯ_２豊富ガス流が回収されて凝縮された水が液体として回収されるＣＯ_２／水分離器の温度まで冷却される前に、第２の内部熱交換器に送られ、ＣＯ_２豊富溶液に熱を供給し、サイクル効率を向上させる。

【0035】

凝縮された水の全部又は一部は、分離器からの濃縮された吸着溶液と混合されて、所望の濃度を溶液に戻すことができ、次いで、吸着剤入口にポンプで注入される。ＣＯ_２豊富ガス流は、段間冷却及び水ノックアウトを有する多段式ＣＯ_２圧縮器で圧縮され、凝縮器／分離器からＣＯ_２とともに運ばれてきた水を除去する。圧縮された純粋なＣＯ_２は、最終的な処分を待っている一時的な搭載貯蔵のための高圧タンクに送られる。中程度の圧縮又は圧縮しないこともまた、金属有機構造体（ＭＯＦ）及び共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）などの大容量保持材料における化学変化によるＣＯ_２変換又はＣＯ_２貯蔵に対して実用的であり得る。永続的な処分のために定常ＣＯ_２源から捕捉されたＣＯ_２の場合、捕捉されたＣＯ_２は、例えば地下隔離などによる永続的な貯蔵のために、パイプライン内を搬送することができる。

【0036】

タービンによって生成された動力は、１つ以上の吸収液ポンプ及び／又はＣＯ_２圧縮器を駆動するために使用することができる。余分な動力は、車両の電池を充電するために、又は搭載された電気部品を駆動するために使用することができる。

【0037】

本発明は、車両に搭載されたポンプ及び／又はＣＯ_２圧縮器の要件を満たすために機械的及び／又は電気的エネルギーを生成するプロセスにおいて、捕捉されたＣＯ_２を加熱及び加圧された作動流体中の成分として利用することによって排ガス流の廃熱からエネルギーを回収する、非常に効率的なプロセス及びシステムを提供する。

【0038】

上記の説明から、本発明は、車両に搭載された吸着剤でＣＯ_２の少なくとも一部を捕捉し、吸着剤からＣＯ_２を回収し、車両上に一時的に貯蔵するためにＣＯ_２を圧縮することによって、車両を駆動するのに使用されるＩＣＥでの炭化水素燃料の燃焼によって生成された排ガス流とともに大気中に放出されるＣＯ_２量を減少させるためのプロセスを対象とし、そのプロセスは、
（ａ）第１の熱交換ゾーンにおける複数の熱交換器を介してＩＣＥからの高温排気ガス流を通過させ、排ガス流の温度を所定の温度範囲の値に低下させるステップ；
（ｂ）吸収ゾーンにおいて、冷却された排ガス流を所定の温度範囲内の温度で液体ＣＯ_２吸着溶液と接触させるステップであって、溶液は、ＣＯ_２と可逆的に結合して排ガス流からのＣＯ_２の少なくとも一部を捕捉し、ＣＯ_２豊富溶液を提供する、少なくとも１つの化合物が溶解された水を含む、ステップ；
（ｃ）ＣＯ_２豊富溶液を、低減されたＣＯ_２含量を有する残りの排ガス流から分離するステップ；
（ｄ）低減されたＣＯ_２含量を有する残りの排ガス流を、大気中に排出するステップ；
（ｅ）ＣＯ_２豊富溶液を加圧し、部分的に冷却された排気ガス流との第１の熱交換関係で通過させるためにボイラー内に送り、その温度を上昇させてＣＯ_２を脱着させて濃縮されたＣＯ_２希薄吸着溶液を提供し、その吸着溶液からの水の一部を蒸発させて、蒸発した水／ＣＯ_２混合物を提供するステップ；
（ｆ）第１の分離ゾーンにおいて、蒸発した水／ＣＯ_２混合物からＣＯ_２希薄吸着溶液を分離するステップ；
（ｇ）蒸発した水／ＣＯ_２混合物を過熱ゾーンに送り、そこで、直接ＩＣＥからの高温排ガス流との第２の熱交換関係で通過させ、混合物の温度を約４００℃までさらに上昇させる、ステップ；
（ｈ）過熱された水／ＣＯ_２混合物をタービンに送り、混合物を所定のより低い圧力値まで膨張させるステップ；
（ｉ）高温の膨張した水／ＣＯ_２混合物を、加圧されたＣＯ_２豊富溶液と熱交換して通過させるステップ；
（ｊ）水／ＣＯ_２混合物を凝縮熱交換器に送り、その温度を低下させて、実質的に全ての水蒸気を液体状態に凝縮させるステップ；
（ｋ）第２の分離ゾーンにおいてＣＯ_２から凝縮された水を分離し、凝縮された水の全部又は一部を吸収ゾーンの上流の吸着溶液と混合するか、又は車両から水を排出するステップ；
（ｌ）実質的に純粋なＣＯ_２を第２の分離ゾーンから回収し、それを圧縮ゾーンに送ってＣＯ_２を高密度化し、残りの水を排出するステップ；
（ｍ）加圧された純粋なＣＯ_２を回収し、貯蔵又はさらなる処理のために搭載容器にそれを送り、物理的及び／又は化学的状態の変化によってその体積を減少させるステップ；
（ｎ）第１の分離ゾーンからの加圧されたＣＯ_２希薄溶液を熱交換関係で通過させ、吸収ゾーンからの加圧されたＣＯ_２豊富溶液の温度を上昇させるステップ；
（о）加圧されたＣＯ_２希薄溶液を膨張装置内に導入し、機械的エネルギーを生成するステップ；
（ｐ）膨張装置からの減圧かつ濃縮されたＣＯ_２希薄溶液を、水が添加される混合弁に送り、吸着溶液の所望の濃度を回復させるステップ；
（ｑ）吸収ゾーン内に送る前に、ＣＯ_２希薄溶液を所定の温度範囲に冷却するステップ；及び
（ｒ）吸収ゾーンの上流でＣＯ_２希薄吸着溶液を加圧するステップ；
によって特徴付けられると理解されるであろう。

【0039】

当業者に理解されるように、上記のステップ（ｇ）における過熱され蒸発した水／ＣＯ_２混合物の温度は、４００℃から変化することができ、システムの最適な動作条件に依存する。ＣＯ_２の体積の低下は、それを液体、固体又は超臨界状態に維持することによって達成することができる。上述したように、水以外の溶媒も本プロセスの実施に使用することができる。

【0040】

本発明は、以下で添付の図面を参照してさらに説明され、図面において、同一又は類似の要素は同じ番号で識別される。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】ＣＯ_２が動力生産サイクルで捕捉され圧縮される基本サイクルにおける本発明のプロセスの実施形態の概略図である。

【図2】任意の再加熱ステップを含む本発明の実施形態を概略的に示す図である。

【図3】膨張力回収を増加させるためにタービン出口での圧力が大気圧未満（真空）に低下された、本発明の実施形態を概略的に示す図である。

【図4】追加の内部熱交換器が排ガス流から熱を抽出する、本発明の第４の実施形態を概略的に示す図である。

【図5】図２で説明されたプロセスと類似のプロセスに対するアスペンシミュレーションのスクリーンショットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

上述したように、本発明のプロセスは、ＩＣＥの排ガス流からＣＯ_２を捕捉して機械的エネルギー又は仕事を生成し、動力生産サイクルでＣＯ_２を含む作動流体を利用する、半閉鎖システムとして動作する。本プロセスは、内燃機関（ＩＣＥ）によって駆動される移動源からのＣＯ_２捕捉のために有利に使用することができる。

【0043】

図１に概略的に示された本発明の実施形態を参照すると、ＣＯ_２が動力生産サイクルで捕捉され圧縮されるプロセスの単純化されたサイクルが示される。

【0044】

例えば炭酸カリウム水溶液などの希薄荷重ＣＯ_２吸収溶液（以下「溶液」と呼ぶ）は、流れ（１０２）としてポンプ（１０）を介して吸収ユニット（２０）に移送され、大気圧又は大気圧付近で排ガス流からのＣＯ_２を捕捉する。

【0045】

ＣＯ_２吸収ユニット（２０）は、充填カラムなどの直接接触液体／ガスカラム又は気液膜接触器などの間接接触膜吸収装置であり得る。便宜上、以下の説明は、直接接触吸収ユニットにおける本発明のプロセスの実施に言及する。しかしながら、当業者には理解されるように、間接吸収装置を実質的に同じ効果で使用することができる。

【0046】

ＩＣＥを出る高温排ガス流（９０１）は、過熱器（３１）を通過することによって最初に冷却され、低温流（９０２）としてボイラー（３０）に入る。ボイラー（３０）を出る排ガス流（９０３）は、熱交換器（３６）において３０℃と１００℃の間の所定の温度にさらに冷却され、冷却された流れ（９０４）は吸収ユニット（２０）に入り、そこでＣＯ_２は、３０℃と１００℃の間の温度で、流れ（１０２）を介して吸収装置（２０）に入る冷却されたＣＯ_２希薄荷重溶液によって吸収される。

【0047】

残りの排ガス（９０５）は、ＣＯ_２捕捉後に吸収装置（２０）を離れ、大気中に排出される。

【0048】

ＣＯ_２豊富溶液は、以下でさらに詳細に説明するように、流れ（２００）を介して吸収装置（２０）を離れ、ポンプ（１１）によってシステムの高圧値、例えば４ＭＰａに加圧され、流れ（２０１）として第１の内部熱交換器（３４）に送られ、そこで、タービン（５１）を離れるＣＯ_２／水流（４０３）によって約１００℃に加熱される。

【0049】

加圧されたＣＯ_２豊富溶液（２０２）は、内部熱交換器（３４）を出て、さらに加熱するために第２の内部熱交換器（３３）を通過する。第２の内部熱交換器（３３）は、高圧ＣＯ_２希薄溶液（３００）によって加熱される。次いで、高圧ＣＯ_２豊富溶液（２０３）はボイラー（３０）に入る。

【0050】

高圧ＣＯ_２豊富溶液（２０３）は、ＩＣＥの排出マニホールド付近の過熱器（３１）の下流の高温排ガス流（９０２）によって加熱されるボイラー（３０）で部分的に蒸発される；ＣＯ_２及び水は、それらの低い標準沸点により蒸発される。

【0051】

高圧ＣＯ_２豊富液体／ガス混合物（２０５）は、例えば約２１０℃の上昇した温度でボイラー（３０）を離れ、残りの高圧ＣＯ_２希薄溶液（３００）からガス状ＣＯ_２／水混合物を分離する液体／蒸気分離器（４０）に入る。

【0052】

高圧ＣＯ_２希薄溶液（３００）は、液体／蒸気分離器（４０）を離れ、内部熱交換器（３３）に入り、流れ（３０１）として例えばタービン又は絞り弁などの膨張装置（５０）に送られ、そこで、流れ（３０２）として液体ヘッダー（１００）に送られる前に、低圧に膨張される。膨張装置（５０）は、システムの動力Ｐを廃熱から回収し、ポンプ（１０）及び（１１）に機械的エネルギーを供給する。

【0053】

液体／蒸気分離器（４０）を出るＣＯ_２／水蒸気混合物（４０１）は、排ガス流（９０１）によって加熱される過熱器（３１）を通過し、過熱流（４０２）として約４００℃の温度で出て、タービン（５１）で膨張して動力を生成し、流れ（４０３）としてほぼ大気圧で出る。

【0054】

タービン（５１）からの動力Ｐは、必要に応じて、システム内のポンプを作動させ、ＣＯ_２を圧縮し、及び／又はプロセスユーティリティを操作するために適用される。

【0055】

流れ（４０３）としてタービン（５１）を出る低圧のＣＯ_２／水は、内部熱交換器（３４）を通過し、流れ（４０６）を介して別の熱交換器（３７）に出て、そこで、水を凝縮させるために約４０℃に冷却される。流れ（４０７）を介して熱交換器（３７）を出た後、低圧のＣＯ_２／水は分離器（４１）に送られ、そこで凝縮された水はＣＯ_２ガスから分離される。分離器（４１）を出る凝縮された水の流れ（５００）は、溶解したＣＯ_２をいくらか含む水で構成され、その全部又は一部が流れ（５０２）として液体ヘッダー（１００）に送られ得る；過剰な水は、流れ（５０１）として系から排出され得る。

【0056】

液体溶液（１００）はさらに、ＣＯ_２吸収装置（２０）に供給するポンプ（１０）の吸引ライン（１０１）に供給される前に、熱交換器（３５）において所望のＣＯ_２吸収温度まで冷却される。

【0057】

主にＣＯ_２からなる蒸気流（６００）は、分離器（４１）から圧縮ゾーン（６０）に送られ、そこで圧縮されて高純度ＣＯ_２流（６０１）を生成する。高純度ＣＯ_２流（６０１）は、移動用途では搭載貯蔵所に、定常又は固定のＣＯ_２源の場合には貯蔵所及び／又はパイプラインに送ることができる。残りの水は、中間冷却及び相分離によって凝縮され、水流（７００）として系から排出される。

【0058】

凝縮された水（７００）の全部又は一部（７０４）は、必要に応じて、三方弁（７０２）を介してループ（１００）又はポンプ吸引ライン（１０１）に注入し戻すことができ、処理中の希薄吸収溶液の含水量を制御し、塩の沈殿を防止する。新鮮な補充水もまた、この目的のために、単独で、又は凝縮された水の流れ（７００）と組み合わせて使用することができる。あるいは、凝縮された水（７００）は系から排出（７０６）され得る。

【0059】

図２に概略的に示される本発明の別の実施形態では、全体的なサイクル効率を高めるために、作動流体の第１の膨張後に出口蒸気流が再加熱される任意の再加熱ステップが提供される。

【0060】

この実施形態では、高温排ガス流（９００）は熱交換器（３２）を介して系に入り、そこで、例えば１Ｍｐａの中圧ＣＯ_２／水混合物（４０３）は約４００℃に再加熱され、加熱流（４０４）として出る。

【0061】

熱交換器（３２）からの冷却された排ガス流（９０１）は、過熱器（３１）に入り、図１で説明したのと同じ経路をたどる。

【0062】

過熱器（３１）からの過熱されたＣＯ_２／水流（４０２）は、タービン（５１）において約１ＭＰａの中圧まで膨張され、流れ（４０３）として出る。流れ（４０３）は熱交換器（３２）に送られて、流入排ガス流（９００）によって約４００℃の温度に再加熱され、次いで流れ（４０４）としてタービン（５２）に送られる。膨張した低圧流れ（４０５）は、ほぼ大気圧でタービン（５２）を出て、内部熱交換器（３４）に送られ、高圧ＣＯ_２豊富溶液流れ（２０１）と熱交換し、流れ（４０６）として出る。

【0063】

流れ（４０６）の処理ステップは、図１の実施形態に関連して上述したものと同じである。

【0064】

再加熱ステップの後に、系内の不可逆性を低減して全体的なシステム効率を高めるためのさらなる膨張ステップが続く。プロセス中の含水量を制御して塩の沈殿を防止するための、補充水としてライン（１００）又は（１０１）を介してループに戻され得る凝縮液流れ（７００）の使用を含む図１のプロセスの他の態様もまた、図２の実施形態に適用可能である。

【0065】

図３に概略的に示される本発明の第３の実施形態では、タービン出口における圧力は、膨張力回収を増加させるために、大気圧未満、例えば真空まで低下される。

【0066】

この利点は、周囲温度でのＣＯ_２水飽和圧が大気圧よりも低いため、流体の膨張からのより高い出力回収及び本発明のプロセスの正味の出力及び効率の増加を可能にして実現することができる。

【0067】

図３のプロセスは、図１に関連して上述した第１の実施形態と類似しており、タービン（５１）を出る流れ（４０３）の出口圧力がすなわち２０ｋＰａの絶対圧に低下している点、及びポンプ（１２）が液体流れ（５００）を大気圧付近まで加圧するためにプロセスに追加されている点で異なる。

【0068】

過熱器（３１）を離れる過熱されたＣＯ_２／水流（４０２）は、膨張エネルギーを回収するために、タービン（５１）で２０ｋＰａに膨張される。ＣＯ_２／水流は、流れ（４０３）を介してタービン（５１）を離れ、内部熱交換器（３４）に入り、ＣＯ_２水流は流れ（４０６）として出る。

【0069】

ＣＯ_２／水流（４０６）は、熱交換器（３７）でさらに冷却され、水を凝縮させることによってＣＯ_２の所望の分離を達成する。熱交換器（３７）を出る流れ（４０７）は、分離器（４１）に送られ、そこで、ＣＯ_２豊富流（６００）は、例えば２０ｋＰａの真空下で回収され、多段階圧縮器（６０）で所望の出口圧力に圧縮され、加圧流（６０１）は貯蔵又はさらなる処理のために送られる。

【0070】

主に水からなる凝縮流（５００）は、ポンプ（１２）によって液体ヘッダーライン（１００）の圧力、例えば１００ｋＰａに加圧されて、サイクルを完了する。ポンプ（１２）を出る流れ（５１０）は、流れ（５０２）を介して流れ（１００）に添加するために全部又は一部が運ばれ、過剰分は流れ（５０１）として系から排出される。

【0071】

追加の仕事エネルギーを回収してプロセスの効率を高めるために、タービン（５２）の出口圧力を例えば２０ｋＰａに低下させることにより、同じ真空凝縮原理を再加熱構成に適用することができる。

【0072】

図４に概略的に示される本発明の第４の実施形態では、排ガス流（９０３）は、全体のサイクル効率を高め、より多くのＣＯ_２を捕捉するか又は同じＣＯ_２捕捉率でより多くの動力を供給するために、１つのステップで、高圧ＣＯ_２豊富溶液流（２０２）と熱交換してさらに冷却される。

【0073】

図４のプロセスは、図３に関連して上述した実施形態と類似しており、熱交換器（３０）と外部熱交換器（３６）との間の排ガスライン上、及び熱交換器（３４）と熱交換器（３３）との間の高圧ＣＯ_２豊富溶液上に追加の内部熱交換器（３９）を含む点で異なる。

【0074】

流れ（９０３）中の熱交換器（３０）を離れる排ガスは、熱交換器（３４）を出る高圧ＣＯ_２豊富溶液流（２０２）を加熱する。より低温の排ガス流（９３４）は、熱交換器（３９）を離れて熱交換器（３６）に入り、図３に記載のプロセスを続ける。

【0075】

熱交換器（３４）を離れる高圧ＣＯ_２豊富溶液流（２０２）は、熱交換器（３３）に入る前に、高温排ガスによって熱交換器（３９）で加熱され、流れ（２２２）を介してさらに加熱される。その後、高圧ＣＯ_２豊富溶液は、図３に記載されたプロセスと同じステップを経る。

【0076】

さらに別の実施形態では、図２に記載のシステムの再加熱構成、又は上述の本発明の図１に示された上記の大気圧出口構成において、熱交換器（３９）を組み込むことが可能である。

【0077】

プロセス及びシステムの上記説明から当業者に明らかなように、３つの熱交換器（例えば、３３、３４及び３９）に循環される流体は、そのプロセスの動作特性及び要求に応じて変えることができる。例えば、以下でさらに説明するように、タービン（５０、５１、５２）からの追加の動力を得るために、熱力学的特性を調整することができる。

【0078】

先の実施形態に関連して上述したように、プロセスで使用される溶液の含水量を制御して塩の沈殿を防止するために、水流（７００）の全部又は一部をライン（１００）又は（１０１）のループ内に注入し戻すことができる。この目的のために、単独で又は流れ（７００）からの水と組み合わせて、新鮮な補充水を使用することもできる。

【0079】

図４に示されるプロセスはまた、プロセス効率をさらに高めるために先に図２で示した再加熱ステップを含むことに留意すべきである。

【0080】

本発明によるプロセスは、所定のＣＯ_２捕捉目標、例えば２５％を達成するように、又は所定の所要動力量を生成するように操作することができる。

【0081】

ＣＯ_２捕捉用途では、ＣＯ_２圧縮がシステムの主なエネルギー集約的構成要素であり、正味の動力出力は、「タービンによって生成された正味の動力」マイナス「ポンプによって及び単一又は複数のＣＯ_２圧縮ステップで消費された動力」である。

【0082】

ポンプはシステムの動作に不可欠であるので、ポンプの動作に関する要求を満たす変動は殆どないか全くないことがある；しかしながら、ＣＯ_２圧縮の程度は変えることができ、ＣＯ_２捕捉率及び／又は搭載貯蔵容量に依存する。

【0083】

ＣＯ_２捕捉率要件のない動力指向動作モードでは、例えば、ＣＯ_２捕捉率を減少させてＣＯ_２圧縮動力要件を低減することによって、所望の正味動力出力に応じて率を調整することができ、それによってシステムの正味動力出力を増加させる。

【0084】

代替的に、ＣＯ_２捕捉率が、例えば所与の範囲内又は所定値よりも小さくないように固定される場合、システムは、正味動力生産の自由度を伴わずに、必要なＣＯ_２捕捉流量で動作するべきである。

【0085】

システム全体にわたる圧力及び温度の選択は、生産サイクルのパラメータ及び潜在的なＣＯ_２捕捉率を決定する。例えば、過熱及び再加熱を使用して、システム内で動力出力を増加させて不可逆性を低減することができる。その結果、過熱及び再加熱は、ＣＯ_２捕捉率に影響を与えないが、生産される正味動力には影響を与える。

【0086】

ＣＯ_２捕捉率に影響を与える重要なパラメータは、熱交換器（３０）を出て分離器（４０）に入る流れ（２０５）の温度及び圧力であるが、なぜなら、この流れの条件は、どれくらいのＣＯ_２及び水が分離器（４０）で蒸気相内に入るかを決定するからである。

【0087】

熱交換器（３７）出口の温度及び圧力、並びに分離器（４１）の動作温度及び圧力は、実際のＣＯ_２捕捉率に関連するが、なぜなら、分離器（４１）の温度及び圧力が液体相と蒸気相との比を制御するからである。従って、所望の動力生産を達成するためのシステムの動作、及び／又はこれらの装置（３７、４１）内の温度及び圧力を制御することによるＣＯ_２捕捉及び排出低下のレベルを調整することが可能である。

【0088】

本発明によるプロセスは、排ガス流の熱に加えて、例えばエンジン冷却液エネルギー、太陽エネルギー、又は回収可能な熱エネルギーの任意の他の利用可能な形態などの１つ以上の異なるエネルギー源を使用して、動力生産を最大にするために熱交換器（３０）及び／又は（３１）及び／又は（３２）及び／又は（３９）の動作を支援することができる。

【0089】

例えば動力学的、機械的及び／又は電気的エネルギーなどの回収可能なエネルギーは、タービンの出力を増加させる及び／又はＣＯ_２圧縮器を動作させるために、本プロセスで使用することができる。全ての電気又はハイブリッド自動車に使用されるエネルギー回収システム及び装置はまた、電力を直接的に、又は蓄電池又は他の装置を介して供給するＩＣＥによって駆動される車両にも使用することができる。

【0090】

周囲又は外部の流れで流れを冷却するために使用される本プロセス中の任意の冷却装置、例えば空冷熱交換器（３６）は、例えば熱電装置、又は作動流体流れを所望の温度に冷却しながら熱を捕捉してエネルギーに変換する他の装置などのエネルギー回収装置で置き換えることができ、回収されたエネルギーは本プロセスで利用され得る。例えば、熱交換器で排ガス流を２００℃から６０℃に冷却する代わりに、熱電装置を利用して、回収されたエネルギーから電気を生成しながら、流れ（９０３）を所望の温度に冷却することができる。

【0091】

本発明のプロセスはまた、ポンプの位置を変えることによって、又はポンプをイジェクタに置き換えることによって変更することができる。また、吸収装置（２０）のタイプ、すなわち閉鎖タイプ、膜型吸収装置などに応じて、吸収ユニット（２０）の上流、又は好ましくは下流のポンプ（１１）の位置の何れかである単一ポンプで、ポンプ（１０）とポンプ（１１）を組み合わせることも可能であり、より低い溶液圧で吸収を実施することができる。

【0092】

本発明のプロセスはまた、膜又は他の分離手段などのＣＯ_２及び水の分離のための種々のプロセスを用いることもできる。

【0093】

本発明によるプロセスで使用されるＣＯ_２吸収溶液は、物理的又は化学的プロセスの何れかによってＣＯ_２を捕捉する塩及び／又はアミン及び／又は他の分子を含む水ベースの溶液であり得る。本発明のプロセスで使用されるＣＯ_２吸着溶液は、以下から選択することができる：
（ａ）物理的又は化学的にＣＯ_２を吸収する塩及び／又はアミン及び／又は他の分子を含む溶媒ベースの溶液；
（ｂ）固体のＣＯ_２吸着粒子が分散され、ＣＯ_２が低温で粒子に吸着されて高温で粒子から脱着され、粒子が再生されてリサイクルされる溶媒ベース又は水ベースの担体、及び、好ましくは低温で物理的又は化学的にＣＯ_２を吸着又は吸収し、高温でＣＯ_２を脱着して流量及びコンタクターのサイズを減少させる液体担体；
（ｃ）ＣＯ_２を可逆的に吸収及び／又は吸着し、適切な条件でＣＯ_２を脱着する、コロイド流体又はクリスタロイド流体；及び
（ｄ）吸収液体と吸着液体との混合物。

【0094】

上記の説明及び実施例から理解されるように、本発明のプロセスは、不可逆性を低減し、それによって処理及び動作システムの全体的な効率を向上させる統合システムにおけるＣＯ_２捕捉の組み合わせを広く包含する。

【0095】

本発明のプロセスは、移動用途における効率及び廃熱回収の向上に加えて、別個の熱回収及びＣＯ_２回収システムと比較して、より少ない数の構成要素を必要とするという利点を含む。この統合されたシステムは、移動源に搭載される空間及び重量を節約し、設備投資額及び運転維持コストを削減する。

【0096】

図５は、図２に示されるプロセスと同様の本発明の実施形態を表すアスペンプラスシミュレーションフローシートのスクリーンショットである。

【実施例】

【0097】

移動用途のための本発明のプロセスの実施に対する図３に示される実施形態の最良の形態によるプロセスについて、この実施例においてさらに詳細に説明する。希薄炭酸カリウムＣＯ_２吸収水溶液は、ポンプ（１０）によって加圧され、吸収ユニット（２０）内に流れ（１０２）として導入され、冷却された排ガス流からＣＯ_２を捕捉する。ＣＯ_２吸収ユニット（２０）は、大気圧又は大気圧付近の圧力で作動する直接接触液体ガスカラム又は間接接触膜吸収装置であってもよい。

【0098】

高温排ガス流（９０１）は、過熱器（３１）及びボイラー（３０）を通過する際に冷却される。ボイラー（３０）を出る排ガス流（９０３）は、熱交換器（３６）で周囲条件に応じて３０℃と１００℃の間の所定の温度にさらに冷却され、冷却された排ガス流（９０４）は吸収ユニット（２０）に入り、そこでＣＯ_２がＣＯ_２希薄溶液（１０２）に吸収されて、吸収が完了する。

【0099】

低減されたＣＯ_２含量を有する排ガス流（９０５）の残りの部分は、吸収装置（２０）を出て大気中に排出される。代替的な実施形態では、大気中に排出される前に、例えばその体積を拡大するために、煙道ガス流（９０５）を再加熱することができる。流れ（９０５）の再加熱は、熱交換器（３６）に入る流れ（９０３）からの熱を用いて達成することができる。この実施形態では、熱交換器３６を内部熱交換器で置き換えることができ、又は、このシステムにおいて熱交換器（３６）の上流に内部熱交換器を組み込み、流れ（９０３）が流れ（９０５）に熱を供給することができる。

【0100】

以下でさらに詳細に説明するように、ＣＯ_２豊富溶液（２００）は吸収装置（２０）を出て、ポンプ（１１）によってシステムの高圧値、例えば４ＭＰａに加圧され、加圧流（２０１）として第１の内部熱交換器（３４）に送られ、そこでタービン（５１）を離れるＣＯ_２／水流（４０３）によって加熱される。

【0101】

加熱された高圧ＣＯ_２豊富溶液（２０２）は、第１の内部熱交換器（３４）を出て、追加の加熱のために第２の内部熱交換器（３３）を通過する。第２の内部熱交換器（３３）は、ＣＯ_２が以前に回収された高温の高圧ＣＯ_２希薄溶液（３００）によって加熱される。次いで、高圧ＣＯ_２豊富溶液（２０３）はボイラー（３０）に入る。

【0102】

加圧されたＣＯ_２豊富溶液（２０３）は、高温の排ガス流（９０２）によって加熱されるボイラー（３０）で部分的に蒸発される；吸収されたＣＯ_２の一部は脱着され、水の一部はそれらの通常の沸点が低いため蒸発される。炭酸カリウムの濃度が増加するにつれて、溶液の沸点も上昇するので、溶液は流動可能な液体状態のままである。

【0103】

高圧ＣＯ_２豊富溶液（２０５）は、約２１０℃の温度でボイラーから送られ、ＣＯ_２／水のガス状混合物を残りの加圧されたＣＯ_２希薄溶液から分離する液体／蒸気分離器（４０）に入る。

【0104】

加圧されたＣＯ_２希薄溶液（３００）は、液体／蒸気分離器（４０）を離れ、内部熱交換器（３３）を通過し、次いで流れ（３０１）として、例えばタービン又は絞り弁などの膨張装置（５０）に入り、そこで、流れ（３０２）として低圧プロセス液体ヘッダー又は導管（１００）に送られる前に、より低い圧力に膨張される。

【0105】

膨張装置（５０）は、ポンプ（１０）、（１１）及び図４の（１２）の動作に必要な動力Ｐを回収する絞り弁又はタービンであってもよい。膨張装置（５０）は、好ましくは、高圧ポンプ（１１）のシャフトに直接連結される。あるいは、動力を回収して、ポンプを駆動するために電気を供給する電池を充電することができる。別の実施形態では、１つ以上のポンプをタービンからの共通の駆動シャフトに接続することができる。

【0106】

液体／蒸気分離器（４０）を出るＣＯ_２／水蒸気混合物（４０１）は、高温排ガス流（９０１）によって加熱される過熱器（３１）を通過し、４００℃付近の温度で過熱されたＣＯ_２／水混合物（４０２）として出る。流れ（４０２）は、タービン（５１）でシステムの真空圧力値、例えば２０ｋＰａまで膨張され、システムでポンプを動作させるために必要に応じて加えられる動力Ｐを生成し、ＣＯ_２を圧縮し、プロセスユーティリティを操作する。

【0107】

低圧のＣＯ_２／水混合物は、流れ（４０３）としてタービン（５１）を離れ、内部熱交換器（３４）に入り、次いで流れ（４０６）として熱交換器（３７）に入る。

【0108】

ＣＯ_２／水流（４０６）を冷却して水を凝縮させ、ＣＯ_２と水との所望の分離を達成する。流れ（４０７）は熱交換器（３７）を出て分離器（４１）に送られ、そこで、ＣＯ_２豊富流れ（６００）が真空、例えば２０ｋＰａ下で回収される。

【0109】

蒸気流（６００）は、主にＣＯ_２からなり、圧縮ゾーン（６０）に送られ、そこで圧縮されて、圧縮された高純度のＣＯ_２流（６０１）を提供する。高純度のＣＯ_２流（６０１）は、移動用途では搭載された貯蔵所に、最終的にはパイプラインを介して恒久的な地下又は他の貯蔵所に送ることができる。残りの水は、中間冷却及び相分離によって凝縮され、系から廃水流（７００）として排出される。

【0110】

分離器（４１）からの凝縮液流（５００）は、主として、溶解したＣＯ_２をいくらか含む水で構成され、約１００ｋＰａの圧力で液体ヘッダーライン（１００）内に導入するためにポンプ（１２）によって加圧される。ポンプ（１２）から出る流れ（５１０）は、流れ（５０２）として吸着溶液流（１００）に全体的又は部分的に送られ、過剰分は流れ（５０１）として系から排出される。

【0111】

吸収溶液流（１００）は、熱交換器（３５）で所定のＣＯ_２吸収温度までさらに冷却され、次いでＣＯ_２吸収装置（２０）内に導入するためにポンプ（１０）の吸引ライン（１０１）に送られる。

【0112】

ＣＯ_２排出量の低減に関する従来技術のシステムは、エネルギー回収システムにおける作動流体としての排ガス流からのＣＯ_２の利用を意図していない。

【0113】

［実施例］
ベンチテストの代わりにアスペンテクノロジープログラムモデルを使用して、コンピュータ解析／シミュレーションを作成した。このモデルは、図１に示す概略構成に一般的に対応している。計算は、装置全体で圧力降下がない２５％ＣＯ_２捕捉率に基づいている。

【0114】

結果は指標であり、幾つかの不確実性は残っているが、結果は特定の条件に対する有用なデータを提供することが理解されるであろう。以下の表１は、図５に示されたアスペンシミュレーションに対する上記の様々な流れの特性を含む。

【0115】

【表1】

【0116】

本発明の様々な例示的な実施形態が上記及び添付の図面に記載されているが、当業者であれば、これらの実施例及び説明からさらなる変更が明らかであろう。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。

【符号の説明】

【0117】

１０、１１、１２ ポンプ
２０ 吸収ユニット、吸収装置
３０ ボイラー
３１ 過熱器
３２、３５、３６、３７、３９ 熱交換器
３３、３４ 内部熱交換器
４０、４１ 分離器
５０ 膨張装置
５１ タービン
６０ 圧縮ゾーン
１００ 液体ヘッダー
１０１ ポンプ吸入ライン
２００、２０１、２０２、２０３、２０５、２２２ ＣＯ_２豊富溶液
３００、３０１、３０２ ＣＯ_２希薄溶液
４０１、４０２、４０３、４０６、４０７ ＣＯ_２／水流
５００、５０１、５０２、７００ 凝縮流
６００、６０１ ＣＯ_２流
７０２ 三方弁
９０１、９０２、９０３、９０４、９０５ 排ガス流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】