一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO₂收集系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO2收集系統(tǒng)，主要包括：空氣分離器(1)、柴油機(jī)(2)、一級氣體分離器(3)、水凈化器(4)、一級壓縮機(jī)(5)、二級氣體分離器(6)、二級壓縮機(jī)(7)、三級壓縮機(jī)(8)、CO2收集器(9)。本發(fā)明還提供了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO2收集系統(tǒng)的工作方法，采用空氣分離器(1)將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x，氧氣進(jìn)入柴油機(jī)(2)進(jìn)行燃燒，燃燒后生成的CO2和H2O經(jīng)過氣體分離器分離出來，其中H2O經(jīng)水凈化器(4)回收，CO2經(jīng)過三次壓縮機(jī)增壓液化儲存在收集器(9)中。采用本發(fā)明技術(shù)方案的柴油機(jī)燃燒不生成氮氧化物，并且能將燃燒生成的CO2收集起來，徹底解決了柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生污染的問題，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)的零排放。
【專利說明】
_種進(jìn)氣分禹式柴油機(jī)002收集系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO2收集系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油在柴油機(jī)的燃燒室中和空氣燃燒后會產(chǎn)生NOx和⑶2，其中NOx是空氣中的一部分氮?dú)庠诟邷厝紵龝r生成的。
[0003 ]其中NOx是形成酸雨的主要污染物，NOx對人體的危害最主要的是刺激人的呼吸中樞，導(dǎo)致呼吸急促，并且隨著吸入量增加，并且會引起頭痛、神智不清等癥狀。電廠常針對NOx提出很多脫硝方案，但是這些方法不能應(yīng)用于車用柴油機(jī)上或狹小空間或封閉區(qū)間內(nèi)的柴油機(jī)上。
[0004]大氣中的CO2含量近年來急劇增加還導(dǎo)致了溫室效應(yīng)。過去CO2不被列為環(huán)境污染的因素，但是隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，CO2的危害越來越成為研究的熱點(diǎn)。專利(ZL201210119473.4)給出了一種⑶2捕集裝置的思路，但是沒有與柴油機(jī)燃燒前的空氣處理形成整體方案，為柴油機(jī)收集CO2的設(shè)計還不充分，實(shí)際應(yīng)用性還需進(jìn)一步研究。
[0005]因此需要提出一種更具有可行性的整體方案，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)中的柴油燃燒后不生成NOx，同時又能解決CO2收集的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的正是為了解決前面提出的技術(shù)問題，提出了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)C02收集系統(tǒng)，對柴油機(jī)燃燒前的空氣進(jìn)行處理以去除氮?dú)猓⑼瑫r實(shí)現(xiàn)了對柴油機(jī)排放尾氣中的CO2收集。本發(fā)明一舉實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)尾氣的NOx和CO2零排放，符合現(xiàn)在中國目前節(jié)能減排的改革現(xiàn)狀。
[0007]本發(fā)明提供了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)C02收集系統(tǒng)，主要包括空氣分離器、柴油機(jī)、一級氣體分離器、水凈化器、一級壓縮機(jī)、二級氣體分離器、二級壓縮機(jī)、三級壓縮機(jī)和CO2收集器；
[0008]空氣分離器的純氧出口通過管路與柴油機(jī)的進(jìn)氣口相連；
[0009]柴油機(jī)的排氣管通過管路與一級氣體分離器相連；
[0010]—級氣體分離器具有⑶2出口和水汽出口，其中水汽出口連接水凈化器，CO2出口連接一級壓縮機(jī)；
[0011 ] —級壓縮機(jī)的出氣口經(jīng)管路連接二級氣體分離器；
[0012]二級氣體分離器的氣態(tài)水出口經(jīng)管路連接水凈化器；
[0013]二級氣體分離器的出氣口經(jīng)管路連接二級壓縮機(jī)；
[0014]二級壓縮機(jī)的出氣口經(jīng)管路連接三級壓縮機(jī)；
[0015]三級壓縮機(jī)的液體出口連接CO2收集器。
[0016]其中，空氣分離器具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分離好的氣體出口，所述氣體出口包括純氧出口和其它氣體出口。純氧出口通過管路與柴油機(jī)的進(jìn)氣口相連，其它氣體出口通入大氣。
[0017]其中，柴油機(jī)的燃燒室具有柴油噴入口、純氧入口和純凈水噴入口。
[00? 8] 其中作為優(yōu)選，一級氣體分離器將90 %的氣態(tài)H2O與C02分離。
[0019]其中作為優(yōu)選，CO2進(jìn)入二級壓縮機(jī)增壓至16bar，然后進(jìn)入三級壓縮機(jī)增壓至IlObar0
[0020]本發(fā)明還提供了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)C02收集系統(tǒng)的工作方法:
[0021]空氣分離器將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x，將氧氣送入柴油機(jī)的燃燒室與柴油混合燃燒，并在燃燒后期噴入水以降低燃燒溫度；
[0022]燃燒后產(chǎn)生的氣態(tài)H2O和⑶2進(jìn)入一級氣體分離器，分離后的氣態(tài)H2O進(jìn)入水凈化器，剩余的氣態(tài)H2O和CO2經(jīng)一級氣體分離器進(jìn)入一級壓縮機(jī)增壓，然后送入二級氣體分離器；
[0023]在二級氣體分離器中，分離后的氣態(tài)H2O進(jìn)入水凈化器回收，分離后的CO2進(jìn)入二級壓縮機(jī)增壓，然后進(jìn)入三級壓縮機(jī)增壓變成液態(tài)CO2，最終由CO2收集器收集。
[0024]作為優(yōu)選，空氣進(jìn)入空氣分離器前進(jìn)行過濾。
[0025]作為優(yōu)選，一級氣體分離器與一級壓縮機(jī)之間設(shè)置有冷卻裝置。
[0026]作為優(yōu)選，純氧與柴油在柴油機(jī)混合燃燒的末段對燃燒室噴水以防止暴燃。
[0027]本發(fā)明通過空氣分離得到純氧，在柴油機(jī)中與柴油混合燃燒生成H2O和CO2，提高了柴油機(jī)的做功能力，同時也消除了NOx和固體顆粒物的生成。其中H2O經(jīng)過水凈化器得到回收，CO2經(jīng)過三次壓縮機(jī)，壓力提高而后液化CO2由收集器收集，徹底解決了柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生污染的問題，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)的零排放。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO2收集系統(tǒng)的總體方案流程圖。
[0029]圖中:1、空氣分離器，2、柴油機(jī)，3、一級氣體分離器，4、水凈化器，5、一級壓縮機(jī)，
6、二級氣體分離器，7、二級壓縮機(jī)，8、三級壓縮機(jī)，9、CO2收集器。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0031 ]參見附圖1，本發(fā)明的一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)⑶2收集系統(tǒng)，主要包括空氣分離器
1、柴油機(jī)2、一級氣體分離器3、水凈化器4、一級壓縮機(jī)5、二級氣體分離器6、二級壓縮機(jī)7、三級壓縮機(jī)8和CO2收集器9。
[0032]空氣分離器I具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分離好的氣體出口。氣體出口包括純氧出口和其它氣體出口，其中，純氧出口通過管路與柴油機(jī)2的進(jìn)氣口相連。其它氣體出口通入大氣。
[0033]柴油機(jī)2的燃燒室具有柴油噴入口、純氧入口和純凈水噴入口。柴油機(jī)2的排氣管經(jīng)管路與一級氣體分離器3相連。
[0034]—級氣體分離器3具有CO2出口和水汽出口，其中水汽出口連接水凈化器4，CO2出口連接一級壓縮機(jī)5。
[0035]—級壓縮機(jī)5的出氣口經(jīng)管路連接二級氣體分離器6。二級氣體分離器6的氣態(tài)水出口經(jīng)管路連接水凈化器4。
[0036]二級氣體分離器6的出氣口經(jīng)管路連接二級壓縮機(jī)7，二級壓縮機(jī)7的出氣口經(jīng)管路連接三級壓縮機(jī)8，三級壓縮機(jī)8的液體出口連接CO2收集器9。
[0037]本發(fā)明還提供了一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)C02收集系統(tǒng)的工作方法，具體描述如下:
[0038]如圖1所示，空氣分離器I將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x，將氧氣送入柴油機(jī)2的燃燒室與柴油混合燃燒，并在燃燒后期噴入水以降低燃燒溫度，防止爆震，有利于提高做功效率;燃燒后產(chǎn)生的氣態(tài)H2O和C02，進(jìn)入一級氣體分離器3 ； 一級氣體分離器3將90 %的氣態(tài)H2O與CO2分離，分離后的H2O進(jìn)入水凈化器4經(jīng)過冷凝、凈化并回收;剩余10%的氣態(tài)H2O和CO2經(jīng)一級氣體分離器3進(jìn)入一級壓縮機(jī)5增壓至4bar,然后送入二級氣體分離器6 ；在二級氣體分離器6中氣態(tài)H2O和CO2徹底分離，分離后的氣態(tài)H2O進(jìn)入水凈化器4回收，CO2進(jìn)入二級壓縮機(jī)7增壓至16bar，然后進(jìn)入三級壓縮機(jī)8增壓至11Obar變成液態(tài)CO2,最終由CO2收集器9收集。
[0039]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，空氣進(jìn)入空氣分離器I前需進(jìn)行過濾。
[0040]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，一級氣體分離器3與一級壓縮機(jī)5之間設(shè)置有冷卻裝置，SP剩余10%的氣態(tài)H2O和CO2經(jīng)一級氣體分離器3進(jìn)入一級壓縮機(jī)5之前需要進(jìn)行冷卻至適宜溫度，以保證一級壓縮機(jī)5能夠正常工作。
[0041 ]本發(fā)明通過空氣分離得到純氧，在柴油機(jī)中與柴油混合燃燒生成H2O和CO2，提高了柴油機(jī)的做功能力，同時也消除了NOx和固體顆粒物的生成，并采用多級壓縮的方法回收了液態(tài)C02，徹底解決了柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生污染的問題，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)的零排放。
[0042]本發(fā)明系統(tǒng)的柴油機(jī)作為動力驅(qū)動裝置可用于狹小空間或封閉區(qū)間內(nèi)，如坑道、隧道等。同時，也可用于發(fā)電用柴油機(jī)上，用于分布式發(fā)電、小區(qū)供熱等?；蛘咭部梢杂糜谲囕v上。
[0043]本發(fā)明不限于以上對實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，比如空氣分離器和水凈化器的選擇設(shè)置等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)CO2收集系統(tǒng)，主要包括空氣分離器(1)、柴油機(jī)(2)、一級氣體分離器(3)、水凈化器(4)、一級壓縮機(jī)(5)、二級氣體分離器(6)、二級壓縮機(jī)(7)、三級壓縮機(jī)(8)、CO2收集器(9);其特征在于: 空氣分離器(I)通過管路與柴油機(jī)(2)的進(jìn)氣口相連； 柴油機(jī)(2)的排氣管通過管路與一級氣體分離器(3)相連； 一級氣體分離器(3)具有CO2出口和水汽出口，其中水汽出口連接水凈化器(4)，CO2出口連接一級壓縮機(jī)(5); 一級壓縮機(jī)(5)的出氣口經(jīng)管路連接二級氣體分離器(6); 二級氣體分離器(6)的氣態(tài)水出口經(jīng)管路連接水凈化器(4); 二級氣體分離器(6)的出氣口經(jīng)管路連接二級壓縮機(jī)(7); 二級壓縮機(jī)(7)的出氣口經(jīng)管路連接三級壓縮機(jī)(8); 三級壓縮機(jī)(8)的液體出口連接CO2收集器(9)。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:空氣分離器(I)具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分離好的氣體出口，所述氣體出口包括純氧出口和其它氣體出口。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于:純氧出口通過管路與柴油機(jī)(2)的進(jìn)氣口相連，其它氣體出口通入大氣。4.如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于:柴油機(jī)(2)的燃燒室具有柴油噴入口、純氧入口和純凈水噴入口。5.如權(quán)利要求1或2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于:一級氣體分離器(3)將90%的氣態(tài)H2O與C02分咼。6.如權(quán)利要求1或2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于:C02進(jìn)入二級壓縮機(jī)(7)增壓至16bar，然后進(jìn)入三級壓縮機(jī)(8)增壓至llObar。7.—種進(jìn)氣分離式柴油機(jī)C02收集系統(tǒng)的工作方法，基于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于: 空氣分離器將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x，將氧氣送入柴油機(jī)的燃燒室與柴油混合燃燒，并在燃燒后期噴入水以降低燃燒溫度； 燃燒后產(chǎn)生的氣態(tài)H2O和C02進(jìn)入一級氣體分離器，分離后的氣態(tài)H2O進(jìn)入水凈化器，剩余的氣態(tài)H2O和CO2經(jīng)一級氣體分離器進(jìn)入一級壓縮機(jī)增壓，然后送入二級氣體分離器； 在二級氣體分離器中，分離后的氣態(tài)H2O進(jìn)入水凈化器回收，分離后的CO2進(jìn)入二級壓縮機(jī)增壓，然后進(jìn)入三級壓縮機(jī)增壓變成液態(tài)CO2，最終由CO2收集器收集。8.如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征在于:空氣進(jìn)入空氣分離器(I)前進(jìn)行過濾。9.如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征在于:一級氣體分離器(3)與一級壓縮機(jī)(5)之間設(shè)置有冷卻裝置。10.如權(quán)利要求7所述的工作方法，其特征在于:純氧與柴油在柴油機(jī)(2)混合燃燒的末段對燃燒室噴水以防止暴燃。
【文檔編號】F01N3/02GK105909345SQ201610214192
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】劉永峰, 石焱, 姚圣卓, 秦建軍, 金濤濤
【申請人】北京建筑大學(xué)