通过在混凝土搅拌机车上安装二氧化碳捕集系统同时增强水泥和利用二氧化碳的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月1日提交的第15/828,839号美国申请的优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

背景技术：

本公开涉及一种车辆co2捕集和利用系统。更具体地，本公开介绍了用于车辆co2捕集和利用系统的技术，所述系统包含位于混凝土搅拌车上的车辆排气系统。

技术实现要素：

根据本公开的主题，一种车辆co2捕集和利用系统包含混凝土搅拌车和车辆排气捕集系统。所述混凝土搅拌车包括车辆排气口和搅拌槽。所述车辆排气捕集系统位于所述混凝土搅拌车上。另外，所述车辆排气捕集系统包含流体地联接所述车辆排气口和所述搅拌槽的一个或多个流体路径。

根据本公开的一个实施例，一种车辆co2捕集和利用系统包含混凝土搅拌车和车辆排气捕集系统。所述混凝土搅拌车包含内燃机、车辆排气口和搅拌槽。所述车辆排气捕集系统包含流体地联接所述车辆排气口与所述搅拌槽的一个或多个流体路径。所述车辆排气捕集系统包含位于所述混凝土搅拌车上且使用所述一个或多个流体路径流体地联接至所述车辆排气口和所述搅拌槽的co2捕集单元。所述车辆排气捕集系统包含co2储槽，所述co2储槽使用所述一个或多个流体路径流体地联接至所述车辆排气口，且位于所述混凝土搅拌车上。所述一个或多个流体路径包含从所述车辆排气口延伸至所述co2捕集单元的第一流体路径、从所述co2捕集单元延伸至所述搅拌槽的第二流体路径，以及从所述co2捕集单元延伸至所述co2储槽的第三流体路径。另外，第一流产生单元流体地联接至所述第二流体路径，并且在结构上构造成产生从所述co2捕集单元到所述搅拌槽的流体流；并且第二流产生单元流体地联接至所述第三流体路径，并且在结构上构造成产生从所述co2捕集单元到所述co2储槽的流体流。

在根据本公开的另一实施例中，一种碳化胶凝材料混合物的方法包含使用混凝土搅拌车产生co2排放物，所述混凝土搅拌车包括车辆排气口和搅拌槽。所述搅拌槽容纳未固化的胶凝材料混合物。所述方法还包含将由所述混凝土搅拌车产生且通过所述车辆排气口输出的所述co2排放物的至少一部分通过流体地联接至所述车辆排气口和所述搅拌槽的一个或多个流体路径引入所述搅拌槽，使得co2在所述搅拌槽中与所述未固化的胶凝材料混合物混合，从而碳化所述未固化的胶凝材料混合物并形成caco3。

尽管本公开的概念在本文中主要参考一些具体车辆co2捕集和利用系统构造进行描述，但预期概念将享有对具有任何构造的车辆co2捕集和利用系统的适用性。

附图说明

以下对本公开的具体实施例的详细描述在结合以下附图时可以最好地理解，附图中用类似的参考数字指示类似的结构，并且其中：

图1是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的车辆co2捕集和利用系统的示意图，所述系统包括混凝土搅拌车上的车辆排气捕集系统；

图2是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的在添加co2和未添加co2的情况下固化后在胶凝材料混合物中形成的碳酸盐的重量百分比的图示；以及

图3是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的辅助排气捕集系统的示意图。

具体实施方式

图1是车辆二氧化碳(co2)捕集和利用系统100的示意图。车辆co2捕集和利用系统100包括混凝土搅拌车110和车辆排气捕集系统120。混凝土搅拌车110包括内燃机112，所述内燃机流体地联接至车辆排气口114，使得由内燃机112产生的排放物由车辆排气口114输出。内燃机112可以包括汽油机、柴油机或任何其它已知或尚未开发的发动机，所述发动机构造成输出包括co2的排放物。例如，排放物可以包括约1％co2至约30％co2，例如约2％co2至约25％co2、3％co2至约25％co2、5％co2至约15％co2，以及任何值、范围和其间的子范围。混凝土搅拌车110还包含搅拌槽116，所述搅拌槽可以容纳胶凝材料混合物115，例如未固化的胶凝材料混合物115。尽管不受理论的限制，但未固化的胶凝材料混合物115可以包括约10％至约15％的水泥，约60％至约75％的骨料，约15％至约20％的水以及约0％至约8％的夹带空气(例如约5％至8％)。作为非限制性示例，骨料可以包括沙、砾石、石头、矿渣、再生混凝土、粘土、浮石珍珠岩、蛭石等中的一种或多种。

此外，搅拌槽116可以是可旋转的搅拌槽。在操作中，搅拌槽116的旋转可以减慢固化过程，使得未固化的胶凝材料混合物115可以从搅拌槽116中卸载到期望的固化位置(即，需要固化的混凝土的位置，例如建筑工地)且然后固化。在一些实施例中，搅拌槽116可以包括约5立方米至约15立方米的体积，例如，约6立方米、8立方米、9立方米、10立方米、12立方米等。

如图1所描绘，车辆排气捕集系统120位于混凝土搅拌车110上。车辆排气捕集系统120包括一个或多个流体路径170、在结构上构造成捕集co2并按需释放co2的co2捕集单元130，以及在结构上构造成存储co2的co2储槽150。co2捕集单元130和co2储槽150各自位于混凝土搅拌车110上。车辆排气捕集系统120进一步包括一个或多个流产生单元140，其流体地联接至一个或多个流体路径170中的至少一个，并且构造成在所述一个或多个流体路径170中的至少一个内产生流体流。一个或多个流产生单元140可以包括质量流量控制器、安全阀、压力控制器和气缸，其任何组合等。在操作中，车辆排气捕集系统120构造成隔绝由混凝土搅拌车110排出的co2，从而防止由混凝土搅拌车110排出的co2进入大气，减少由混凝土搅拌车110产生的污染。在本文描述的实施例中，可以通过将co2排放物直接引入搅拌槽116中，使用co2捕集单元130捕集co2排放物用于后续引入搅拌槽116中，或捕集co2排放物并将其存储在例如co2储槽150中来隔绝co2。

尽管不受理论的限制，但引入搅拌槽116的co2(例如来自排放物的co2)可以用作容纳在搅拌槽116中的未固化胶凝材料混合物115的固化剂。例如，从排放物捕集的co2可与容纳在搅拌槽116内的胶凝材料混合物115混合，从而碳化胶凝材料混合物115，并在搅拌槽116中形成caco3(例如，将例如caco3等碳酸盐添加至胶凝材料混合物115)，其为热力学稳定的碳酸盐。碳酸化反应可以被表示为ca(oh)2+co2→caco3+h2o。因此，当将胶凝材料混合物115应用于期望的固化位置时，胶凝材料混合物115的caco3可促进胶凝材料混合物115固化成固化混凝土。尽管不受理论的限制，但是将co2添加至胶凝材料混合物115以形成caco3可减少固化时间，并提高由碳化胶凝材料混合物115形成的固化混凝土的强度。具体地，碳化胶凝材料混合物115可以通过加速和提高caco3的形成而加快由胶凝材料混合物115形成的固化混凝土的机械强度的提高，这为由胶凝材料混合物115形成的固化混凝土提供了刚性。

作为说明性示例，图2示出了曲线图10，其描绘了在添加10％的co2(例如从车辆排气口114捕集的co2)经过8小时固化之后(如条形14所示)以及在不添加co2的情况下在空气中固化8小时之后(如条形12所示)在胶凝材料混合物115中形成的碳酸盐(例如，caco3)的重量百分比。如图所示，当添加10％的co2(条形14)时形成的caco3的量是未添加co2时(条形12)形成的caco3的量的大约两倍。尽管不受理论的限制，但是增加胶凝材料混合物115中的caco3的浓度可以提高由胶凝材料混合物115形成的固化混凝土的机械强度。例如，在添加10％的co2的情况下固化8小时后的胶凝材料混合物115(条形14)的机械强度为约12mpa，并且在不添加co2的情况下在空气中固化8小时后的胶凝材料混合物115(条形12)的机械强度为约2mpa。此外，使用从排放物捕集的co2来碳化胶凝材料混合物115可以降低或消除对用于卸载从混凝土搅拌车110捕集的co2的专门设备和工艺的需要，从而降低成本并节省时间。

此外，例如通过将co2存储在co2捕集单元130、co2储槽150或两者中，即使在不需要将co2引入搅拌槽116时，车辆排气捕集系统120也可而隔绝从混凝土搅拌车110排出的co2。不需要将co2引入搅拌槽116的示例性例子包含：当搅拌槽116未容纳胶凝材料混合物115时，当搅拌槽116容纳胶凝材料混合物115但尚不需要炭化时，或当搅拌槽116容纳已被碳化的胶凝材料混合物115时。

再次参考图1，一个或多个流体路径170流体地联接至混凝土搅拌车110和车辆排气捕集系统120的各种部件。流体路径170可以包括软管、管子、管道，或提供用于通过系统的流体传输的路径的任何其它已知或尚未开发的部件。如本文中所使用的，当两个部件“流体地联接”时，流体可以从第一部件流动通过一个或多个流体路径、通过一个或多个另外的中间结构(如果有的话)并到达第二部件。例如，一个或多个流体路径170流体地联接车辆排气口114和搅拌槽116，使得当混凝土搅拌车110产生包括co2的排放物时，co2的至少一部分可被引入搅拌槽116。此外，一个或多个流产生单元140可在一个或多个流体路径170内引起流体流，并且车辆排气捕集系统120可进一步包括一个或多个阀160，其连接到一些或所有流体路径170以控制通过一个或多个流体路径170的流体流。

在图1中描绘的实施例中，一个或多个流体路径170包括：第一流体路径171，其在车辆排气口114与co2捕集单元130之间延伸且流体地联接车辆排气口114与co2捕集单元130，使得从车辆排气口114排出的co2可由co2捕集单元130捕集并存储；以及第二流体路径172，其在co2捕集单元130与搅拌槽116之间延伸且流体地联接co2捕集单元130与搅拌槽116，使得存储在co2捕集单元130中的co2可被引入搅拌槽116。第一阀161可联接至第一流体路径171，且第二阀162可联接至第二流体路径172。第一阀161和第二阀162可各自在打开位置与关闭位置之间致动。第一阀161可以在包括在第一流体路径171与搅拌槽116之间延伸的附加流体路径(例如，第五流体路径175)的实施例中使用，从而在车辆排气口114与搅拌槽116之间提供直接路径。此外，当搅拌槽116内未容纳胶凝材料混合物115时，或当搅拌槽116内不希望发生碳化反应时，可将第二阀162致动到关闭状态，以防止co2从co2捕集单元130行进到搅拌槽116中。此外，第一流产生单元142可联接至第二流体路径172，并且在操作时可引起从co2捕集单元130到搅拌槽116的流体流。在一些实施例中，第二流体路径172可延伸通过第一流产生单元142，且在其它实施例中，第一流产生单元142可将第二流体路径172分成多个流体联接的段。

在包括co2储槽150的实施例中，一个或多个流体路径170可以进一步包括第三流体路径173，其在co2捕集单元130与co2储槽150之间延伸且流体地联接co2捕集单元130与co2储槽150，使得co2可以从co2捕集单元130移动到co2储槽150，co2储槽150提供另外的存储。例如，由混凝土搅拌车110排出的co2可比碳化容纳在搅拌槽116内的胶凝材料混合物115所需的co2更多。co2储槽150允许存储此额外的co2并防止其进入大气。在一些实施例中，co2储槽150可以存储co2作为压缩气体，其可在加油站或其它移除位置卸载。

此外，第三阀163可联接至第三流体路径173，并且可在打开状态与关闭状态之间致动。将第三阀163置于关闭状态能防止co2捕集单元130中容纳的co2排放物进入co2存储单元150，并且将第三阀163置于打开状态能允许co2排放物从co2捕集单元130行进到co2存储单元150。此外，第二流产生单元144可联接至第三流体路径173，并且在操作时可引起从co2捕集单元130到co2存储单元150的流体流。在一些实施例中，第三流体路径173可延伸通过第二流产生单元144，且在其它实施例中，第二流产生单元144可将第三流体路径173分成多个流体联接的段。

仍参考图1，一些实施例还可以包括第四流体路径174，其在co2储槽150与搅拌槽116之间延伸且流体地联接co2储槽150与搅拌槽116，使得存储在co2储槽150中的co2排放物可被引入搅拌槽116。其它实施例可不包含第四流体路径174。包含第四流体路径174的实施例还可包含第四阀164，所述第四阀联接至第四流体路径174，并且可在打开状态与关闭状态之间致动。将第四阀164置于关闭状态能防止存储在co2存储单元150中的co2排放物进入搅拌槽116，并且将第四阀164置于打开状态能允许co2排放物从co2存储单元150行进到搅拌槽116。此外，包含第四流体路径174的实施例可以包含联接至第四流体路径174的第三流产生单元146。在操作时，第三流产生单元146可引起从co2存储单元150到搅拌槽116的流体流。在一些实施例中，第四流体路径174可延伸通过第三流产生单元146，且在其它实施例中，第三流产生单元146可将第四流体路径174分成多个流体联接的段。

一些实施例还包含第五流体路径175，其联接至第一流体路径171，以在车辆排气口114与搅拌槽116之间提供直接的流体路径。第五流体路径175允许co2排放物直接从车辆排气口114引入搅拌槽116。第五阀165可联接至第五流体路径175，并且可在打开状态与关闭状态之间致动。将第五阀165置于关闭状态能防止co2排放物从车辆排气口114直接行进到搅拌槽116，并且将第五阀165置于打开状态能允许co2排放物从co2存储单元150行进到搅拌槽116。此外，当第五阀165处于打开状态并且第一阀161处于关闭状态时，从车辆排气口114输出的co2排放物可直接从车辆排气口114行进到搅拌槽116。

应理解，尽管在图1中描绘了五个流体路径，但是车辆排气捕集系统120可以包括所描绘的流体路径的任何组合，并且可以进一步包括未描绘的另外的流体路径。还应理解，流体路径可以连接至搅拌槽116上的多个位置，使得可以将co2引入搅拌槽116的不同部分，例如，以促进co2在搅拌槽116内的均匀分布。

再次参考图1，co2捕集单元130包括壳体132和位于壳体132内的一个或多个碳捕集结构134。一个或多个碳捕集结构134构造成捕集与一个或多个碳捕集结构134接触的co2。在操作时，一个或多个碳捕集结构134构造成通过吸附、吸收、膜技术或其组合来捕集co2。在一些实施例中，一个或多个碳捕集结构134可以包括胺、碳酸盐、氨、氢氧化物、活性炭、沸石、金属有机骨架、中孔结构、碳捕集过滤器、纤维、微孔结构等。具体地，包括胺、碳酸盐、氨、氢氧化物或其组合的碳捕集结构134可以用于通过吸收捕集co2，活性炭、沸石、金属有机骨架、中孔结构或其组合可以用于通过吸附捕集co2，并且碳捕集过滤器、纤维、微孔结构或其组合可以用于通过膜技术捕集co2。此外，一个或多个碳捕集结构134构造成在某些处理条件下释放co2。例如，由碳捕集结构134捕集的co2的至少一部分可以在经历高于由第一流产生单元142产生的释放流速的流体流速时从碳捕集结构134释放。此外，在一些实施例中，捕集的co2可以通过热、电或通过压力改变释放。因此，co2可以从co2捕集单元130按需引入搅拌槽116。

现在参考图3，在一些实施例中，车辆co2捕集和利用系统100可以进一步包括辅助排气捕集系统220，其构造成捕集由混凝土搅拌车110上的另外的内燃机产生的co2排放物。例如，混凝土搅拌车110可以包括混凝土泵118，所述混凝土泵流体地联接至搅拌槽116，并构造成将胶凝混凝土材料泵出搅拌槽116。混凝土泵118的非限制性示例包含混凝土拖车泵、混凝土起重臂泵、安装在卡车上的混凝土泵等。在其中混凝土泵118包括内燃机的实施例中，混凝土泵118通过泵排气口119输出co2排放物。

如图3所示，辅助排气捕集系统220位于混凝土搅拌车110上。辅助排气捕集系统220包括一个或多个流体路径270，其流体地联接泵排气口119与搅拌槽116。在一些实施例中，辅助排气捕集系统220进一步包括co2捕集单元230和co2储槽250。co2捕集单元230可以包括壳体232和一个或多个碳捕集结构234，并且在结构上构造成捕集co2并按需释放co2，并且可以包括上文描述的co2捕集单元130的任何实施例。co2储槽250在结构上构造成存储co2并且可以包括上文描述的co2储槽150的任何实施例。辅助排气捕集系统220可进一步包括一个或多个流产生单元240，其流体地联接至一个或多个流体路径270中的至少一个，并且构造成在一个或多个流体路径270中的至少一个内产生流体流。一个或多个流产生单元240可以包括上文描述的流产生单元140的任何实施例，例如，质量流量控制器、安全阀、压力控制器和气缸，其任何组合等。

在一些实施例中，一个或多个流体路径270可直接将泵排气口119流体地联接至搅拌槽116，或者可以通过例如co2捕集单元230和/或co2储槽250等一个或多个中间结构将泵排气口119流体地联接至搅拌槽116。在其它实施例中，流体路径270可将泵排气口119流体地联接至co2捕集单元230和/或co2储槽250用于存储和随后去除，而不将泵排气口119流体地联接至搅拌槽116。

仍参考图3，辅助排气捕集系统220的一个或多个流体路径270可以包括与图1中描绘的一个或多个流体路径170的布置类似的布置，并且辅助排气捕集系统220还可包含与图1的一个或多个阀160类似的一个或多个阀260。例如，一个或多个流体路径270可以包括第一流体路径271，所述第一流体路径在泵排气口119与co2捕集单元230之间延伸且流体地联接泵排气口119与co2捕集单元230；以及第二流体路径272，所述第二流体路径在co2捕集单元230与搅拌槽116之间延伸且流体地联接co2捕集单元230与搅拌槽116。第一阀261可联接至第一流体路径271，且第二阀262可联接至第二流体路径272。第一阀261和第二阀262分别可在打开状态与关闭状态之间致动。此外，第一流产生单元242可联接至第二流体路径272，并且在操作时可引起从co2捕集单元230到搅拌槽116的流体流。

在包括co2储槽250的实施例中，一个或多个流体路径270可进一步包括第三流体路径273，其在co2捕集单元230与co2储槽250之间延伸且流体地联接co2捕集单元230与co2储槽250。第三阀163可联接至第三流体路径273，并且可在打开状态与关闭状态之间致动。此外，第二流产生单元244可联接至第三流体路径273，并且在操作时可引起从co2捕集单元230到co2存储单元250的流体流。

如图3所示，一些实施例还可包含第四流体路径274，其在co2储槽250与搅拌槽116之间延伸且流体地联接co2储槽250与搅拌槽116，使得存储在co2储槽150中的co2排放物可被引入搅拌槽116。包含第四流体路径274的实施例还可包含第四阀264，其联接至第四流体路径274并且可在打开状态与关闭状态之间致动。包含第四流体路径274的实施例还可包含联接至第四流体路径274的第三流产生单元246，其可引起从co2存储单元150到搅拌槽116的流体流。一些实施例还包含第五流体路径275，其联接至第一流体路径271，以提供泵排气口119与搅拌槽116之间的直接流体路径。第五阀265可联接至第五流体路径275，并且可在打开状态与关闭状态之间致动。应理解，尽管在图2中描绘了五个流体路径，但是辅助排气捕集系统220可以包括所描绘的流体路径的任何组合，并且可以进一步包括未描绘的另外的流体路径。

参考图1，设想使用车辆co2捕集和利用系统100碳化混凝土搅拌车110的搅拌槽116内容纳的胶凝材料混合物115的方法。所述方法包括使用混凝土搅拌车110产生co2排放物并将由混凝土搅拌车110产生且通过车辆排气口114输出的co2排放物的至少一部分被引入搅拌槽116。此co2在搅拌槽116中与未固化的胶凝材料混合物115混合以碳化未固化的胶凝材料混合物115并形成caco3。

在一些实施例中，所述方法还包含例如在将co2引入搅拌槽116之前，使用co2捕集单元130捕集由混凝土搅拌车110产生的co2排放物的至少一部分。捕集后，可以从co2捕集单元130释放由co2捕集单元130捕集的co2排放物的至少一部分，以将co2引入搅拌槽116。例如，在图1所示的实施例中，释放由co2捕集单元130捕集的co2排放物可以包括在第二流体路径172内产生流体流，所述流体流的流体流速大于使用第一流产生单元142的释放流体流速。产生大于释放流体流速的流体流速使得在co2捕集单元130内捕集的co2的至少一部分从co2捕集单元130流到搅拌槽116。具体地，“释放流体流速”指的是流速达到或高于由co2捕集单元130的碳捕集结构134捕集的co2从与co2捕集结构134的接触释放的流速。此外，在包括co2储槽150的实施例中，所述方法还可以包含将混凝土搅拌车110产生的co2排放物的至少一部分存储在co2储槽150中。

再次参考图3，设想了碳化混凝土搅拌车110的搅拌槽116内容纳的胶凝材料混合物115的另一方法。此方法包括使用混凝土泵118产生co2排放物，并使用一个或多个流体路径270将由混凝土泵118产生且通过泵排气口119输出的co2被引入搅拌槽116。此co2在搅拌槽116中与未固化的胶凝材料混合物115混合并碳化未固化的胶凝材料混合物115并形成caco3。

在一些实施例中，所述方法还包含例如在将co2引入搅拌槽116之前，使用co2捕集单元230捕集由混凝土泵118产生的co2的至少一部分。捕集后，可将co2从co2捕集单元230释放并引入搅拌槽116。例如，在图3所示的实施例中，释放由co2捕集单元230捕集的co2可以包括在第二流体路径272内产生流体流，所述流体流的流体流速大于使用第一流产生单元242的释放流体流速。此外，在包括co2储槽250的实施例中，所述方法可以进一步包含将由混凝土泵118产生的co2存储在co2储槽250中。

应注意，本文中以特定方式叙述本公开的部件为“构造”以体现特定属性，或以特定方式的函数为结构叙述，与既定用途的叙述相反。更具体来说，本文中提到其中部件为“构造”的方式表示部件的现有物理条件，且因此将被视为界定部件的结构特性的引述。

为了描述和界定本发明，应注意，术语“约”在本文中用来表示固有的不确定程度，其可归结为任何定量的比较、价值、测量或其它表示。术语“约”在本文中还用来表示在不导致在所关注的主题的基本功能变化的情况下，定量表示可从规定的参考变化的程度。

已详细且参考本公开的具体实施例描述本公开的主题，应注意，甚至在于伴随本描述的图式中的每一个中说明特定元件的情况下，本文中所公开的各种细节不应视为暗示这些细节涉及为本文中所描述的各种实施例的基本部件的元件。此外，显然在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以进行修改和变化，包括但不限于所附权利要求中限定的实施例。更具体地说，尽管本公开的一些方面在本文中被识别为优选的或特别有利，但预期本公开不必限于这些方面。

应注意，所附权利要求书中的一项或多项利用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意，此术语在权利要求中作为开放式过渡短语引入，所述短语用于引入结构的一系列特性的叙述，并且应当以相似的方式解释为更常用的开放式前导词术语“包括”。