[发明专利]使用包含生物催化剂的微粒捕获CO2的方法

说明书

本申请是申请日为2010年8月4日、申请号为201080044389.X和发明名称为“使用包含生物催化剂的微粒捕获CO₂的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明总体上涉及CO₂捕获，并且更具体地涉及使用包含生物催化剂的微粒捕获CO₂的方法。

发明背景

全世界科学界对气候变化危险的越来越急迫的警告以及对该问题的更多的公众意识和关心已经促进了对以减少人为温室气体(GHGs)排放，最值得注意的是二氧化碳为目标的全局调控的增加的动力。最终，北美和全球CO₂排放的显著削减将需要来自全世界CO₂的最大单一来源电力生产行业的缩减。根据国际能源署(IEA)的GHG计划，到2006为止，全世界有近5,000家化石燃料发电厂，产生近110亿吨CO₂，占全球总人为CO₂排放的近40％。在来自发电行业的这些排放中，61％来自燃煤发电厂。尽管政府提倡的长期议事日程是用可再生能源代替生产化石燃料，但不断增加的能量需求结合中短期对火力发电的巨大依赖决定了这种基于化石燃料的发电厂仍然运行。因此，为实现有效的GHG缩减体系将需要减少由此行业产生的CO₂排放，而碳捕获和封存(CCS)提供了最广为人知的解决方案之一。

CCS方法从含CO₂烟气去除CO₂，能够产生高度浓缩的CO₂气体流，所述CO₂气体流被压缩并被运输至封存场所。此场所可以是衰竭油田或盐水层。在海洋中封存和矿物碳酸盐化是处在研究阶段的封存的两种替代方式。捕获的CO₂还可以用于提高石油回收。

当前用于CO₂捕获的技术主要基于胺溶液的使用，所述胺溶液通过两个主要的不同单元循环：与解吸(或汽提)塔连接的吸收塔。

生物催化剂已经用于CO₂吸收应用。例如，CO₂转化可以由酶碳酸酐酶如下催化：

在最适条件下，该反应的催化转换率可以达到1x10⁶分子/秒。

存在一些在CO₂捕获反应器中提供碳酸酐酶的已知方式。一种方式是通过将酶固定化在填充塔反应器中的固体填料上。另一种方式是通过在反应器内或流过反应器的溶液中提供可溶状态的酶。这两种方法均提供了有益的效果但也存在一些限制。固定化在固体填料上的酶限制了酶的有益效果，因为其在气-液界面处的反应性液膜中的存在有限，所述反应性液膜的厚度为约10μm；填充物上的酶距气-液界面数毫米。可溶的酶带来了最佳的酶效果，然而，其可能不容易与溶液分离并且如果酶对剧烈条件(诸如解吸操作中使用的那些条件)不稳定，则其将变性并且该过程将需要高水平的连续的酶更换。

存在对于以下技术的需求：克服用于在CO₂捕获反应器中提供生物催化剂如碳酸酐酶的已知技术的问题和挑战中的一些。

发明概述

本发明通过提供用于使用包含生物催化剂的微粒捕获CO₂的方法以满足于上面提到的需求。

更具体地，本发明提供了一种用于从含CO₂气体中捕获CO₂的方法，所述方法包括在填充反应器内使所述含CO₂气体与吸收混合物接触，所述吸收混合物包含液体溶液和微粒，所述微粒包含载体材料和由所述载体材料负载的生物催化剂，并且被确定为一定尺寸且以一定的浓度提供，以使得所述吸收混合物通过所述填充反应器流动，并且所述微粒由所述液体溶液携带以促进CO₂向碳酸氢根和氢离子的溶解和转化，由此产生贫CO₂气体和包含所述微粒的富离子混合物。

在一个任选的方面，所述方法包括将所述微粒从所述富离子混合物中移除以产生富离子溶液。在另一个任选的方面，微粒的移除通过过滤机构、磁选、离心、旋风分离、沉降或它们的组合进行。

在另一个任选的方面，所述方法包括对所述富离子溶液进行解吸或矿物碳酸盐化以产生贫离子溶液。富离子混合物可以包括包含沉淀物，并且在进行所述解吸或所述矿物碳酸盐化之前将所述沉淀物从所述富离子混合物中移除。