[发明专利]热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液循环吸收-解吸CO2中的应用

说明书

技术领域

本发明属于CO₂减排处理领域，具体地涉及一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液循环吸收-解吸CO₂中的应用。

背景技术

CO₂是引起全球变暖最主要的温室气体。近100多年来，人类的大规模工业化过程导致温室气体无节制地排入大气，随着森林资源的减少，CO₂含量的上升已经超过植物和海洋的吸收能力。每年全球大概有240亿吨的CO₂排出，而近40％的排放量都源于世界各国的发电厂。据统计，中国目前共有三千多座煤炭发电厂(全世界约五千多座)，以一个300兆瓦规模的发电厂为例，其发电效率一般在35％左右，每小时发电105兆瓦，而排放近290吨二氧化碳(1吨煤燃烧理论上产生3.67吨二氧化碳，实际产生约2.34吨二氧化碳)。全世界每年共排放三百多亿吨二氧化碳，造成了严重的温室效应。因此，二氧化碳的捕捉转化利用刻不容缓。

采用有效手段回收废气中的CO₂可有效改善温室效应。如何降低捕捉CO₂的成本以及将其变废为宝，实现其分离回收与综合利用，将成为21世纪最为重要的能源与环境问题之一。

对于工业上排放的烟气CO₂，一般有三种捕捉方法，即燃烧前捕捉；富氧燃烧以及燃烧后捕捉，由于前两种捕捉方法成本过高而无法实现商业化，发展较为成熟的燃烧后捕捉法一般采用吸收法进行脱碳。有机胺法由于吸收量大、设备投入较小、价格较为低廉、可还原等优势成为当前唯一被商业化的CO₂捕集技术。当前该捕集技术仍存在解吸能耗高、设备庞大等问题，严重制约着烟气二氧化碳捕集技术的大规模推广。为解决传统捕集过程成本过高的问题，碳酸酐酶(CA)作为生物催化剂被应用到了这项技术中。CA是已知催化CO₂水合生成HCO₃^-的速率最快的酶，其催化速率常数能达到10⁶S^-1。国内外已有许多研究证明CA能有效促进有机溶剂吸收CO₂的效率，但对于CA在解吸上的应用仍然不多。Blais和Rogers等的研究表明，若在水溶性溶剂(如叔胺等)中加入CA，溶剂的解吸过程就能在较低温度下进行，即大大降低了CCU(CO₂ Capture and Utilization,CCU)所需要的能量。而当前捕集技术则主要建立在溶剂于两个独立的单元：CO₂吸收塔和CO₂解析塔之间进行循环的基础上来吸收CO₂，在循环过程中加入CA同时催化吸收和解吸过程，能降低反应温度从而减少能耗，但这对酶的稳定性要求较高，包括对高浓度有机胺溶液以及在低温吸收和高温解吸循环过程中温度等环境的耐受性。国外有加拿大CO₂Solution Inc发表了一系列专利，2012年发表的专利CA2803959通过化学修饰碳酸酐酶提高温度稳定性和有机溶剂耐受性，从而提高MDEA吸收CO₂的效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液循环吸收-解吸CO₂中的应用。

本发明应用基因重组表达获得的一种碳酸酐酶(PaCA)在本应用方法中催化有机胺循环吸收和解吸CO₂，应用该酶在有机胺循环吸收和解吸CO₂过程中，具有比较稳定的催化能力；在本发明所述应用中该酶在多次循环之后仍然能保持较好的稳定性，节省能量投入。

本发明的技术方案如下：

一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液循环吸收-解吸CO₂中的应用，所述热稳定性碳酸酐酶为SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。

根据本发明所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液循环吸收-解吸CO₂中的应用，该应用的方法为，包括如下步骤：

(1)向装有有机胺溶液的反应器内加入所述碳酸酐酶的酶液，加入量为15-75mL/L有机胺溶液，称量反应器内混合溶液的重量为M0，在25-40℃(CO₂的捕集是低温吸收，高温解吸，在本发明装置条件下常温具有更好的吸收效果)下向所述反应器的混合溶液中通入CO₂，搅拌，检测pH，至pH值稳定不再变化时对有机胺溶液称重为M1和量取体积为V1；