CN102574053A - 使用碳酸盐和生物催化剂捕获co2的制剂和方法 - Google Patents

使用碳酸盐和生物催化剂捕获co2的制剂和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102574053A
CN102574053A CN2010800443885A CN201080044388A CN102574053A CN 102574053 A CN102574053 A CN 102574053A CN 2010800443885 A CN2010800443885 A CN 2010800443885A CN 201080044388 A CN201080044388 A CN 201080044388A CN 102574053 A CN102574053 A CN 102574053A
Authority
CN
China
Prior art keywords
absorption
biocatalyst
carbonate
solion
bicarbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800443885A
Other languages
English (en)
Inventor
西尔维·弗拉代特
朱莉·金格拉斯
乔纳森·卡利
格伦·R·凯利
奥利维拉·切佩尔科维奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Co2 Solutions Inc
Original Assignee
Co2 Solutions Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43543848&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN102574053(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Co2 Solutions Inc filed Critical Co2 Solutions Inc
Publication of CN102574053A publication Critical patent/CN102574053A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/84—Biological processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88—Lyases (4.)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/306—Alkali metal compounds of potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20494—Amino acids, their salts or derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/205—Other organic compounds not covered by B01D2252/00 - B01D2252/20494
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/60—Additives
    • B01D2252/602—Activators, promoting agents, catalytic agents or enzymes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/80—Type of catalytic reaction
    • B01D2255/804—Enzymatic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Y—ENZYMES
    • C12Y402/00—Carbon-oxygen lyases (4.2)
    • C12Y402/01—Hydro-lyases (4.2.1)
    • C12Y402/01001—Carbonate dehydratase (4.2.1.1), i.e. carbonic anhydrase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供用于捕获CO2的制剂和方法，其中使用包含水、生物催化剂和碳酸盐化合物的吸收混合物。该方法包括使含CO2气体与吸收混合物接触以使得CO2能够溶解并转化为碳酸氢根和氢离子，从而产生贫CO2气体和富离子溶液，之后对所述富离子溶液进行解吸。生物催化剂改善包含碳酸盐化合物的混合物的吸收，并且所述碳酸盐化合物促进解吸期间碳酸氢根离子从所述富离子溶液中释放，从而产生CO2气体流和贫离子溶液。

Description

使用碳酸盐和生物催化剂捕获CO2的制剂和方法
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碳酸盐和生物催化剂捕获CO2的制剂和方法。
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。
大规模采用碳捕获技术的一个极大障碍是捕获的成本。采用主要基于胺溶剂使用的现有技术的传统CO2捕获是一个能量密集过程，该过程涉及将溶剂加热至高温以汽提CO2(并且再生所述溶剂)用于地下封存。传统的胺溶剂的使用所涉及的与捕获相关的成本为大约每吨CO2(IPCC)60美元，这占碳捕获和封存(CCS)的总成本的大约80％，剩余的20％归属于CO2压缩、管道铺设、储存和监测。到目前为止，捕获部分的这种巨大成本已经使得大规模CCS变得不可行；基于来自IPCC的数据，例如，对于每年产生400万公吨CO2的700兆瓦(MW)粉煤发电厂，以翻新计传统CO2捕获设备的基建费用为差不多8亿美元，且年度营运成本和工厂能源消耗为近2.4亿美元。就此而言，存在对减小工艺成本以及开发解决该问题的新的和改进的措施的需求。
由于与胺体系相关的高成本，已经完成了一些基于碳酸盐溶液工作。在这种碳酸盐体系中，在高于10的pH下，CO2吸收的主要机理为：
Figure BDA0000149932160000021
Figure BDA0000149932160000022
在低于8的pH下，主要机理为：
Figure BDA0000149932160000023
碳酸盐溶液相对于基于胺的溶液的主要优势是较高的生产能力、对氧和高温的较高稳定性以及对于解吸的较低能量需求。然而，此类已知的碳酸盐溶液的特征是低的CO2吸收速率，导致大型捕获设备和相应的基建费用。
基于碳酸盐的溶液的另一特征是，当CO2与该化合物反应时，产物可以形成沉淀物。当溶液的载量增加时，在吸收溶液中固体的存在能够使化学反应平衡发生移动，产生恒定的CO2压力。
生物催化剂也已经用于CO2吸收的目的。更具体地，CO2转化可以由酶碳酸酐酶如下催化：
在最佳条件下，该反应的催化转换率可以达到1 x 106分子/秒。
碳酸酐酶已经用作基于胺的溶液中的吸收促进剂以增加CO2吸收速率。事实上，已经对胺溶液在CO2捕获工艺中与碳酸酐酶的结合使用给予了特别的关注。偏好胺溶液的一个原因是它们具有相对低的离子强度，这是被认为对于碳酸酐酶水合活性很重要的特性，因为高离子强度可能对蛋白质的稳定性和功能不利。
存在对于以下技术的需求：克服已经公知的工艺和技术的至少一些缺点，并且提供CO2捕获领域中的改进。
发明概述
本发明通过提供用于使用碳酸盐和生物催化剂捕获CO2的制剂、方法和系统以满足上面提到的需求。
更具体地，本发明提供了一种用于从含CO2气体捕获CO2的方法，所述方法包括：使所述含CO2气体与包含水、生物催化剂和碳酸盐化合物的吸收混合物接触，从而使CO2能够溶解并转化为碳酸氢根和氢离子，从而产生贫CO2气体和富离子溶液；以及对所述富离子溶液进行解吸，其中所述碳酸盐化合物促进碳酸氢根离子从所述富离子溶液的释放，产生CO2气体流和贫离子溶液。
在任选的方面，该方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之前将所述生物催化剂从所述富离子溶液移除。
在另一个任选的方面，该方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之后将所述生物催化剂从所述富离子溶液移除。
在另一个任选的方面，该方法包括将所述贫离子溶液再循环，以形成用于与所述含CO2气体再接触的所述吸收混合物的至少一部分。
在另一个任选的方面，该方法包括将一定量的生物催化剂添加至所述贫离子溶液中，以将所述贫离子溶液转化为用于再循环以与所述含CO2气体接触的所述吸收混合物的至少一部分。
在另一个任选的方面，选择所述碳酸盐化合物，并足量地用于所述吸收混合物中，以使得所述富离子溶液含有碳酸氢盐沉淀物。
在另一个任选的方面，该方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之前将所述碳酸氢盐沉淀物从所述吸收混合物移除。
在另一个任选的方面，在对所述富离子溶液进行解吸时所述碳酸氢盐沉淀物保留在所述富离子溶液中，从而转化为所述CO2气体流的一部分。该碳酸氢盐沉淀物可以由碳酸氢盐物种组成，所述碳酸氢盐物种包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵，或它们的混合物。
另一个任选的方面，所述碳酸盐化合物包括碳酸钾、碳酸钠或碳酸铵，或它们的组合。
在另一个任选的方面，吸收混合物包含另外的吸收化合物。另外的吸收化合物可以是哌啶、哌嗪及其被至少一个烷醇基团取代的衍生物、链烷醇胺、一乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨乙基氨基)乙醇(AEE)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(Tris)、氨基酸、氨基酸的钾盐或钠盐、甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸，以及它们的衍生物诸如牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、肌氨酸、甲基牛磺酸、甲基-α-氨基丙酸、N-(β-乙氧基)牛磺酸、N-(β-氨乙基)牛磺酸、N-甲基丙氨酸、6-氨基己酸，或它们的组合。
在另一个任选的方面，所述方法包括所述吸收混合物与所述含CO2气体的接触在包括至少一个反应器的吸收级中进行，所述反应器选自填充塔、立式或卧式喷雾洗涤塔、流化床反应器或包括这些反应器的一系列反应器。
在另一个任选的方面，在所述吸收级中提供充足的CO2负载水平以促进碳酸氢盐沉淀物的沉淀。
在另一个任选的方面，所述碳酸盐化合物和生物催化剂以相对于无生物催化剂条件下的CO2转移速率实现最大范围的相对CO2转移速率的浓度提供。所述碳酸盐化合物优选以至少约0.1M的浓度提供在所述吸收混合物中。所述碳酸盐化合物还可以以其饱和度时或饱和度以下的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，碳酸盐化合物可以包括碳酸钾，并且在约40℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸铵，并且在约10℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸钠，并且在约40℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，所述生物催化剂是碳酸酐酶。
在另一个任选的方面，按以下方式提供所述生物催化剂：游离于水中；溶解于水中；固定化在混合于水中并随水流动的载体的表面上；由混合于水中并可随水流动的多孔载体包埋或固定化，或包埋或固定化在混合于水中并随水流动的多孔载体中；作为交联的聚集体或晶体；或它们的组合。所述生物催化剂可以优选地由以水携带的微粒负载。
本发明还提供了用于从含CO2气体捕获CO2的制剂，所述制剂包含：水溶剂，所述水溶剂使CO2溶解于其中；生物催化剂，所述生物催化剂用于增加CO2在所述水溶剂中向碳酸氢根和氢离子的溶解和转化；和在所述水溶剂中的足量的碳酸盐化合物，所述足量的碳酸盐化合物用于当进行解吸时促进溶解在所述水溶剂中的碳酸氢根离子作为气态CO2释放。
在一个任选的方面，碳酸盐化合物包括碳酸钾、碳酸钠或碳酸铵，或它们的组合。
在另一个任选的方面，选择碳酸盐化合物并且足量地用于所述吸收混合物中，以促进碳酸氢盐沉淀物的沉淀。
在另一个任选的方面，碳酸氢盐沉淀物由碳酸氢盐物种组成，所述碳酸氢盐物种包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵，或它们的混合物。
在另一个任选的方面，吸收混合物包含另外的吸收化合物。另外的吸收化合物可以包括哌啶、哌嗪及其被至少一个烷醇基团取代的衍生物、链烷醇胺、一乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨乙基氨基)乙醇(AEE)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(Tris)、氨基酸、氨基酸的钾盐或钠盐、甘氨酸、牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、丙氨酸、二乙基甘氨酸或二甲基甘氨酸，或它们的组合。
在另一个任选的方面，将碳酸盐化合物以至少约0.1M的浓度提供在所述吸收混合物中。在另一个任选的方面，将碳酸盐化合物以其饱和度时或饱和度以下的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，碳酸盐化合物可以包括碳酸钾，并且在约40℃和约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，碳酸盐化合物可以包括碳酸铵，并且在约10℃至约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，碳酸盐化合物可以包括碳酸钠，并且在约40℃至约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
在另一个任选的方面，生物催化剂是碳酸酐酶或其类似物。
在另一个任选的方面，按以下方式提供所述生物催化剂：游离于水中；溶解于水中；固定化在混合于水中并随水流动的载体的表面上；由混合于水中并可随水流动的多孔载体包埋或固定化，或包埋或固定化在混合于水中并可随水流动的多孔载体中；作为交联的聚集体或晶体；或它们的组合。所述生物催化剂可以优选由以水携带的微粒负载。
本发明还提供了用于从含CO2气体捕获CO2的系统。该系统包括吸收单元，所述吸收单元包括用于含CO2气体的进气口、用于提供吸收混合物的液体入口，所述吸收混合物包含使CO2在其中溶解的水溶剂；生物催化剂，所述生物催化剂用于增加在所述水溶剂中CO2向碳酸氢根和氢离子的溶解和转化；和在所述水溶剂中的足量的碳酸盐化合物，所述足量的碳酸盐化合物用于当进行解吸时促进溶解在所述水溶剂中的碳酸氢根离子作为气态CO2释放。该系统包括用于接收吸收混合物和含CO2气体的反应室，在所述反应室中发生CO2向碳酸氢根和氢离子的溶解和转化。该系统包括用于排出贫CO2气体的出气口和用于排出富离子混合物的液体出口。该系统包括再生单元，所述再生单元用于接收富离子溶液并允许通过从所述富离子溶液释放碳酸氢根离子而解吸以产生贫离子溶液。可以将贫离子溶液再循环至吸收单元。该系统还可以具有如上面所述和本文下面所述的任选的特征或方面。
附图简述
图1是本发明的实施方案的工艺图，其中生物催化粒子或酶在吸收溶液中流动。
图2是本发明的另一实施方案的工艺图，其中吸收单元与解吸单元连接并且生物催化粒子在吸收溶液中流动。
图3是以0至0.2mol/mol的CO2载量的在1.45M K2CO3溶液中浓度在0至1000mg/L的范围内的碳酸酐酶的相对CO2转移速率的图。
图4是500mg/L人碳酸酐酶Type-II(HCAII)在浓度为0.5、1和1.45M的K2CO3溶液中的相对CO2转移速率的图。
图5是在浓度为0.1、0.25和0.5M的Na2CO3溶液中500mg/L HCAII的相对CO2转移速率的图。
图6是在0.5M Na2CO3溶液中在0、0.2和0.5mol CO2/mol Na2CO3的载量下0.1和1g/L的酶浓度的相对CO2转移速率的图。
图7是在20℃的温度在K2CO3溶液中在0.5g/L碳酸酐酶的存在下的CO2转移速率的图。
图8是显示在40℃暴露于MDEA 2M的酶微粒的残余活性的演变的图，以说明稳定性效果。
本发明的优选实施方案的描述
图1和2分别显示本发明的方法和系统的两个不同的实施方案。应该理解的是本发明的制剂的实施方案可以与所述方法和系统结合使用。
在本发明的一个方面，该制剂包含用于使CO2溶解的水，用于催化CO2在水中转化为碳酸氢根和氢离子的生物催化剂如碳酸酐酶，以及碳酸盐化合物。可以将这些组分作为预混的溶液提供，或将其在CO2捕获操作期间现场混合。碳酸盐化合物促进解吸期间碳酸氢根离子从水溶剂的释放。因此，CO2捕获过程的吸收步骤由于生物催化剂的活化能力而得到提高，并且依靠碳酸盐化合物的优势使得解吸步骤更为有效。这种提高有助于改进总体的CO2捕获过程。
在本发明的一个实施方案中，所述碳酸盐化合物的类型和加入量足以促进吸收过程中碳酸氢盐物种的沉淀。可以控制工艺参数以进一步促进这样的沉淀。可以选择碳酸盐以使得通过使相应的沉淀物视情况而定悬浮在反应溶液中、被泵送、沉积等，从而具有使其在整个过程中易于处理的特性。沉淀物可以是富离子溶液的一部分，其被单独地传送用于解吸或处理以转化为CO2气体。更具体地，沉淀物可以是碳酸氢盐物种，如KHCO3，NaHCO3或NH4HCO3，并且可以选择所述碳酸盐化合物以使这些物种的沉淀。
在本发明的另一个实施方案中，所述碳酸盐化合物还能够降低用于解吸的能量工艺参数减小。在一个实施方案中，当在随溶液流动的粒子之上或之中提供酶时，可以在将富离子溶液给料至解吸单元之前将所述粒子从富离子溶液中移除。由于它们的性质和在粒子上固定化的方法，使得生物催化剂可能或多或少地易受高温损害。因此，当解吸在可能使指定的生物催化剂变性的温度下操作时，优选在解吸和再循环返回至吸收单元中之前将粒子移出。碳酸盐保留在溶液中并增强解吸。如果需要，可以优选地是提供所述粒子以使得可以容易地将它们与碳酸氢盐沉淀物分离。在另一个实施方案中，当允许生物催化剂在解吸过程中存在时，解吸优选在指定的生物催化剂可耐受的压力和温度下操作，以使得所述生物催化剂保留其活性、通过催化碳酸氢根离子脱水而提高解吸速率并且可以被再循环返回至吸收单元中。可以在这样的情况下通过减小压力而非升高温度以完成解吸。
在一个任选的方面，吸收混合物中的生物催化剂可以是酶并且更特别地是碳酸酐酶。
在本发明的一个其他实施方案中，生物催化剂包括增强用于CO2捕获的吸收溶液的性能的碳酸酐酶。酶可以直接作为制剂的一部分提供，也可以在反应器中提供以与引入的溶液和气体反应。例如，酶可以固定至固体非多孔填料，固定在多孔填料之上或之中，固定在填充塔或另一种类型的反应器内随吸收溶液流动的粒子之上或之中。所述碳酸酐酶可以以游离或可溶的状态处于制剂中或固定化在所述制剂内的粒子上。应该注意到以游离状态使用的酶可以为纯的形式，也可以处于混合物中，所述混合物包含杂质或添加剂如其他蛋白、盐类和来自于酶生产过程的其他分子。可以将在吸收溶液中自由流动的固定化酶包埋在多孔涂层材料内或固定至多孔涂层材料，所述多孔涂层材料在多孔的或非多孔的载体周围提供。酶可以直接固定化在载体(多孔或非多孔的)的表面上或可以作为“交联酶聚集体”(CLEA)或“交联酶晶体”(CLEC)存在。CLEA包含形成聚集体的沉淀的之后使用化学试剂交联的酶分子。CLEA可以也可以不具有由另一种材料制成的“载体”或“核心”，所述另一种材料可以是磁性的或不是磁性的。CLEC包含酶晶体和交联剂，并且还可以与由另一种材料制成的“载体”或“核心”缔合。当使用载体时，其可以由聚合物、陶瓷、一种或多种金属、二氧化硅、溶胶凝胶、壳聚糖、纤维素、磁性粒子和/或本领域中已知的适合于固定化或酶载体的其他材料。当将所述酶固定化或设置在粒子(诸如微粒)之上时，优选确定粒子的尺寸并且以可随吸收溶液一起泵送的粒子浓度提供。也可以将生物催化剂固定在反应器内(例如，在填料上)并随制剂流动(作为游离的酶，在粒子上和/或作为CLEA或CLEC)两者提供，并且可以是相同或不同的生物催化剂。碳酸酐酶提高碳酸盐溶液的性能的方式之一是通过与溶解的CO2反应并且维持气相与液相之间的最大CO2浓度梯度，并且于是使从气相至溶液的CO2转移速率最大化。碳酸盐化合物还可以使沉淀物能够沉淀从而进一步提高气相和液相之间的CO2浓度梯度，并且从而进一步增加CO2转移速率。
依赖于碳酸盐化合物的浓度和类型、工艺操作参数和其他因素，可以使用许多方式提供生物催化剂。例如，当提供高浓度的碳酸盐化合物时，可以将酶固定化在载体上以减小碳酸盐失活的可能性。在一些实施方案中，可以将生物催化剂有益地固定化在允许CO2进入同时保护其不受高浓度碳酸盐化合物影响的微孔结构(其可以是载体或涂布载体的材料)中。
在本发明的一个任选方面，在制剂中使用的碳酸盐化合物可以包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵、活化的(promoted)碳酸钾溶液和活化的碳酸钠溶液或活化的碳酸铵或它们的混合物。
下面是本发明的一些实施方案的一些优点、改进和/或特征：
-赋予吸收溶液增加的CO2吸收速率。
-将生物催化剂引入至碳酸盐溶液中将碳酸盐的吸收速率与再生效率一起增加至与现有的胺类工艺相比有利的水平。
-增强的CO2吸收和相对转移速率增加以及用于解吸所需能量的减少提供了有利的综合CO2捕获工艺。这是将此种技术用于其在燃烧后CO2捕获中的工业应用的主要步骤。不采用生物催化剂，碳酸盐吸收溶液作为可替代的CO2捕获工艺的可行性非常有限，丧失了稳定性、成本、低挥发性等方面的益处。
-生物催化剂增强的基于碳酸盐的CO2捕获系统相对于传统工艺提供了显著的益处，包括更低的能耗、更高的操作稳定性、更低的耗材费用和减少的环境足迹。由于在将CO2吸收至碳酸盐溶液中时以形成碳酸氢盐而非氨基甲酸盐为主，因此由于CO2与溶液的弱亲和性导致随后在解吸阶段过程中纯CO2的产生需要较少能量。就此而言，可以获得较低温度解吸，产生了使用来自电厂运行的不太昂贵的、较低品位的蒸汽而非基于胺的工艺典型的高成本高品位蒸汽的可能性。在解吸阶段中潜在较低的温度还可以获得另一个益处，即也可以在解吸过程中以较低的变性风险使用生物催化剂。在不使用生物催化剂的碳酸盐系统中，缓慢的吸收动力学将需要巨大的吸收容器和相应高的基建成本，否定了解吸的低能量。因此，生物催化剂通过加速吸收速率从而允许使用低能量碳酸盐溶液同时减小吸收设备的尺寸从而提供重要的促成特征(enablingfeature)。另外，传统的基于胺的CO2捕获系统可能具有胺溶液不稳定的缺点，胺溶液对电厂废气中的氧和污染物如二氧化硫(SO2)敏感。这导致这样的情况：其中需要加入抑制剂或需要对废气进行另外的预处理，增加了系统的成本和复杂度。由于碳酸盐的较高稳定性，对补充溶液的需求频率较低，在这种情况下进一步提高了该工艺的经济性。另外，碳酸盐溶液，即，碳酸钾和碳酸钠，与胺溶剂相比成本较低。碳酸盐溶液具有相对有利的环境性质。碳酸钾和碳酸钠溶液与胺溶液相比相对温和，显著地减少了中毒情况的可能性并且限制了任何水和废物处理相关的问题。总体上，碳酸盐溶剂的上述益处可以提供有吸引力的操作方案，前提是可以增强吸收以满足对于经济的捕获速率的要求，生物催化剂能够实现这种要求。
-另外，相对于特定CO2载量，碳酸盐溶液浓度与生物催化剂浓度的组合是所述方法的一些任选方面的进一步特征，其使得可以在吸收期间达到相对CO2转移速率的最佳范围。可以以多种方式定义最佳范围并且不应限于特定点。最佳范围可以定义为含有CO2相对转移速率的最大值并带有一定的标准差的范围，实际最大值周围的值的范围，在所述实际最大值下该方法在经济上是可行的，或以其他方式定义。对最大值或最佳范围的说明将在下面的多个实施例中举例说明。
方法和系统的一个实施方案显示在图1中，并且将在下文进一步详述。首先，将可以设置在粒子之上或之中的生物催化剂加入至混合室(E-4)内的贫吸收溶液。贫吸收溶液是指以低浓度的待吸收物种为特征的吸收溶液。此溶液是新鲜溶液或来自矿物碳酸盐化过程或CO2解吸过程(10)。之后将具有生物催化剂的吸收溶液(11)给料至带有泵(E-7)的填充塔(E-1)的顶部。填料(9)可以由传统材料如聚合物、金属和陶瓷制成。填充物的几何形状可以选自可商购的那些形状。也可以选择或排列所述填充物以促成特定的变形和与微粒的碰撞，或避免微粒在反应器内的积聚。例如，所述填充物优选地具有有限的朝上的凹面以避免微粒在其中积聚。还优选，选择微粒和填充物以使得微粒可以流过反应器而不会阻塞。在一些备选的实施方案中，可以将生物催化剂设置在填充物上而不是吸收混合物中。将含CO2气相(12)逆流地给料至填充塔(E-1)并使其在填料(9)上、通过填料(9)和/或在填料(9)周围从塔的底部流动至顶部。具有可以被粒子负载的生物催化剂和碳酸盐溶液的吸收混合物在填料(9)上、通过填料(9)和/或在填料(9)周围从塔的顶部流动至底部。随着吸收混合物和生物催化微粒在填充物上、通过填充物和/或在填充物周围前进，吸收溶液变得越来越富含被吸收的化合物，即CO2。在气-液界面附近存在的生物催化剂通过立即与CO2反应以产生碳酸氢根离子和质子并且因此使跨该界面的CO2浓度梯度最大化，从而增强CO2吸收。在离开塔时，将含有生物催化剂和碳酸氢根离子的富吸收混合物(13)泵送(E-5)至粒子分离单元(E-3)。富吸收溶液是指以被吸收的化合物的浓度高于贫溶液中的浓度为特征的吸收混合物。分离单元可以包括过滤单元(如切向过滤单元)、离心机、旋风分离器、沉降池或磁选机，以及已知用于粒子或固体分离的任何其他单元或设备。所述分离单元还能够使特定量的溶液与生物催化微粒一起保留，这样它们不会干透而使生物催化剂变性。在一个任选的方面，保留溶液的量使得能够将生物催化微粒泵送至储存单元或直接返回至混合室(E-4)以添加至吸收单元中。在另一个任选的方面，可以将生物催化剂与保留的溶液重力给料至混合室(E-4)中，例如，可以通过在混合单元上方进行分离而实现。分离可以以连续或分批模式进行，并且可以进行管理以确保保留适宜量的溶液以确保酶活性。还可以优选如下提供生物催化微粒使得如果需要可以将它们容易地与在富离子溶液中可能携带的任何固体沉淀物(例如，碳酸氢盐沉淀物)分离。之后将不含生物催化微粒的吸收混合物(15)泵送(E-9)至另一个加工阶段如再生阶段，所述再生阶段可以包括CO2解吸或矿物碳酸盐化(10)。将生物催化微粒(16)与贫CO2吸收溶液混合。之后将此悬液再次给料至吸收塔(E-1)。
在另一个实施方案中，如图2中进一步详述的，吸收单元与解吸单元连接。在该实施方案中，将富含CO2的不含生物催化微粒的吸收溶液(15)通过热交换器(E-10)泵送(E-9)，将其在所述热交换器中加热，之后传送至解吸塔(E-11)。在解吸单元中，将该溶液进一步加热以使得将CO2以气态从溶液中释放。因为在解吸期间使用的相对高的温度，水也被蒸发。将部分吸收溶液(18)引向再沸器(E-12)，在此将其加热至能够进行CO2解吸的温度。将气态CO2和水蒸气冷却，使水凝结并将其给料返回至解吸单元(19)。之后干燥的气态CO2(20)引向压缩和运输工序用于进一步处理。之后将含有较少CO2并被称为贫吸收溶液(17)的液相泵送(E-14)至热交换器(E-10)以将其冷却并给料至混合室(E-4)。贫吸收溶液(17)的温度应当足够低，以致不会使酶(若存在)变性。
在本发明的另一个任选方面，如果可获得稳定的酶(对解吸条件稳定的生物催化剂)，则生物催化剂也可以有助于提高CO2脱水速率并且从而增加CO2解吸速率，由此产生较小的解吸设备。在此类工艺构造中，生物催化剂可以通过增加CO2吸收速率在吸收单元中产生影响，而且在解吸单元中也产生影响，因为酶如碳酸酐酶可以增加碳酸根离子向CO2的转化速率(其是在解吸单元中发生的反应之一)。在该构造中，将需要移除单元(E-3)以移除失活的生物催化剂，并且需要单元E-4以添加新鲜的生物催化剂。然而，具有分离单元如(E-11)和(E-12)之间的滤器以避免生物催化剂通过再沸器的流动以及它们与非常高的温度的接触可能是有利的(取决于酶的耐热性)。
混合室(E-4)优选地包括用于从分离单元(E-3)接收再循环的生物催化剂的入口，还包括入口/出口，所述入口/出口用于移除一部分失活的生物催化剂并将它们替换为新的新鲜生物催化剂，由此更新系统中生物催化剂的全部批料。在一些实施方案中，将生物催化剂在第一分离单元中过滤、离心、旋风分离、沉降或磁性分离(根据它们的上述负载体系)并且可以在之前或之后的分离单元中将其他小的粒子如碳酸氢盐沉淀物分离。
在一个实施方案中，在吸收混合物中将生物催化剂与另外的吸收化合物结合使用。所述吸收化合物可以是伯胺、仲胺和/或叔胺(包括链烷醇胺)；和/或伯、仲和/或叔氨基酸。吸收化合物可以更特别地包括胺类(例如，哌啶、哌嗪及其被至少一个烷醇基团取代的衍生物)、链烷醇胺(例如，一乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨乙基氨基)乙醇(AEE)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(Tris)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、二甲基一乙醇胺(DMMEA)、二乙基一乙醇胺(DEMEA)、三异丙醇胺(TIPA)和三乙醇胺)、聚亚烷基二醇的二烷基醚(例如，聚乙二醇的二烷基醚或二甲基醚)；氨基酸，可以包括氨基酸的钾盐或钠盐、甘氨酸、牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、丙氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、脯氨酸和/或肌氨酸；和/或它们的混合物。将吸收化合物加入至溶液中以帮助CO2吸收并与碳酸酐酶的催化作用相结合。由于一些吸收化合物的结构或高浓度，碳酸酐酶的活性或寿命可能受到威胁。例如，游离的酶可能更易于受具有高离子强度的吸收化合物的影响。将碳酸酐酶固定化可以减轻此类吸收化合物的负面作用。通过提供固定化在载体材料上(例如在微粒上)的酶，所述方法可以在吸收化合物的存在下获得高CO2转移速率，同时减轻了此类化合物否则可能对游离酶产生的负面影响。
实施例
下面的实施例给出了活化具有碳酸酐酶的吸收溶液的不同方式，并且总体上对本发明的实施方案进行了阐述。
实施例1
在吸收填充塔中进行实验。吸收溶液是碳酸钾(K2CO3)20％(w/w)(相当于1.45M)的水溶液。该吸收溶液与CO2浓度为130,000ppm的气相逆流接触。液体流速为0.6g/min且气体流速为60g/min，对应的L/G为10(g/g)。气体和吸收溶液处在室温。将吸收器的操作压力设置为1.4psig。塔的直径为7.5cm，高度为50cm。填料为0.25英寸的聚合拉西环(Raschigrings)。进行三个测试：第一个不使用生物催化剂，第二个使用固定化于填充物载体的碳酸酐酶生物催化剂，并且第三个使用游离在溶液中的浓度为0.5g/升溶液的碳酸酐酶。
获得的结果显示采用固定化于拉西环的表面上的碳酸酐酶，CO2转移速率或CO2移除速率从3增加至14mmol CO2/分钟。使用游离酶，即在吸收溶液中自由流动的碳酸酐酶，CO2转移速率增加至达37mmol/分钟。这些结果表明在测试条件下，在相同的设备中使用游离的或固定化的酶，CO2转移速率可以增加为超过5倍。
实施例2
在吸收填充塔中进行实验。吸收溶液是碳酸钠(Na2CO3)0.5M的水溶液。使该吸收溶液与CO2浓度为130,000ppm的气相逆流接触。液体流速为0.65g/分钟，并且气体流速为65g/分钟，对应的L/G为10(g/g)。气体和吸收溶液处在室温。将吸收器的操作压力设置为1.4psig。塔的直径为7.5cm，高度为50cm。填料为0.25英寸的聚合拉西环。进行三个测试：第一个不使用生物催化剂，第二个使用固定化于填充物载体的碳酸酐酶生物催化剂，并且第三个使用游离在溶液中的浓度为0.5g/升溶液的碳酸酐酶。
获得的结果显示采用固定化于拉西环的表面上的碳酸酐酶，CO2转移速率或CO2移除速率从5增加至18mmol CO2/分钟。在游离酶，即在溶液中自由流动的碳酸酐酶的存在下，转移速率增加至38mmol/分钟。这些结果清楚地证明在填充塔中添加酶的积极影响。
实施例3
在吸收填充塔中进行实验。吸收溶液是碳酸铵(NH4)2CO3/(NH4)OH 8M(铵)的水溶液。使该吸收溶液与CO2浓度为130,000ppm的气相逆流接触。液体流速为0.25g/分钟并且气体流速为63g/分钟，对应的L/G为4(g/g)。气体和吸收溶液处在室温。将吸收器的操作压力设置为1.4psig。塔的直径为7.5cm并且高度为50cm。填料为0.25英寸的聚合拉西环。进行两个测试：第一个不使用生物催化剂，第二个使用固定化至填充物的碳酸酐酶生物催化剂。
获得的结果显示采用固定化于拉西环的表面上的碳酸酐酶，CO2转移速率或CO2移除速率从190增加至216mmol CO2/分钟。在此情况下，在测试的操作条件下，吸收性能增加14％。
实施例4
为了证明游离碳酸酐酶的影响，在搅拌池中在1.45M K2CO3溶液中以250，500和1000mg/L的酶浓度在25℃的温度下进行测试。将溶液的初始CO2载量调节为0、0.1和0.2mol CO2/K2CO3。所使用的酶为人碳酸酐酶II型的变异体，标注为5X(与原始酶相比，该酶含有5个基因突变)。在搅拌池中进行CO2吸收测试，该搅拌池是一个可以用来评价不同条件下CO2吸收速率的简单设备。该搅拌池含有吸收溶液(以及当需要时的酶)。将已知压力的纯CO2施加至该溶液，该压力对应于在工业燃烧后废气中可以发现的CO2分压。在这些测试中，初始的CO2压力为200毫巴。之后监测压力下降并使用压力下降计算吸收时的CO2转移速率。在存在酶和不存在酶的条件下进行测试以使得能够确定酶的影响。结果表示为在存在酶时的CO2转移速率与不存在酶时的CO2转移速率的比率(参见图3)。结果清晰地表明将酶加入至1.45M K2CO3溶液中对于所有测试条件均带来了明显的益处。酶浓度越高，影响越明显。结果还表明溶液的CO2载量对酶带来的改进具有影响。在搅拌池中获得的影响与在填充塔中获得的影响(参见实施例2)类似。据推测，对于文献中报道的其他系统，我们可以从搅拌池的结果预测酶在填充塔中的影响。
实施例5
在20℃的温度在水合池中在浓度为0.5、1和1.45M的K2CO3溶液中以500mg/L的酶浓度进行测试。使用的酶为人碳酸酐酶II型。初始CO2载量为0mol CO2/mol K2CO3。水合池和测试方法与实施例4中描述的不同之处在于：在该池中将纯CO2的连续流以1atma的压力在液相(含酶或不含酶)的表面上吹扫，并且检测溶液的pH变化。将pH的变化与用来计算CO2转移速率的无机碳浓度的变化相关联。结果表示为在带有酶时的CO2转移速率与不存在酶时的CO2转移速率的比例(参见图4)。重要的是需注意，同样，由于水合池用于酶催化活性的较快速的指示性测试，因此相应的结果不像实施例4中获得的结果那样精确。这个事实大体上解释了在类似条件下在两个测试系统观察到的结果之间的任何变化。结果清晰地表明对于所有测试的K2CO3溶液，酶均带来了明显的益处。
实施例6
在40℃的温度在水合池中在浓度为0.5和1.45M的K2CO3溶液中以500mg/L的酶浓度进行测试(方法如实施例5中所述)。所使用的酶为变异体5X。初始CO2载量为0mol CO2/mol K2CO3。结果表明在这些实验条件下，酶仅对于1.45 K2CO3溶液带来了益处(表1)，表明温度对于酶对CO2吸收速率的影响可能具有作用。
表1：在40℃的温度在K2CO3溶液中采用500mg/L的酶浓度的相对CO2转移速率
  K2CO3浓度(M)   相对转移速率
  0.5   1
  1.45   2.1
实施例7
在水合池中在20℃的温度在浓度为0.1、0.25和0.5M的Na2CO3溶液中以500mg/L的酶浓度进行测试。方法如实施例5中所述。所使用的酶为HCAII。初始CO2载量为0mol CO2/mol Na2CO3。结果表示为在存在酶时的CO2转移速率与不存在酶时的CO2转移速率的比例(参见图5)。结果清晰地表明对于所有测试的Na2CO3溶液，酶均带来了明显的益处。
实施例8
在碳酸铵溶液中在10和20℃的温度在不同的CO2载量下测试游离碳酸酐酶的影响。由5M NH3溶液与纯CO2接触以达到特定的CO2载量值以制备碳酸铵溶液。测试在搅拌池中以500mg/L的酶浓度进行。所使用的酶是变异体5X。方法和设备如实施例4中所述。结果表示为在存在酶时的CO2转移速率与不存在酶时的CO2转移速率的比例(参见表1)。结果表明酶的影响可以根据溶液的CO2载量而发生变化。当碳酸铵溶液的CO2载量较大时酶的影响较大。在10℃的温度在0.12的CO2载量下，酶基本上不具有任何影响，因为游离氨浓度很高并且因此溶液吸收CO2如此之快以至于酶的贡献不重要。在0.36的载量下，酶将CO2转移速率增加为1.5倍。在该情况下，游离氨浓度较低并且因此对CO2吸收的贡献较小。
表2：在10和20℃的温度500mg/L的酶5X对5M碳酸铵溶液中不同CO2载量值时的CO2转移速率的影响
  温度   CO2载量(mol CO2/mol NH3)  相对CO2转移速率
  10℃   0.12  1.0
  0.36  1.5
  20℃   0.16  1
  0.48  2.3
实施例9
在10℃的温度在1.8M碳酸铵溶液中测试游离碳酸酐酶的影响。测试在搅拌池中以500mg/L的酶浓度进行。所使用的酶是变异体5X。溶液的初始CO2载量为0mol CO2/mol NH3。方法如实施例4中所述。结果显示在这些条件下酶将CO2吸收速率增加为4.5倍。
实施例10
在25℃的温度在0.5M Na2CO3溶液中测试游离碳酸酐酶的影响。测试在搅拌池中在0、0.1和0.2mol CO2/mol Na2CO3的CO2载量下以0、100和1000mg/L的酶浓度并进行。所使用的酶是人碳酸酐酶II的变异体，标记为5X。方法如实施例4中所述。结果表明对于所有CO2载量，增加酶浓度带来提高的吸收速率(图6)。结果还表明在大约1g/L的酶浓度下酶的影响达到最大值。
实施例11
为了确定酶粒子对CO2吸收速率的影响，在水合池中进行测试。测试如下进行：将已知体积的空载吸收溶液引入至反应器中，然后向吸收溶液中加入已知质量的粒子(粒子可以包含也可以不包含酶)，CO2流通过反应器的顶部空间流动，并开始搅动。溶液的pH作为时间的函数进行测量，之后使用先前对于该吸收溶液确定的碳浓度-pH相关性将pH值转换成以g碳/L表示的碳浓度。由碳浓度作为时间的函数的曲线确定吸收速率。将酶的影响报告为相对吸收速率：存在酶粒子时的吸收速率与存在不含酶的粒子时的吸收速率的比例。
实施例12
采用固定化在尼龙粒子表面处的HCAII进行测试(未优化方案)。尼龙粒度范围是50-160微米。吸收溶液为1.45M K2CO3和0.5M Na2CO3。测试温度为20℃。方法如实施例11中所述。结果表明对于两种溶液CO2吸收速率均增加20-30％。
实施例13
采用碳酸酐酶的交联酶聚集体(CLEA)进行测试(未优化方案)。所使用的酶是酶HCAII的耐热变异体，标记为5X。CLEA包含26％(w/w)的5X酶。粒度范围为4-9微米。吸收溶液为1.45M K2CO3。测试温度为20℃。溶液中的酶浓度为0.5g/L。方法描述在实施例11中。在该具体情况中，使用变性的酶粒子作为参照。结果表明在K2CO3中CLEA将CO2吸收速率增加为3.2倍。
实施例14
采用固定化于磁性二氧化硅包覆的氧化铁粒子的表面处的HCAII进行测试(未优化方案)。粒度是5微米。吸收溶液为1.45M K2CO3。测试温度为20℃。酶浓度为0.2g/L。方法描述在实施例5中。结果表明磁性粒子上的酶将CO2吸收速率增加为1.6倍。
实施例15
在20℃的温度在0.3M Na2CO3/1,2M K2CO3溶液中测试游离碳酸酐酶的影响。测试在水合池中以500mg/L的酶浓度和0mol/mol的CO2载量进行。所使用的酶是人碳酸酐酶II的变异体，标记为5X。方法如实施例5中所述。结果表明酶使CO2吸收速率增加为3.7倍。因此碳酸酐酶也增加碳酸盐混合物中的CO2吸收速率。
实施例16
对浓度为0、0.5、1.0和1.45M的不同碳酸钾溶液比较碳酸酐酶的影响。考虑到碳酸盐溶液是碱性的事实，采用水通过使用NaOH将pH调节至12来制备零浓度。之后对于每种溶液，在水合池(实施例5)中测量在碳酸酐酶不存在时和在存在0.5g/L的酶浓度时的CO2转移速率。测试在20℃进行。结果显示在表3和图7中。我们可以观察到对于类似的pH，K2CO3的存在极大地增加CO2转移速率。还可以观察到当碳酸钾浓度大于0.5M时，CO2转移速率减小。向这些溶液中添加酶导致在所有情况下CO2转移速率均增加。然而，在1.0M时获得最大的影响。在选择时，最佳操作条件将是酶的影响和溶液生产能力(在燃烧后CO2捕获工艺中的另一个重要参数)之间的折衷。
表3：在存在0.5g/L碳酸酐酶时碳酸钾溶液中的CO2转移速率
实施例17
为了利用在吸收溶液中流动的生物催化剂(游离的或固定化于在吸收溶液中流动的粒子之上/之中或作为CLEA或CLEC)用于气体洗涤，尤其是用于从含CO2流出物中移除CO2，一个方法实施方案配制显示在图1中。首先，在混合室(E-4)中将生物催化粒子混合在贫吸收溶液中。生物催化粒子具有能够使其在填充塔的填充物上、通过填充物、和/或填充物周围流动而不会发生阻塞的尺寸。贫吸收溶液是指以低浓度的待吸收物种为特征的吸收溶液。该溶液是新鲜溶液或来自CO2解吸工艺(1)。之后将具有生物催化粒子的吸收溶液(11)给料至带有泵(E-7)的填充塔(E-1)的顶部。填料(9)可以由传统材料如聚合物、金属和陶瓷制成。填充物的几何形状可以选自市售的那些形状。优选地选择所述填充物具有促进吸收溶液中存在或生成的小粒子流动的几何形状或填充结构。填充物的实例为：鲍尔环(Pall ring)、拉西环、Flexipak、Intalox等。将含CO2气体(12)逆流地给料至填充塔(E-1)并且使其通过填料(9)从塔的底部流动至顶部。吸收溶液和生物催化粒子通过填料(9)从塔的顶部流动至底部。当吸收溶液和生物催化粒子在填充物上、通过填充物和/或在填充物周围流动时，吸收溶液变得越来越富含被吸收的化合物，在此例中为CO2。在气-液界面附近存在的生物催化粒子通过立即与CO2反应以产生碳酸氢根离子和质子并且因此使跨气-液界面的CO2浓度梯度最大化，从而增强CO2吸收。在塔的出口，将富吸收溶液和生物催化粒子(13)泵送(E-5)至粒子分离单元(E-3)。富吸收溶液是指以被吸收的化合物的浓度高于贫溶液中的浓度为特征的吸收溶液。所述分离单元可以包括过滤单元、离心机、沉降池、磁选机和/或已知用于粒子或固体分离的任何其他单元或设备。之后将不含粒子的吸收溶液(15)泵送(E-9)至另一个单元，所述另一个单元可以是CO2解吸单元(10)。将生物催化粒子(16)泵送(E-6)至混合室(E-4)，在混合室中将它们与贫CO2吸收溶液混合。混合室可以装有叶轮或另一种装置，所述另一种装置的功能是保证生物催化粒子混合和/或悬浮在吸收溶液中，之后将吸收溶液再次泵送(E-7)至吸收塔(E-1)。
实施例18
在仅将酶固定化在填料的表面上的情况下，该方法可以与图1中显示的方法稍有不同。对于这种情况，单元E-3、E-4、E-6和E-9可以不存在，因为它们是用于吸收溶液中生物催化粒子的处理而需要的。
实施例19
在一个实施方案中，吸收单元与解吸单元连接，如图2中进一步详述的那样。在此实施方案中，将富含CO2的带有或不带生物催化粒子的吸收溶液(15)泵送(E-9)至解吸塔(E-11)，所述解吸塔在比吸收塔更低的压力下运转。在解吸单元中，压力的下降和/或温度的升高导致CO2以气态从溶液中释放。由于在解吸期间使用的压力相对低，水也被蒸发。将气态CO2与水蒸气一起冷却，水凝结并且被给料返回至解吸单元(19)。然后将干燥的气态CO2(20)引向压缩和运输工序用于进一步处理。之后将称为贫吸收溶液(17)的含有较少CO2的液相泵送(E-14)至混合室(E-4)。
通过在制剂中结合使用碳酸盐化合物和碳酸酐酶，解吸速率增加，可以减小解吸所需的能量并且可以保留更多的酶活性用于再循环返回至吸收单元。
实施例20
在另一个实施方案中，将富含CO2的不含生物催化粒子的吸收溶液(15)泵送(E-9)通过热交换器(E-10)，将其在热交换器中加热，然后泵送至解吸塔(E-11)。在解吸单元中，将该溶液进一步加热使得将CO2以气态从溶液中释放。由于在解吸期间使用相对高的温度，水也被蒸发。将部分吸收溶液(18)引至再沸器(E-12)，在此将其加热至能够进行CO2解吸的温度。将气态CO2以及水蒸气冷却，水凝结并且被给料返回至解吸单元(19)。之后将干燥的气态CO2(20)引向压缩和运输工序用于进一步处理。之后将称为贫吸收溶液(17)的含有较少CO2的液相泵送(E-14)至热交换器(E-10)以将其冷却，并将其给料至混合室(E-4)。贫吸收溶液(17)的温度应当足够低以不会使酶变性。
实施例21
在一个实施方案中，除了碳酸盐化合物以外，也可以将氨基酸用于吸收溶液中。氨基酸可以包括氨基酸的钾盐。氨基酸可以是，例如，甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸，以及衍生物诸如牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、肌氨酸、甲基牛磺酸、甲基-α-氨基丙酸、N-(β-乙氧基)牛磺酸、N-(β-氨乙基)牛磺酸、N-甲基丙氨酸、6-氨基己酸。在此情况下，氨基酸可以充当吸收促进剂以进一步提高制剂、方法和系统的性能。在一个优选的实施方案中，在填充塔吸收反应器中将氨基酸促进剂与固定化在填充物上的生物催化剂结合使用。
还应当注意到，依赖于待进行的具体工艺，吸收和解吸反应器可以是各种不同的类型。可以根据自由流动的生物催化剂或具有固定化的生物催化剂的微粒的存在、碳酸盐物种的沉淀程度、压力、温度、废气条件和性质等选择反应器类型。吸收反应器例如可以是填充塔、立式或卧式喷雾洗涤塔、或流化床反应器。
实施例22
在酶在吸收溶液中自由流动并且对解吸操作条件稳定的情况下，该方法可以与图1中显示的方法稍有不同。对于这种情况，单元E-3、E-6和E-9可以不存在，因为它们是用于在吸收溶液中生物催化粒子的处理而需要的。可以使用单元E-4用于在该方法中引入新的酶。
实施例23
在吸收填充塔中进行实验。吸收溶液是碳酸钾(K2CO3)1.45M的水溶液。使该吸收溶液与CO2浓度为130,000ppm的气相逆流接触。液体流速为0.60g/分钟且气体流速为60g/分钟，对应的L/G为10(g/g)。气体和吸收溶液处在室温。将吸收器的操作压力设置为1.4psig。塔的直径为7.5cm，高度为50cm。填料为0.25英寸的聚合拉西环。进行两个测试：第一个不使用活化剂，第二个使用含有26％(w/w)的5X酶的CLEA(未优化的固定化方案)。粒度范围为4-9μm。吸收溶液中的酶浓度为0.1g/L。
所获得的结果显示，由于采用CLEA，CO2移除速率从11mmol/分钟增加至30mmol/分钟，因此CO2转移速率增加为2.7倍。
实施例24
本实施例提供了数据证明酶固定化增加了酶稳定性。显示了固定化在尼龙微粒上的酶的数据。为了评价固定化对酶稳定性的影响，评价固定化酶的稳定性并与可溶形式的相同酶的稳定性进行比较。
尼龙微粒的非限制性实施例：
通过下列未优化步骤制备微粒：
-用戊二醛对尼龙微粒进行表面处理
-添加聚乙烯亚胺
-添加戊二醛
-固定酶(人碳酸酐酶II型)
-用聚乙烯亚胺将醛基封端
在固定化后，酶微粒和可溶性酶在40℃暴露于MDEA 2M。在特定的暴露时间时，取出样品并测量活性。结果表示为残余活性，其是在指定的暴露时间t时的酶活性与时刻0时的酶活性的比例。图7图示了结果。
结果显示10天时游离酶丧失了全部活性，而微粒在56天后仍然保留了40％的残余活性。从该结果，显然在这些条件下固定化增加了酶稳定性。图8图示了结果。在本发明的任选方面，提供生物催化剂从而能够将稳定性提高至实施例中图示的稳定性增加值附近或之上。
这些结果显示了固定化增加碳酸酐酶在CO2捕获工艺中存在的较高温度条件下的稳定性的可能性。在40℃在MDEA 2M中获得这些结果，并且预期在碳酸盐溶液中也将存在类似的稳定性增加。在本发明的任选方法，提供生物催化剂从而能够将稳定性增加至实施例中图示的稳定性增加值附近或之上。
还应当注意到，依赖于各种参数和操作条件，本发明的实施方案可以使用的吸收和解吸单元可以是不同的类型。可以根据游离的生物催化剂、生物催化微粒、生物催化固定填充物等的存在选择反应器类型。该单元可以是，例如，填充反应器、喷雾反应器、流化床反应器等的形式，可以具有各种构造诸如立式、卧式等，并且整个系统视情况而定可以使用并联的或串联的多个单元。
应当理解本文描述和举例说明的各个方面和实施方案不限制实际上所发明的内容。

Claims (37)

1.一种用于从含CO2气体捕获CO2的方法，所述方法包括：
使所述含CO2气体与包含水、生物催化剂和碳酸盐化合物的吸收混合物接触，从而使CO2能够溶解并转化为碳酸氢根和氢离子，从而产生贫CO2气体和富离子溶液；以及
对所述富离子溶液进行解吸，其中所述碳酸盐化合物促进碳酸氢根离子从所述富离子溶液的释放，产生CO2气体流和贫离子溶液。
2.权利要求1所述的方法，所述方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之前将所述生物催化剂从所述富离子溶液移除。
3.权利要求1所述的方法，所述方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之后将所述生物催化剂从所述富离子溶液移除。
4.权利要求2或3所述的方法，所述方法包括将所述贫离子溶液再循环，以形成用于与所述含CO2气体再接触的所述吸收混合物的至少一部分。
5.权利要求2或3所述的方法，所述方法包括将一定量的生物催化剂添加至所述贫离子溶液中，以将所述贫离子溶液转化为用于再循环以与所述含CO2气体接触的所述吸收混合物的至少一部分。
6.权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中选择所述碳酸盐化合物，并足量地用于所述吸收混合物中，以使得所述富离子溶液含有碳酸氢盐沉淀物。
7.权利要求6所述的方法，所述方法包括在对所述富离子溶液进行解吸之前将所述碳酸氢盐沉淀物从所述吸收混合物移除。
8.权利要求6所述的方法，其中在对所述富离子溶液进行解吸时所述碳酸氢盐沉淀物保留在所述富离子溶液中，从而转化为所述CO2气体流的一部分。
9.权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中所述碳酸氢盐沉淀物由碳酸氢盐物种组成，所述碳酸氢盐物种包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵，或它们的混合物。
10.权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中所述碳酸盐化合物包括碳酸钾、碳酸钠或碳酸铵，或它们的组合。
11.权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中所述吸收混合物包含另外的吸收化合物。
12.权利要求11所述的方法，其中所述另外的吸收化合物包括哌啶、哌嗪及其被至少一个烷醇基团取代的衍生物、链烷醇胺、一乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨乙基氨基)乙醇(AEE)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(Tris)、氨基酸、氨基酸的钾盐或钠盐、甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸，以及它们的衍生物如牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、二乙基甘氨酸、二甲基甘氨酸、肌氨酸、甲基牛磺酸、甲基-α-氨基丙酸、N-(β-乙氧基)牛磺酸、N-(β-氨乙基)牛磺酸、N-甲基丙氨酸、6-氨基己酸，或它们的组合。
13.权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中所述吸收混合物与所述含CO2气体的接触在包括至少一个反应器的吸收级中进行，所述至少一个反应器选自填充塔、立式或卧式喷雾洗涤塔、流化床反应器或包括这些反应器的一系列反应器。
14.权利要求1至13中的任一项所述的方法，其中在所述吸收级中提供充足的CO2负载水平以促进碳酸氢盐沉淀物的沉淀。
15.权利要求1至14中的任一项所述的方法，其中所述碳酸盐化合物和生物催化剂以相对于无生物催化剂条件下的CO2转移速率实现最大范围的相对CO2转移速率的浓度提供。
16.权利要求1至15中的任一项所述的方法，其中将所述碳酸盐化合物以至少约0.1M的浓度提供在所述吸收混合物中。
17.权利要求1至16中的任一项所述的方法，其中将所述碳酸盐化合物以其饱和度时或饱和度以下的浓度提供在所述吸收混合物中。
18.权利要求1至17中的任一项所述的方法，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸钾，并且在约40℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
19.权利要求1至17中的任一项所述的方法，其中所述碳酸盐化合物可以包括碳酸铵，并且在约10℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
20.权利要求1至17中的任一项所述的方法，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸钠，并且在约40℃至约70℃的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
21.权利要求1至20中的任一项所述的方法，其中所述生物催化剂是碳酸酐酶。
22.权利要求1至21中的任一项所述的方法，其中按以下方式提供所述生物催化剂：游离于水中；溶解于水中；固定化在混合于水中并可随水流动的载体的表面上；由混合于水中并可随水流动的多孔载体包埋或固定化，或包埋或固定化在混合于水中并可随水流动的多孔载体中；作为交联的聚集体或晶体；或它们的组合。
23.权利要求1至22中的任一项所述的方法，其中所述生物催化剂由以水携带的微粒负载。
24.一种用于从含CO2气体捕获CO2的制剂，所述制剂包含：
水溶剂，所述水溶剂使CO2溶解于其中；
生物催化剂，所述生物催化剂用于增加CO2在所述水溶剂中向碳酸氢根和氢离子的溶解和转化；
在所述水溶剂中的足量的碳酸盐化合物，所述足量的碳酸盐化合物用于当进行解吸时促进溶解在所述水溶剂中的碳酸氢根离子作为气态CO2释放。
25.权利要求24所述的制剂，其中所述碳酸盐化合物包括碳酸钾、碳酸钠或碳酸铵，或它们的组合。
26.权利要求24所述的制剂，其中选择所述碳酸盐化合物并且足量地用于所述吸收混合物中，以促进碳酸氢盐沉淀物的沉淀。
27.权利要求26所述的制剂，其中所述碳酸氢盐沉淀物由碳酸氢盐物种组成，所述碳酸氢盐物种包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵，或它们的混合物。
28.权利要求24至27中的任一项所述的制剂，其中所述吸收混合物包含另外的吸收化合物。
29.权利要求28所述的制剂，其中所述另外的吸收化合物包括哌啶、哌嗪及其被至少一个烷醇基团取代的衍生物、链烷醇胺、一乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-(2-氨乙基氨基)乙醇(AEE)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(Tris)、氨基酸、氨基酸的钾盐或钠盐、甘氨酸、牛磺酸、N-环己基-1，3-丙二胺、N-仲丁基甘氨酸、N-甲基-N-仲丁基甘氨酸、丙氨酸、二乙基甘氨酸或二甲基甘氨酸，或它们的组合。
30.权利要求24至29中的任一项所述的制剂，其中将所述碳酸盐化合物以至少约0.1M的浓度提供在所述吸收混合物中。
31.权利要求24至29中的任一项所述的制剂，其中将所述碳酸盐化合物以其饱和度时或饱和度以下的浓度提供在所述吸收混合物中。
32.权利要求24至31中的任一项所述的制剂，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸钾，并且在约40℃和约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
33.权利要求24至31中的任一项所述的制剂，其中所述碳酸盐化合物可以包括碳酸铵，并且在约10℃和约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
34.权利要求24至31中的任一项所述的制剂，所述碳酸盐化合物可以包括碳酸钠，并且在约40℃和约70℃之间的温度范围内以高达溶解极限的浓度提供在所述吸收混合物中。
35.权利要求24至34中的任一项所述的制剂，其中所述生物催化剂是碳酸酐酶或其类似物。
36.权利要求24至35中的任一项所述的制剂，其中按以下方式提供所述生物催化剂：游离于水中；溶解于水中；固定在混合于水中并随水流动的载体的表面上；由混合于水中并可随水流动的多孔载体包埋或固定化，或包埋或固定化在混合于水中并可随水流动的多孔载体中；作为交联的聚集体或晶体；或它们的组合。
37.权利要求24至36中的任一项所述的制剂，其中所述生物催化剂由以水携带的微粒负载。
CN2010800443885A 2009-08-04 2010-08-04 使用碳酸盐和生物催化剂捕获co2的制剂和方法 Pending CN102574053A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23103709P 2009-08-04 2009-08-04
US61/231,037 2009-08-04
PCT/CA2010/001214 WO2011014957A1 (en) 2009-08-04 2010-08-04 Formulation and process for co2 capture using carbonates and biocatalysts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102574053A true CN102574053A (zh) 2012-07-11

Family

ID=43543848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800443885A Pending CN102574053A (zh) 2009-08-04 2010-08-04 使用碳酸盐和生物催化剂捕获co2的制剂和方法

Country Status (7)

Country Link
US (4) US8722391B2 (zh)
EP (2) EP3287187A1 (zh)
CN (1) CN102574053A (zh)
AU (1) AU2010281323B2 (zh)
CA (1) CA2769772C (zh)
WO (1) WO2011014957A1 (zh)
ZA (1) ZA201200911B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104437002A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 上海立足生物科技有限公司 一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸co2中的应用
CN105189776A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 诺维信北美公司 用于分析co2吸收的组合物和方法
CN110218721A (zh) * 2019-05-16 2019-09-10 浙江工业大学 一种高稳定固定化碳酸酐酶及其制备方法与应用
CN111201199A (zh) * 2017-08-29 2020-05-26 赛德环境公司 酒精发酵产生的气态流出物的增值利用方法
CN112543821A (zh) * 2018-07-10 2021-03-23 塞彭公司 用于从含co2的气体生产一氧化碳和氢气的方法和系统
CN114192122A (zh) * 2020-09-02 2022-03-18 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种清除二氧化碳的可再生纳米多孔吸附材料及制备方法

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2409754A1 (en) * 2005-02-24 2012-01-25 CO2 Solution Inc. An improved CO2 absorption solution
CN102548643B (zh) 2009-08-04 2014-10-22 二氧化碳处理公司 使用包含生物催化剂的微粒捕获co2的方法
EP3287187A1 (en) 2009-08-04 2018-02-28 CO2 Solutions Inc. Process for co2 capture using carbonates and biocatalysts
WO2012003277A2 (en) 2010-06-30 2012-01-05 Codexis, Inc. Highly stable beta-class carbonic anhydrases useful in carbon capture systems
CA2803959C (en) 2010-06-30 2021-01-19 Codexis, Inc. Chemically modified carbonic anhydrases useful in carbon capture systems
US8420364B2 (en) 2010-06-30 2013-04-16 Codexis, Inc. Highly stable beta-class carbonic anhydrases useful in carbon capture systems
LT2632570T (lt) * 2010-10-29 2020-08-10 Saipem S.P.A. Fermentais pagerinti co2 desorbcijos būdai
EP2678094A4 (en) * 2011-02-03 2014-12-10 Co2 Solutions Inc CO2 TREATMENTS USING ENZYMATIC PARTICLES DIMENSIONED ACCORDING TO THE THICKNESS OF A REACTIVE LIQUID FILM FOR AMPLIFIED CATALYSIS
US8871008B2 (en) * 2011-09-07 2014-10-28 Carbon Engineering Limited Partnership Target gas capture
EP2834355A4 (en) 2012-04-06 2016-03-23 Akermin Inc POLYSILICATE-POLYSILICONE ENZYME IMMOBILIZATION MATERIALS
CN104602789A (zh) * 2012-04-24 2015-05-06 二氧化碳处理公司 用碳酸酐酶和用于增强通量比的叔氨基溶剂的co2捕获
GB2502085A (en) * 2012-05-15 2013-11-20 Univ Newcastle Carbon capture by metal catalysed hydration of carbon dioxide
CA2778095A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-17 Co2 Solutions Inc. Activity replenishment and in situ activation for enzymatic co2 capture packed reactor
WO2013184940A1 (en) 2012-06-07 2013-12-12 Akermin, Inc. Thiol-ene coupling chemistry for immobilization of biocatalysts
US9968885B2 (en) 2012-10-29 2018-05-15 Co2 Solutions Inc. Techniques for CO2 capture using sulfurihydrogenibium sp. carbonic anhydrase
FI124060B (fi) * 2012-12-07 2014-02-28 Mikkelin Ammattikorkeakoulu Oy Menetelmä ja järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi kaasusta
WO2014090328A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 Statoil Petroleum As Absorption/desorption of acidic components such as e.g. co2 by use of at least one catalyst
US10137418B2 (en) 2013-01-14 2018-11-27 Dow Global Technologies Llc Composite polyamide membrane made via interfacial polymerization using a blend of non-polar solvents
EP2767325A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for the removal of carbon dioxide from a gas
KR101516323B1 (ko) * 2013-10-07 2015-05-11 한국에너지기술연구원 3차 알카놀아민을 포함하는 이산화탄소 흡수용 조성물, 이를 이용한 이산화탄소 흡수 방법 및 장치
US9719417B2 (en) * 2013-12-03 2017-08-01 The Florida International University Board Of Trustees Method and system for sequestering carbon dioxide and producing hydrogen gas
CA2890582C (en) 2014-08-27 2022-07-19 Normand Voyer Co2 capture methods using thermovibrio ammonificans carbonic anhydrase
EP3204146B1 (en) * 2014-10-09 2022-12-07 SAIPEM S.p.A. Processes for carbon dioxide capture with biocatalyst recovery system
WO2016100937A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 California Institute Of Technology Method and apparatus for co2 sequestration
CA2886708C (en) * 2015-03-30 2023-09-26 Co2 Solutions Inc. Intensification of biocatalytic gas absorption
GB2538484A (en) * 2015-04-02 2016-11-23 Fluid Tech (Environmental) Ltd Improvements in or relating to carbon capture
WO2017127752A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 Lawrence Livermore National Security, Llc Biocatalytic microcapsules and enzyme-embedded multicomponent polymers for catalyzing gas conversion
EP3558491A4 (en) 2016-12-21 2020-08-12 Isca Management Ltd. ELIMINATION OF GREENHOUSE GASES AND HEAVY METALS FROM AN EMISSIONS STREAM
CN112533688A (zh) * 2018-06-06 2021-03-19 塞彭公司 通过热回收和集成的燃烧后的co2捕获
US11607646B2 (en) 2018-08-29 2023-03-21 Indian Oil Corporation Limited Process for CO2 capture from gaseous streams
CN114206474A (zh) 2019-05-23 2022-03-18 加州理工学院 用于海洋船舶中的co2封存的系统和方法
KR102486949B1 (ko) * 2020-12-29 2023-01-09 고려대학교 산학협력단 연속적 이산화탄소 전환 공정 및 그 시스템
CN113797727A (zh) * 2021-09-29 2021-12-17 辽宁基伊能源科技有限公司 一种气相氧化结合干法吸收的低温脱硝装置
WO2023163920A1 (en) * 2022-02-23 2023-08-31 Ramesh Gopalan Carbon capture composition and system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1306853A (en) * 1970-05-13 1973-02-14 Ici Ltd Process for separating and recovering acid gases from gaseous mixtures
WO2006089423A1 (en) * 2005-02-24 2006-08-31 Co2 Solution Inc. An improved co2 absorption solution
WO2008072979A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Sinvent As Method for capturing co2 from exhaust gas
WO2009000025A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation An improved method for co2 transfer from gas streams to ammonia solutions

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1078145A (en) * 1975-06-10 1980-05-27 Erwin Hartert Removal of co2 and/or h2s from cracked gases
AT338849B (de) 1975-06-10 1977-09-12 Voest Ag Ausmauerungsvorrichtung fur metallurgische gefasse
US4094957A (en) * 1976-12-14 1978-06-13 Exxon Research & Engineering Co. Process for removing acid gases with hindered amines and amino acids
US4676252A (en) 1981-06-05 1987-06-30 Massachusetts General Hospital Double indicator pulmonary edema measurement
US4626538A (en) 1983-06-23 1986-12-02 American Cyanamid Company [7-(3-disubstituted amino)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidines
US4597900A (en) 1983-08-22 1986-07-01 Armour Pharmaceutical Co. Des2 -glycine8 -des22 -calcitonin
US4528132A (en) 1984-01-13 1985-07-09 Armour Pharmaceutical Company [16-Alanine]calcitonin
US4623716A (en) 1984-11-01 1986-11-18 Usv Pharmaceutical Corp. Process for the preparation and purification of peptides
US4619941A (en) 1984-11-19 1986-10-28 American Cyanamid Company N-[(1H-imidazol-1-yl)alkyl]-1H-indolecarboxamides useful as thromboxane synthetase inhibitors and antihypertensive agents
US4941088A (en) 1985-02-05 1990-07-10 Digital Equipment Corporation Split bus multiprocessing system with data transfer between main memory and caches using interleaving of sub-operations on sub-busses
US4876252A (en) 1986-01-13 1989-10-24 American Cyanamid Company 4,5,6-substituted-N-(substituted-phenyl)-2-pyrimidinamines
US4788195A (en) 1986-01-13 1988-11-29 American Cyanamid Company 4,5,6-substituted-N-(substituted-phenyl)-2-pyrimidinamines
US4919904A (en) * 1986-04-15 1990-04-24 Exxon Research And Engineering Company Primary hindered aminoacids for promoted acid gas scrubbing process
US4797814A (en) 1986-05-01 1989-01-10 International Business Machines Corporation Variable address mode cache
US4797314A (en) 1987-11-27 1989-01-10 Armstrong World Industries, Inc. Surface covering product
US5420032A (en) 1991-12-23 1995-05-30 Universitge Laval Homing endonuclease which originates from chlamydomonas eugametos and recognizes and cleaves a 15, 17 or 19 degenerate double stranded nucleotide sequence
GB9711439D0 (en) * 1997-06-04 1997-07-30 Rogers Peter A Bioreactor for dioxide management
US6475382B2 (en) 2000-12-19 2002-11-05 Co2 Solution Inc. Treatment unit for treating a fluid and method thereof
EP1377531B1 (en) 2001-04-13 2007-07-25 CO2 Solution Inc. A process and a plant for the production of portland cement clinker
CA2353307A1 (fr) 2001-07-13 2003-01-13 Carmen Parent Appareil et procede pour le traitement des effluents gazeux
CA2417483A1 (en) 2002-01-28 2003-07-28 Co2 Solution Inc. A process for purifying energetic gases such as biogas and natural gas
CA2369331A1 (fr) * 2002-01-28 2003-07-28 Frederic Dutil Systeme enzymatique de purification des gaz energetiques
CA2388423C (en) 2002-05-31 2005-03-22 Co2 Solution Inc. A ventilation system for an enclosure in which people live and a method thereof
ATE353245T1 (de) * 2002-07-11 2007-02-15 Co2 Solution Inc Dreiphasenbioreaktor und verfahren zur behandlung von abgasen
CA2405635A1 (en) 2002-09-27 2004-03-27 C02 Solution Inc. A process and a plant for the production of useful carbonated species and for the recycling of carbon dioxide emissions from power plants
US7132090B2 (en) * 2003-05-02 2006-11-07 General Motors Corporation Sequestration of carbon dioxide
ATE449159T1 (de) * 2003-05-19 2009-12-15 Michael Trachtenberg Verfahren und vorrichtung zur gastrennung
DE102004011428A1 (de) 2004-03-09 2005-09-29 Basf Ag Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus Rauchgasen
CA2535521C (en) 2005-02-07 2013-07-09 Co2 Solution Inc. Process and installation for the fractionation of air into specific gases
US7866638B2 (en) * 2005-02-14 2011-01-11 Neumann Systems Group, Inc. Gas liquid contactor and effluent cleaning system and method
ITBO20050217A1 (it) 2005-04-08 2006-10-09 Enrico Petazzoni Cattura della co2 da gas esausti e suo uso nella digestione anaerobica di materiale organico
CA2541986A1 (en) 2005-04-21 2006-10-21 Co2 Solution Inc. Carbonic anhydrase having increased stability under high temperatue conditions
DK2026896T3 (en) * 2006-05-18 2016-11-28 Basf Se KULDIOXIDABSORPTIONSMIDDEL WITH REDUCED Regeneration ENERGY NEEDS
US7601315B2 (en) 2006-12-28 2009-10-13 Cansolv Technologies Inc. Process for the recovery of carbon dioxide from a gas stream
US20130280152A1 (en) * 2007-10-19 2013-10-24 Uday Singh Method and Apparatus for the Removal of Carbon Dioxide from a Gas Stream
US7919064B2 (en) * 2008-02-12 2011-04-05 Michigan Technological University Capture and sequestration of carbon dioxide in flue gases
MX339437B (es) * 2008-02-19 2016-05-26 Global Res Technologies Llc Extraccion y formacion de complejos del dioxido de carbono.
KR20110087273A (ko) 2008-09-29 2011-08-02 아커민 인코퍼레이티드 이산화탄소의 가속화 포집 방법
US8506784B2 (en) 2009-05-29 2013-08-13 Uchicago Argonne, Llc Carbon dioxide capture using resin-wafer electrodeionization
US8945826B2 (en) 2009-06-26 2015-02-03 Novozymes A/S Heat-stable carbonic anhydrases and their use
CN102548644A (zh) 2009-08-04 2012-07-04 二氧化碳处理公司 使用氨基酸和生物催化剂捕获co2的制剂和方法
CN102548643B (zh) 2009-08-04 2014-10-22 二氧化碳处理公司 使用包含生物催化剂的微粒捕获co2的方法
EP3287187A1 (en) 2009-08-04 2018-02-28 CO2 Solutions Inc. Process for co2 capture using carbonates and biocatalysts
US20130052720A1 (en) * 2009-11-04 2013-02-28 Co2 Solutions Inc. Enzymatic process and bioreactor using elongated structures for co2 capture treatment
CA2803959C (en) * 2010-06-30 2021-01-19 Codexis, Inc. Chemically modified carbonic anhydrases useful in carbon capture systems
US8420364B2 (en) * 2010-06-30 2013-04-16 Codexis, Inc. Highly stable beta-class carbonic anhydrases useful in carbon capture systems
US20120064610A1 (en) * 2010-09-15 2012-03-15 Alstom Technology Ltd Solvent and method for co2 capture from flue gas
LT2632570T (lt) * 2010-10-29 2020-08-10 Saipem S.P.A. Fermentais pagerinti co2 desorbcijos būdai

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1306853A (en) * 1970-05-13 1973-02-14 Ici Ltd Process for separating and recovering acid gases from gaseous mixtures
WO2006089423A1 (en) * 2005-02-24 2006-08-31 Co2 Solution Inc. An improved co2 absorption solution
WO2008072979A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Sinvent As Method for capturing co2 from exhaust gas
WO2009000025A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-31 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation An improved method for co2 transfer from gas streams to ammonia solutions

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105189776A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 诺维信北美公司 用于分析co2吸收的组合物和方法
CN104437002A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 上海立足生物科技有限公司 一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸co2中的应用
CN111201199A (zh) * 2017-08-29 2020-05-26 赛德环境公司 酒精发酵产生的气态流出物的增值利用方法
CN111201199B (zh) * 2017-08-29 2022-08-09 赛德环境公司 酒精发酵产生的气态流出物的增值利用方法
CN112543821A (zh) * 2018-07-10 2021-03-23 塞彭公司 用于从含co2的气体生产一氧化碳和氢气的方法和系统
CN110218721A (zh) * 2019-05-16 2019-09-10 浙江工业大学 一种高稳定固定化碳酸酐酶及其制备方法与应用
CN114192122A (zh) * 2020-09-02 2022-03-18 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种清除二氧化碳的可再生纳米多孔吸附材料及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9533258B2 (en) 2017-01-03
WO2011014957A8 (en) 2011-03-17
CA2769772C (en) 2014-05-06
US8722391B2 (en) 2014-05-13
ZA201200911B (en) 2013-05-29
US20120129246A1 (en) 2012-05-24
US20140099701A1 (en) 2014-04-10
US20170072362A1 (en) 2017-03-16
US10226733B2 (en) 2019-03-12
US9044709B2 (en) 2015-06-02
US20150231562A1 (en) 2015-08-20
EP2490791B1 (en) 2017-07-05
CA2769772A1 (en) 2011-02-10
AU2010281323B2 (en) 2015-09-03
EP3287187A1 (en) 2018-02-28
EP2490791A1 (en) 2012-08-29
EP2490791A4 (en) 2013-01-09
AU2010281323A1 (en) 2012-03-08
WO2011014957A1 (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102574053A (zh) 使用碳酸盐和生物催化剂捕获co2的制剂和方法
CN102548643B (zh) 使用包含生物催化剂的微粒捕获co2的方法
CN102548644A (zh) 使用氨基酸和生物催化剂捕获co2的制剂和方法
CA2773724C (en) Enzyme enhanced co2 capture and desorption processes
CN103429318A (zh) 使用根据反应性液膜厚度定尺寸的酶粒子用于增强催化作用的co2处理
US20140106440A1 (en) Enhanced enzymatic co2 capture techniques according to solution pka, temperature and/or enzyme character
CN104772021B (zh) 多元醇‑乙二胺水溶液捕集工业气中co2的方法
Fradette et al. Process for capturing CO2 from a gas using carbonic anhydrase and potassium carbonate
DK201400177Y4 (da) System til co2-capture under anvendelse af pakket reaktor og
Fradette et al. Process for CO 2 capture using carbonates and biocatalysts with absorption of CO 2 and desorption of ion-rich solution
DK201400144Y4 (da) System til co2-capture under anvendelse af pakket reaktor og absorptionsblanding med mikropartikler omfattende biokatalysator
Fradette et al. Process for biocatalytic CO 2 capture using dimethylmonoethanolamine, diethylmonoethanolamine or dimethylglycine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120711