CN114522525A - 处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种二氧化碳捕集利用一体化系统，解决传统CCUS捕集之后运输、封存成本高的问题，就地完成捕集/利用的一体化，实现高二氧化碳含量（>5%）的工业废气的原位资源化处理，转化为高附加值化学品或生物制品。本发明采用低温低压技术，中间产物燃爆安全性高，克服传统CCUS二氧化碳直接利用率低的瓶颈。

Description

处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及方法

技术领域

本发明涉及合成生物电化学技术领域，具体涉及一种处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及方法。

背景技术

随着全球气候变暖，生态环境不断恶化，各国都在逐步设立碳达峰、碳中和的双碳目标，其中碳中和是解决环境问题的根本目标。根据“碳中和”机理，实现双碳目标，一方面要“做减法”，即降低碳排放，包括能源小飞总量于能源碳强度的降低，能源消费总量的下降，主要依靠产业结构的调整，以及节能和提高能效；能源碳强度的下降，则主要依靠清洁化和电气化。另一方面，需要积极“做加法”，增加碳移除和“负排放”，碳移除的手段主要通过碳捕获、封存和利用技术(CCUS)，负排放主要依靠林业碳汇，提升生态系统碳汇能力。

其中，CCUS技术是实现碳中和的一个重要手段，国际能源署曾在2019年提出，在清洁技术情境下，CCUS将实现38%的化工行业减排，15%的水泥和钢铁行业减排。CCUS技术可以作为实现化石能源大规模低碳利用的核心技术，是未来减少CO₂排放，保障能源安全，构建生态文明和实现可持续发展的重要手段。然而，现有的CCUS技术主要聚焦在碳捕集和封存阶段，然而碳捕集过程成本高，从捕集、封存、到运输过程本身也需要消耗巨大的能源，排放二氧化碳，限制了其规模化应用。另一方面，虽然市场上已经有了一定数量的CCUS试点项目，但是其确切的封存能力及封存后的泄露风险评估并不完善，需要进一步了解二氧化碳封存后在地址结构仲的长期封存、流动以及渗漏过程。

近年来，国际上对二氧化碳减排处理的研究越来越多，众多研究表明，只有将二氧化碳进行资源化利用，才能降低CCUS技术前期的捕获和封存成本，实现市场化大规模应用。目前可以较大规模碳利用方式主要是利用捕获的二氧化碳进行地质利用，而能从地质利用中获利的大多是石油、煤炭等有限的行业，其投资规模大、附加值低，地质风险高限制了其多场景下的大规模商业化应用。

除地质利用外，目前市场上能够实现二氧化碳资源化利用的技术是将二氧化碳转化成一氧化碳和氢气构成的合成气，通入发酵罐进行发酵，制备燃料乙醇等附加值化学品，如CN202110145673.6及CN201480057301.6，然而采用这种技术，气体通入发酵液中发酵时，气体利用效率存在瓶颈，并且整个系统设备的安全成本较高。

本申请通过电化学催化技术以及合成生物发酵技术，整合捕集/利用的一体化，开发出一套处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统，实现高二氧化碳含量（>5%）的工业废气的原位捕集与就地资源化处理，转化为高附加值化学品或生物制品，实现低碳足迹以及最终二氧化碳转化的减碳增汇效益。

相对于合成气发酵制备燃料乙醇工艺系统，本申请提供的这套二氧化碳电化学制备高附加值化学品系统，采用低温低压技术，中间产物燃爆安全性高，利用电化学技术突破合成气发酵技术直接利用率低的瓶颈。

发明内容

本发明的目的提供一套处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及处理方法，通过电化学催化技术以及合成生物发酵技术，整合捕集/利用的一体化，实现高二氧化碳含量（>5%）的工业废气的原位捕集与就地资源化处理，转化为高附加值化学品或生物制品。本发明采用低温低压技术，中间产物燃爆安全性高，利用电化学技术突破合成气发酵技术直接利用率低的瓶颈。

本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统包括：二氧化碳捕集模块、电化学反应模块和生物发酵反应模块，通过二氧化碳捕集模块对VOC尾气进行处理，获得高浓度二氧化碳，经过电化学反应模块将二氧化碳转化为有机碳源，最后通过生物发酵反应模块将有机碳源发酵转化为高附加值化学品。

其中，所述二氧化碳捕集模块进一步包括VOC尾气前处理装置、碳捕集装置和第一缓冲储气罐。

其中，所述VOC尾气前处理装置通过管路与碳捕集装置一端相连接，碳捕集装置另一端通过管路与第一缓冲储气罐一端相连接。

其中，所述碳捕集装置采用传统的碳捕集装置，可以为化学吸收捕集装置、物理吸收捕集装置、物理吸附捕集装置或膜分离捕集装置。

其中，所述碳捕集装置包含至少一个液胺基碳捕集塔和至少一个碳脱附塔，将前处理过的VOC尾气通入液胺基碳捕集塔进行二氧化碳捕集，捕集二氧化碳后的液体通过碳脱附塔脱除二氧化碳废气送入缓冲储气装置中，从碳脱附塔中流出的废液回流入液胺基碳捕集塔循环利用。

其中，所述电化学反应模块包括至少一个电化学反应器件和至少一个碳源混合缓冲罐，从二氧化碳捕集模块获得的高二氧化碳含量的工业废气通入电化学反应器进行电化学催化反应，获得甲酸、乙酸等可溶性有机碳源，送入后续的生物发酵反应模块中通过发酵制备高附加值化学品。

其中，所述电化学反应器包括至少有一个电化学催化反应单元， 其包括一个阴极室、隔膜和一个阳极室。

其中，电化学驱动合成生物细胞工厂系统还可以包括至少一个第二缓冲储气罐和至少一个碳源/氮源填充罐，所述第二缓冲储气罐一端通过管路与电化学反应器相连接，另一端与碳源/氮源填充罐相连接，碳源/氮源填充罐另一端与合成生物发酵模块相连接，所述第二缓冲储气罐用于收集电化学反应器输出的未反应完全的尾气，平衡系统管路压力；所述碳源/氮源填充罐用于补充发酵反应器中微生物生长代谢所需要额外添加的碳源/氮源，通过将第二缓冲储气罐与碳源/氮源填充罐相连接可以将未反应的CO₂气体用于压力供给来补充碳源/氮源填充罐的液压维持，降低系统能耗。

其中，所述合成生物发酵模块包含至少一个生物发酵反应罐，所述生物发酵反应罐中包含经过合成生物技术改造的噬碱菌，可以实现电化学反应模块产生的可溶性有机碳源通过噬碱菌发酵，制备所需要的高附加值化学品。

本发明还提供采用上述二氧化碳捕集利用一体化系统制备高附加值化学品的方法，其包括：

第一步，二氧化碳捕获，将VOC尾气通入二氧化碳捕集模块中，通过液胺捕集及碳脱除的循环过程，排出二氧化碳浓度大于80%的工业尾气；

第二步，电化学催化，第一步获得的工业尾气通入电化学反应模块进行电化学反应，生成可溶性有机碳源；

第三步，合成生物发酵，将第二步获得的可溶性有机碳源通入合成生物发酵模块，发酵，生成高附加值化学品。

本发明的有益效果

本发明提供一套二氧化碳捕集利用一体化系统及处理二氧化碳的方法，通过电化学催化技术以及合成生物发酵技术，整合捕集/利用的一体化，实现高二氧化碳含量（>5%）的工业废气的原位捕集与就地资源化处理，转化为高附加值化学品或生物制品。本发明采用低温低压技术，中间产物燃爆安全性高，利用电化学技术突破合成气发酵技术直接利用率低的瓶颈。

附图说明

图1 本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统整体示意图；

图2 本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统碳捕集模块的结构图；

图3 本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统电化学及合成生物发酵模块结构图。

具体实施方式

本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统包括：二氧化碳捕集模块、电化学反应模块和生物发酵反应模块，通过二氧化碳捕集模块对VOC尾气进行处理，获得高浓度二氧化碳，经过电化学反应模块将二氧化碳转化为有机碳源，最后通过生物发酵反应模块将有机碳源发酵转化为高附加值化学品。

所述二氧化碳捕集模块进一步包括VOC尾气前处理装置、碳捕集装置和第一缓冲储气罐。所述VOC尾气前处理装置通过管路与碳捕集装置一端相连接，碳捕集装置另一端通过管路与第一缓冲储气罐一端相连接。

所述VOC尾气前处理装置具体为碱洗塔，实现VOC尾气的脱硫工作。

第一缓冲储气罐用于稳定进入电化学催化反应器的进气气压，消除管路气流脉动，以及储存过剩捕集的二氧化碳。

所述碳捕集装置采用传统的碳捕集装置，可以为化学吸收捕集装置、物理吸收捕集装置、物理吸附捕集装置或膜分离捕集装置，优选采用包含至少一个液胺基碳捕集塔和至少一个碳脱附塔构成的化学吸收捕集装置，经过VOC尾气处理装置处理后的尾气，粉尘含量不超过5mg/Nm³；SO₂含量不超过10mg/Nm³；NOx含量不超过50mg/Nm³。

采用液胺捕集的CO₂的原理：液胺与CO₂反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，并通过再生过程释放出二氧化碳和吸收液再生。当采用伯胺、仲胺溶液捕集CO₂，反应如下：

CO₂ + 2R₁R₂NH = R₁R₂NCOO^- + R₁R₂NH⁺

水的平衡反应：

2H₂O = H₃O⁺ + OH^-

生成碳酸氢盐的反应：

CO₂ + OH^- = HCO₃ ^-

CO₂ + H₂O = HCO₃ ^- + H⁺

由于叔胺氮原子上无氢质子，叔胺与CO₂之间不能进行生成氨基甲酸盐的反应，这样使得叔胺和CO₂之间的反应机理与伯胺、仲胺有明显不同。叔胺与CO₂反应生成的不稳定的碳酸氢盐，而反应速率上，叔胺与CO₂的反应速率明显低于伯胺、仲胺与CO₂的反应速率。

当溶液PH≥13时，发生如下反应：

CO₂ + R₄R₅NCH₂CH₂OH + OH^- = R₄R₅NCH₂CH₂OCO₂ ^- + H₂O

当溶液PH＜13时，发生如下反应:

R₃R₄R₅N + H₂O = R₃R₄R₅NHOH

CO₂ + R₃R₄R₅NHOH = R₃R₄R₅NH⁺ + HCO₃ ^-

以上两式可以合并写成：

CO₂ + R₃R₄R₅N + H₂O = R₃R₄R₅NH⁺ + HCO₃ ^-

将前处理过的VOC尾气通入液胺基碳捕集塔进行二氧化碳捕集，捕集二氧化碳后的液体通过碳脱附塔脱除二氧化碳废气送入缓冲储气装置中，从碳脱附塔中流出的废液回流入液胺基碳捕集塔循环利用，进行二氧化碳捕集，进一步提高二氧化碳的捕集效率。

具体的所述碳捕集装置还包括贫液冷却器、富液换热器、再沸器和气液分离器，经过碱洗塔脱硫的VOC尾气由引风机送入液胺基碳捕集塔，二氧化碳被液胺溶剂吸收，尾气由碳捕集塔顶排空，吸收二氧化碳后的富液由塔底经富液泵送入二氧化碳富液换热器，回收热量后送入碳脱附塔上部，通过汽提解吸出二氧化碳连同水蒸气，经气液分离器，分离除去水分，得到纯度80%以上的二氧化碳气，送入后序电化学反应器；

富液从碳脱附塔上部进入，通过汽提解吸部分二氧化碳，剩余的再生气进入再沸器，使其中的二氧化碳进一步解吸。解吸二氧化碳后的贫液由碳脱附塔底流出，经贫富液换热器换热后，用泵送至贫液冷却器，冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。

所述电化学反应模块包括至少一个电化学反应器件和至少一个碳源混合缓冲罐，从二氧化碳捕集模块获得的高二氧化碳含量的工业废气通入电化学反应器进行电化学催化反应，获得甲酸、乙酸等可溶性有机碳源，送入后续的生物发酵反应模块中通过发酵制备高附加值化学品。

所述碳源混合缓冲罐用于缓冲管内压力波动，缓冲罐内有小分子透过分离用多孔膜结构，用于控制进入生物发酵反应器的碳源分子量范围，提高生物发酵将碳源分子转化成高附加值化学品的效率和纯度。

所述第一缓冲储气罐通过管路一端与所述电化学反应模块的电化学反应器的一端相连接，电化学反应器的另一端通过管路与碳源混合缓冲罐的一端相连接，碳源混合缓冲罐的另一端与生物发酵反应模块一端相连接。

所述电化学反应器包括至少有一个电化学催化反应单元，该电化学催化反应单元能够实现CO₂尾气电化学催化制一碳有机物（如甲酸，甲醇）与二碳有机物（如乙醇，乙烯，乙酸等）的最小结构单元。根据处理的CO₂尾气量的大小，可以并联或串联几个电化学催化反应单元，构成电化学反应器。

所述电化学催化反应单元包括一个阴极室、隔膜和一个阳极室。所述隔膜为任意市场上可以购买到的阳离子交换膜。

所述阴极室含有柔性结构复合催化电极，可以实现将CO2电解转化为可溶性有机碳源溶液，用于作为后续生物发酵的营养液制备高附加值化学品。

催化电极由电极基材和涂敷或沉积在基材表面的阴极催化剂组成，基材为多孔或柔性的碳纤维气体扩散电极，碳纳米材料/碳纤维复合电极，碳布，泡沫镍，多孔石墨电极中的任意一种。阴极催化剂为Cu, CuO，Mn, Ag,Ni等金属单质或氧化物或任意2-3个组分的合金的任一种。根据终端高附加值化学品产物的不同需求与场景的不同， 可以调整阴极催化电极与阳离子交换膜的间距，距离范围为0–200 微米，优先0-10纳米。当距离趋于0时可显著降低接触电阻与电解液相电势损耗，从而降低反应器电压与能耗，对距离在纳米级范围的调控，可实现气固液三相界面与多相催化反应的反应过程，以达到调控产物范围与反应效率的效果，实现针对不同的终端产物所需求的有机碳源中种类和含量的调控。

阳极室含有阳极催化电极，阳极催化电极由基材与涂敷在基材上的阳极催化剂组成，基材为镍或钛或碳基的网或板状结构，阳极催化剂为Fe, Ir, Ti,Co,Ru Pt等两相或多相固体氧化物中的任一种。

所述电化学反应单元的电解液可以为KOH、NaHCO₃等，浓度为0.05M-2M之间，进一步优选为0.05M-1M之间。

与电化学反应器配套的装置还包括：直流电源，用于恒电位催化的供电。

根据需要，还可以为电化学反应器配备中和单元，用于电解液循环和产物富集。本发明提供的二氧化碳电化学制备高附加值化学品系统还可以包括至少一个第二缓冲储气罐和至少一个碳源/氮源填充罐，所述第二缓冲储气罐一端通过管路与电化学反应器相连接，另一端与碳源/氮源填充罐相连接，碳源/氮源填充罐另一端与合成生物发酵模块相连接，所述第二缓冲储气罐用于收集电化学反应器输出的未反应完全的尾气，平衡系统管路压力；所述碳源/氮源填充罐用于补充发酵反应器中微生物生长代谢所需要额外添加的碳源/氮源，通过将第二缓冲储气罐与碳源/氮源填充罐相连接可以将未反应的CO₂气体用于压力供给来补充碳源/氮源填充罐的液压维持，降低系统能耗。

所述氮源优选为氨水、铵盐、尿素、酵母和玉米浆干粉等有机氮等，所述碳源优选为淀粉、葡萄糖、蔗糖、果糖、木糖、有机酸等。

所述合成生物发酵模块包含至少一个生物发酵反应罐和产物收集装置，所述生物发酵反应罐中包含经过合成生物技术改造的耐盐工程微生物，可以实现电化学反应模块产生的可溶性有机碳源通过耐盐工程微生物发酵，制备所需要的高附加值化学品。

所述耐盐工程微生物进一步可以选用大肠杆菌（如Escherichia coli BL21、Escherichia coli MG1655）、罗氏真养杆菌（Ralstonia eutropha H16）、盐单胞菌（Halomonaselongate DSM 2581、Halomonas campaniensis LS21等）、酵母（Pichia pastoris、Saccharomyces cerevisiae）等工程微生物。

所制备的高附加值化学品可以为氨基酸衍生物（如依克多因等）、蛋白饲料、脂肪酶、肉类替代蛋白、高分子聚酯材料（如高性能聚羟基脂肪酸酯等）等。

本发明还提供采用上述二氧化碳捕集利用一体化系统制备高附加值化学品的方法，其包括：

第一步，二氧化碳捕获，将VOC尾气通入二氧化碳捕集模块中，通过液胺捕集及碳脱除的循环过程，排出二氧化碳浓度大于80%的工业尾气；

第二步，电化学催化，第一步获得的工业尾气通入电化学反应模块进行电化学反应，生成可溶性有机碳源；

第三步，合成生物发酵，将第二步获得的可溶性有机碳源通入合成生物发酵模块，发酵，生成高附加值化学品。

所述第一步中，液氨溶剂采用伯胺、仲胺、叔胺多种活性胺组分，其中一部分活性胺组分具有吸收速率快的特点，这类组分用作提高吸附速率；还有一部分组分具有吸收量大的特点，这类组分用于增大吸附容量，将二者结合起来，使之相互作用，共同促进，既可以获得较高的吸附容量，又可以获得较好的吸收/解吸速率。此外在复合胺溶液里还添加了抗氧化剂和缓蚀剂剂，它们可以抑制过氧化物的形成，中断降解反应链的发生，有效地解决了吸收溶液的氧化降解和腐蚀问题。

所述液胺溶剂的密度优选为0.9-1.1g/ml，动力粘度优选为0.25-0.35cp，表面张力 0.02-0.60N/m。

所述第一步中喷淋液胺溶液速度为2-3t/h，胺溶液用量为0.8-1.2kg/tCO₂。

在所述第一步中，碱洗塔的操作温度范围40℃-50℃，压力-0.003-0MPa；碳捕集塔操作温度范围40℃-50℃，压力0-0.02MPa,碳脱附塔操作温度范围100℃-120℃，压力0-0.02MPa。

所处理的工业废气中CO₂浓度应大于5%。

所述第二步中，电化学反应的反应压力1-2MPa，电解液的温度保持在4–80℃，pH值范围优选为6–14，电压范围优选为-0.6V--2.3V、生成的可溶性有机碳源的浓度范围5mM–5M。具体反应条件根据终端高价值化学品所需要的有机碳源中成分浓度和比例有所调整。

所述第三步中，发酵操作温度范围25-45℃，操作压力0-0.05MPa。

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1至3所示，本发明提供的二氧化碳捕集利用一体化系统包括二氧化碳捕集模块、电化学反应模块和生物发酵反应模块，所述二氧化碳捕集模块进一步包括VOC尾气前处理装置、碳捕集装置和第一缓冲储气罐。所述VOC尾气前处理装置为脱硫碱洗塔1，所述碳捕集装置包括液胺基碳捕集塔5、碳脱附塔8、贫液冷却器6、富液换热器7、再沸器9、气液分离器10、引风机2、富液泵3和贫液泵4。

脱硫碱洗塔1的顶部通过管路、引风机2连接到液胺基碳捕集塔5的下部，液胺基碳捕集塔5底部通过管路、富液泵3连接到富液换热器7的一端，富液换热器7的另一端通过管路连接到碳脱附塔8的上部，碳脱附塔8的下部通过管路与再沸器9构成一个循环，碳脱附塔8的底部通过管路连接富液换热器7的一端，富液换热器7的另一端通过管路、贫液泵4连接到贫液冷却器6一端，贫液冷却器6的另一端通过管路连接到液胺基碳捕集塔5的上部，碳脱附塔8的顶部通过管路连接到气液分离器10。

所述电化学反应模块包括电化学反应器件11、泵12、碳源混合缓冲罐17、第二缓冲储气罐14和碳源/氮源填充罐15，电化学反应器11通过管路和泵12连接到碳源混合缓冲罐17中，碳源混合缓冲罐17通过管路连接到后续的生物发酵反应罐15中，电化学反应器11另一端通过管路连接到第二缓冲储气罐14，第二缓冲储气罐14通过管路连接到碳源/氮源填充罐15，碳源/氮源填充罐15通过管路连接到生物发酵反应罐15，生物发酵反应罐15通过管路连接到产物接收装置16。

经过碱洗塔脱硫的VOC尾气由引风机送入液胺基碳捕集塔5，二氧化碳被液胺溶剂吸收，尾气由碳捕集塔5顶排空，吸收二氧化碳后的富液由塔底经富液泵3送入二氧化碳富液换热器7，回收热量后送入碳脱附塔8上部，通过汽提解吸出二氧化碳连同水蒸气，经气液分离器10，分离除去水分，得到纯度80%以上的二氧化碳气，送入后序电化学反应器件11；富液从碳脱附塔8上部进入，通过汽提解吸部分二氧化碳，剩余的再生气进入再沸器9，使其中的二氧化碳进一步解吸。解吸二氧化碳后的贫液由碳脱附塔8底流出，经贫富液换热器7换热后，用贫液泵4送至贫液冷却器6，冷却后进入碳捕集塔5。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。

通过碳捕集装置获得的二氧化碳尾气通入电化学反应器件11进行电化学反应，生成可溶性有机碳源，通入碳源混合缓冲罐17，将碳源混合缓冲罐17中混合的电化学反应器件11生成的有机碳源以及碳源/氮源填充罐15补充的碳源和氮源，通入合成生物发酵反应罐，进行生物发酵，生成高附加值化学品。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于，包括：二氧化碳捕集模块、电化学反应模块和生物发酵反应模块，通过二氧化碳捕集模块对VOC尾气进行处理，获得高浓度二氧化碳，经过电化学反应模块将二氧化碳转化为有机碳源，最后通过生物发酵反应模块将有机碳源发酵转化为高附加值化学品。

2.如权利要求1所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述二氧化碳捕集模块进一步包括VOC尾气前处理装置、碳捕集装置和第一缓冲储气罐。

3.如权利要求2所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述VOC尾气前处理装置通过管路与碳捕集装置一端相连接，碳捕集装置另一端通过管路与第一缓冲储气罐一端相连接。

4.如权利要求1所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述碳捕集装置采用化学吸收捕集装置、物理吸收捕集装置、物理吸附捕集装置或膜分离捕集装置中的一种。

5.如权利要求4所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述碳捕集装置包含至少一个液胺基碳捕集塔和至少一个碳脱附塔，将前处理过的VOC尾气通入液胺基碳捕集塔进行二氧化碳捕集，捕集二氧化碳后的液体通过碳脱附塔脱除二氧化碳废气送入缓冲储气装置中，从碳脱附塔中流出的废液回流入液胺基碳捕集塔循环利用。

6.如权利要求1所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述电化学反应模块包括至少一个电化学反应器件和至少一个碳源混合缓冲罐，从二氧化碳捕集模块获得的高二氧化碳含量的工业废气通入电化学反应器进行电化学催化反应，获得可溶性有机碳源，送入后续的生物发酵反应模块中通过发酵制备高附加值化学品。

7.如权利要求6所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述电化学反应器包括至少有一个电化学催化反应单元， 其包括一个阴极室、隔膜和一个阳极室。

8.如权利要求1所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：还包括至少一个第二缓冲储气罐和至少一个碳源/氮源填充罐，所述第二缓冲储气罐一端通过管路与电化学反应器相连接，另一端与碳源/氮源填充罐相连接，碳源/氮源填充罐另一端与合成生物发酵模块相连接，所述第二缓冲储气罐用于收集电化学反应器输出的未反应完全的尾气，平衡系统管路压力；所述碳源/氮源填充罐用于补充发酵反应器中微生物生长代谢所需要额外添加的碳源/氮源，通过将第二缓冲储气罐与碳源/氮源填充罐相连接可以将未反应的CO₂气体用于压力供给来补充碳源/氮源填充罐的液压维持，降低系统能耗。

9.如权利要求1所述的二氧化碳捕集利用一体化系统，其特征在于：所述合成生物发酵模块包含至少一个生物发酵反应罐，所述生物发酵反应罐中包含经过合成生物技术改造的噬碱菌，实现电化学反应模块产生的可溶性有机碳源通过噬碱菌发酵，制备所需要的高附加值化学品。

10.采用权利要求1至9任一项所述二氧化碳捕集利用一体化系统制备高附加值化学品的方法，其特征在于，包括：

第一步，二氧化碳捕获，将VOC尾气通入二氧化碳捕集模块中，通过液胺捕集及碳脱除的循环过程，排出二氧化碳浓度大于80%的工业尾气；

第二步，电化学催化，第一步获得的工业尾气通入电化学反应模块进行电化学反应，生成可溶性有机碳源；

第三步，合成生物发酵，将第二步获得的可溶性有机碳源通入合成生物发酵模块，发酵，生成高附加值化学品。

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