CN115999357B - 一种船舶动力用二氧化碳捕集系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种船舶动力用二氧化碳捕集系统以及方法，船舶动力用二氧化碳捕集系统包括降温塔，用于对船舶尾气降温；以及二氧化碳吸收塔，二氧化碳吸收塔与降温塔的出气口连通，并且包括填料段，填料段内填装负载有碳酸酐酶的多个规整填料，其中，碳酸酐酶通过静电力直接吸附于规整填料的表面，以形成固定化碳酸酐酶。本申请通过催化水合反应去除船舶尾气中的二氧化碳，工艺简单，极大地降低了系统能耗和体积。通过将游离的碳酸酐酶固定在规整填料，实现了碳酸酐酶催化剂的循环利用，提高了催化效率，减少了酶用量，降低了系统运行成本。
Description
技术领域
本申请涉及船舶尾气处理技术领域，具体而言涉及一种船舶动力用二氧化碳捕集系统以及方法。
背景技术
在船舶烟气脱硝脱硫方面，后处理技术以其减排力度大、对船舶运行工况匹配性好、经济性等优势已成为船舶满足国际海事组织(IMO)排放法规要求所采取的重要技术路线。船舶碳捕集封存后处理技术(CCS)虽可以实现大规模碳减排，但存在着能耗高、体积大、捕集后CO2难以处理等问题，难以满足实船应用需求。
因此，需要一种船舶动力用二氧化碳捕集系统以及方法以至少部分地解决以上问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本申请提供了一种船舶动力用二氧化碳捕集系统，包括：
降温塔，用于对船舶尾气降温；以及
二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收塔与所述降温塔的出气口连通，并且包括填料段，所述填料段内填装负载有碳酸酐酶的多个规整填料，
其中，所述碳酸酐酶通过静电力直接吸附于所述规整填料的表面，以形成固定化碳酸酐酶。
可选地，所述规整填料的形状与所述二氧化碳吸收塔的形状相同，并且/或者所述规整填料在径向上的尺寸与所述二氧化碳吸收塔的内径相同。
可选地，所述规整填料的材料为无机金属，并且/或者所述规整填料包括金属波纹孔板、金属丝网和泡沫金属中的至少一种。
可选地，所述碳酸酐酶直接固定化于所述规整填料的表面；或者
所述规整填料的表面经过硅基化处理，所述碳酸酐酶固定化于硅基化后的所述规整填料的表面。
可选地，所述碳酸酐酶的原料通过喷淋或浸渍方式涂覆于所述规整填5料。
可选地，所述规整填料包括至少一个填料层，每一个所述填料层由负载有碳酸酐酶的一种填料形成，所述至少一个填料层包括至少一种填料。
可选地，所述规整填料包括至少两个填料层，至少相邻的所述填料层
的填料不同；并且/或者
0所述规整填料还包括支撑层，所述支撑层位于所述至少一个填料层的
下方并且彼此相连形成一个整体。
可选地，所述规整填料包括上部填料层和下部填料层，所述下部填料层位于所述上部填料层的下方并且两者相连形成一个整体，所述上部填料层的填料与所述下部填料层的填料不同；或者5所述规整填料包括上部填料层和下部支撑层，所述下部支撑层位于所
述上部填料层的下方并且两者相连形成一个整体。
可选地，所述降温塔设置有进气口和进液口，所述进气口用于接收船舶尾气，所述进液口用于接收海水，所述二氧化碳吸收塔设置有入气口和
入液口，所述入气口与所述降温塔的所述出气口连通，所述入液口用于接0收海水。
根据本申请的船舶动力用二氧化碳捕集系统，通过在二氧化碳吸收塔的填料段填装负载有碳酸酐酶的多个规整填料，可以有效催化二氧化碳的水合反应以除去船舶尾气中的二氧化碳，工艺简单，极大地降低了系统能
耗和体积。通过将游离的碳酸酐酶固定在规整填料，实现了碳酸酐酶催化5剂的循环利用，提高了催化效率，减少了酶用量，降低了系统运行成本。
并且填料可进行整体更换并进行碳酸酐酶再固定，施工难度小，成本效益高。
本发明还提供了一种船舶动力用二氧化碳捕集方法，通过根据本发明的船舶动力用二氧化碳捕集系统实现。
0根据本申请的船舶动力用二氧化碳捕集方法通过催化水合反应去除船
舶尾气中的二氧化碳，工艺简单，极大地降低了系统能耗和体积。通过将游离的碳酸酐酶固定在规整填料，实现了碳酸酐酶催化剂的循环利用，提高了催化效率，减少了酶用量，降低了系统运行成本。
附图说明
本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的原理。
附图中：
图1为根据本申请的船舶动力用二氧化碳捕集系统的工艺流程示意图；
图2为根据本申请的碳酸酐酶固定化的原理示意图；
图3为根据本申请的规整填料的结构示意图。
附图标记说明：
1：降温塔
2：二氧化碳吸收塔
3：填料段
4：进气口
5：出气口
6：进液口
7：出液口
8：入气口
9：排气口
10：入液口
11：排液口
20：规整填料
21：上部填料层
22：下部支撑层
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。
如图1所示，本申请的船舶动力用二氧化碳捕集系统，包括降温塔1以及二氧化碳吸收塔2。其中，降温塔1用于对船舶尾气降温，二氧化碳吸收塔2用于吸收降温后的尾气中的二氧化碳。
降温塔1设置有进气口4、出气口5、进液口6和出液口7，其中进气口4用于接收船舶尾气，出气口5用于排出降温后的船舶尾气，进液口6用于接受海水，出液口7用于排出海水。在降温塔1中，海水与船舶尾气进行换热，将尾气温度降低至适合的温度，同时可以将船舶尾气中的颗粒物、SOx等杂质去除。船舶尾气经降温后从出气口5排出，进入二氧化碳吸收塔2。海水从出液口7排出，直接汇入大海。
二氧化碳吸收塔2设置有入气口8和排气口9。入气口8与降温塔1的出气口5连通，用于接收降温后的船舶尾气；排气口9用于排出经反应后的尾气。二氧化碳吸收塔2还设置有入液口10和排液口11，入液口10用于接收海水，排液口11用于排出吸收了二氧化碳的海水。优选的，二氧化碳吸收塔2的入气口8和排液口11设置在底部，排气口9和入液口10设置在顶部，使降温后的船舶尾气与海水进行逆流对流传质。在二氧化碳吸收塔2中，海水将在碳酸酐酶的催化作用下吸收二氧化碳。海水从二氧化碳吸收塔2自上往下喷淋，经过降温的船舶尾气自二氧化碳吸收塔2底部进入向上流动，负载在填料上的碳酸酐酶催化海水和烟气中二氧化碳进行水合反应。经过海水吸收后的船舶尾气经由二氧化碳吸收塔2顶部排出，海水在吸收二氧化碳后排回大海。
二氧化碳吸收塔2包括填料段3。参见图2、图3a和3b，填料段3内填装有负载碳酸酐酶的多个规整填料20，并且碳酸酐酶通过静电力直接吸附于规整填料20的表面，以形成固定化碳酸酐酶。其中，规整填料20的形状与二氧化碳吸收塔2的形状相同，例如二氧化碳吸收塔2为圆柱形，则规整填料20为圆盘形，规整填料20在径向上的尺寸与二氧化碳吸收塔2的内径相同。
其中，规整填料20的材料为无机金属。规整填料20可以包括金属波纹孔板、金属丝网和泡沫金属中的至少一种。规整填料20的形式、尺寸、型号与规格可根据实际脱除二氧化碳效率、吸收塔内压降要求、液泛率要求和运行工况等参数进行选择。
其中，参见图3a和3b，规整填料20包括至少一个填料层，每一个填料层由负载有碳酸酐酶的一种填料形成，至少一个填料层包括至少一种填料。规整填料20由至少一个填料层上下堆叠而成。规整填料20的外观如图3a所示。
优选的，规整填料20包括至少两个填料层，至少相邻的填料层的填料不同，至少两个填料层上下堆叠，至少相邻的填料层负载有碳酸酐酶的填料种类不同。至少两个填料层的形状和径向上的尺寸彼此大致相同，以便与二氧化碳吸收塔2相配合。
如图3b所示，规整填料20还包括支撑层，支撑层位于至少一个填料层的下方并且彼此相连形成一个整体，其中支撑层不负载碳酸酐酶。
在图示实施方式中，示出了设置有一个填料层和支撑层，即规整填料20包括上部填料层21和下部支撑层22，下部支撑层22位于上部填料层21的下方并且两者相连形成一个整体。规整填料20的内部结构如图3b所示。支撑层的形状和径向上的尺寸与填料层大致相同，以便与二氧化碳吸收塔2相配合。
在未示出的实施方式中，可以设置有两个填料层，但不设置支撑层，即规整填料20包括上部填料层和下部填料层，下部填料层位于上部填料层的下方并且两者相连形成一个整体，上部填料层的填料与下部填料层的填料不同。
图2示出了碳酸酐酶的两种固定化方式。如图2a所示，游离的碳酸酐酶直接固定化于规整填料20的表面。如图2b所示，规整填料20的表面经过硅基化处理，游离的碳酸酐酶固定化于硅基化后的规整填料20的表面。在固定碳酸酐酶时，碳酸酐酶的原料可以通过喷淋或浸渍等任何合适方式涂覆于规整填料。其中碳酸酐酶的原料为选用商品碳酸酐酶、粗酶或经由分子修饰的、定向进化的碳酸酐酶产品中的至少一种。
在实际运行时，二氧化碳吸收塔2从顶部的入液口10喷淋海水，降温后的船舶尾气从底部的入气口8进入并向上流动，与海水形成对流传质，在填料段3经过负载有固定化碳酸酐酶的规整填料20，在碳酸酐酶的催化下降温后的船舶尾气中的二氧化碳发生水和反应，转变为碳酸根离子、碳酸氢根等离子溶于海水中。洁净的尾气从顶部的排气口9排出，吸收了二氧化碳的海水从底部的排液口11排入大海，并与大海中的阳离子反应后以碳酸盐的形式存储在环境中。
根据本申请的船舶动力用二氧化碳捕集方法通过上述系统实现，通过催化水合反应去除船舶尾气中的二氧化碳，工艺简单，极大地降低了系统能耗和体积。通过将游离的碳酸酐酶固定在规整填料，实现了碳酸酐酶催化剂的循环利用，提高了催化效率，减少了酶用量，降低了系统运行成本。
上述的所有优选实施例中所述的流程、步骤仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程的步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本申请。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本申请已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本申请并不局限于上述实施例，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。
Claims (8)
1.一种船舶动力用二氧化碳捕集系统，包括：
降温塔，用于对船舶尾气降温；以及
二氧化碳吸收塔，所述二氧化碳吸收塔设置有入气口、入液口和排液口，所述入气口与所述降温塔的出气口连通，所述入液口用于接受海水，所述排液口用于向大海排出吸收了二氧化碳的海水，
其中，所述二氧化碳吸收塔包括填料段，所述填料段内填装负载有碳酸酐酶的多个规整填料，所述规整填料的材料为无机金属，
其中，所述碳酸酐酶通过静电力直接吸附于所述规整填料的表面，以形成固定化碳酸酐酶，所述规整填料的表面经过硅基化处理，所述碳酸酐酶固定化于硅基化后的所述规整填料的表面，
其中，所述规整填料包括上部填料层和下部填料层，所述下部填料层位于所述上部填料层的下方并且两者相连形成一个整体，所述上部填料层的填料与所述下部填料层的填料不同。
2.根据权利要求1所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述规整填料的形状与所述二氧化碳吸收塔的形状相同，并且/或者所述规整填料在径向上的尺寸与所述二氧化碳吸收塔的内径相同。
3.根据权利要求1所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述规整填料包括金属波纹孔板、金属丝网和泡沫金属中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述碳酸酐酶的原料通过喷淋或浸渍方式涂覆于所述规整填料。
5.根据权利要求1所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述上部填料层和所述下部填料层中的每一个由负载有碳酸酐酶的一种填料形成。
6.根据权利要求5所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，
所述规整填料还包括支撑层，所述支撑层位于所述下部填料层的下方并且彼此相连形成一个整体。
7.根据权利要求1所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述降温塔设置有进气口和进液口，所述进气口用于接收船舶尾气，所述进液口用于接收海水。
8.一种船舶动力用二氧化碳捕集方法，其特征在于，使用根据权利要求1至7中的任一项所述的船舶动力用二氧化碳捕集系统实现。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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