[發明專利]使用加氨熱弧菌碳酸酐酶的CO2捕獲方法

有效

• 申請號: 201580056910.4
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN106999842B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: N·瓦埃;R·戴格爾;E·馬多利;S·弗雷德特
• 申請（專利權）人: 塞彭公司
• 主分類號: B01D53/62
• 分類號: B01D53/62;B01D53/14;B01D53/84
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 封新琴

用于酶增強的CO₂捕獲包括使含CO₂的氣體在工藝條件(如高溫、高pH、和/或使用基于碳酸鹽的溶液)在加氨熱弧菌(Thermovibrio ammonificans)碳酸酐酶(TACA)或其功能性衍生物的存在下接觸水性吸收溶液，用于催化CO₂成為碳酸氫根和氫離子的水合反應和/或催化產生CO₂氣體的解吸反應。TACA可以隨溶液流動(flow with the solution)而供應，以循環經過包含吸收器和脫離器的CO₂捕獲系統。

技術領域

技術領域涉及CO₂捕獲及加氨熱弧菌(Thermovibrio ammonificans)碳酸酐酶(TACA)和/或突變體的使用，其用于催化CO₂的水合反應成為碳酸氫根和氫離子和/或催化解吸反應以產生CO₂氣體。

背景

世界科學界對氣候變化的危害日益嚴峻的警告，加上公眾對這一問題的更多的認識和關注，引發了全球監管力度的加劇，旨在減少人為溫室氣體 (GHG)排放量，尤其是二氧化碳排放量。最終，北美和全球CO₂排放量的大幅削減將需要來自電力生產部門(全球最大的單一CO₂源)減少。根據國際能源署(IEA)的GHG計劃，截至2006年，全球共有近5000個化石燃料發電廠生產近110億噸CO₂，占全球人為CO₂排放量的近40％。在發電部門的這些排放中，61％來自燃煤發電廠。盡管政府倡導的長期計劃是以可再生能源取代化石燃料，但是由于能源需求的增長，以及短期內對化石產能的巨大依賴，也使得化石基礎必須保持可用。因此，執行有效的溫室氣體減排系統需要減輕該部門產生的CO₂排放量，碳捕獲和封存(CCS)提供了最有名的解決方案之一。

CCS工藝從含CO₂的氣體中去除CO₂，并涉及生產高度濃縮的CO₂氣流，將其壓縮并運送至地質封存(sequestration)地點。該地點可以是貧油田，鹽水含水層或任何合適的儲存地點。海洋中的封存和礦物碳酸化是在研究階段封存CO₂的兩種替代方法。捕獲的CO₂也可用于提高石油采收率或用于碳酸化堿性廢物流用于封存為礦物固體。

用于CO₂捕獲的常規技術基于使用通過兩個主要不同單元循環的水性胺 (例如烷醇胺)和碳酸鹽溶液：偶聯至解吸(或脫離)單元的吸收單元。然而，在來自燃燒的氣體中遇到的低CO₂分壓的情況下，這些常規技術產生具有高能量損失的工藝并因此引起高操作支出，如單乙醇胺(MEA)的情況或具有高資本支出的方法，對于動力學有限的吸收溶液的情況，導致大的設備，例如采用甲基二乙醇胺(MDEA)。在H₂生產或氣化中常見的來自工藝流程的高壓 CO₂分離通常較容易實現，這是因為這些過程中壓力較高。

碳酸酐酶是一種已用于CO₂吸收應用的酶。碳酸酐酶不僅僅是單一的酶形式，而是廣泛的一類金屬蛋白，其存在遺傳上不相關的同種型家族α，β，γ，δ和ε。已使用了碳酸酐酶不同類別，同種型和變體以催化CO₂的水合反應成為碳酸氫根和氫離子及碳酸氫根脫水反應成為二氧化碳和水，如下：

在最佳條件下，水合反應的催化轉換率能達到1x10⁶分子/秒。

然而，在CO₂捕獲操作中使用碳酸酐酶有幾個相關挑戰。例如，工藝條件下的適時(in time)溫度穩定性，耐化學性和碳酸酐酶的活性是影響工藝設計，工藝性能和操作成本的因素。

因此，有需要克服與使用碳酸酐酶用于CO₂捕獲相關的至少一些挑戰。

發明概述