[发明专利]使用加氨热弧菌碳酸酐酶的CO2捕获方法

说明书

用于酶增强的CO₂捕获包括使含CO₂的气体在工艺条件(如高温、高pH、和/或使用基于碳酸盐的溶液)在加氨热弧菌(Thermovibrio ammonificans)碳酸酐酶(TACA)或其功能性衍生物的存在下接触水性吸收溶液，用于催化CO₂成为碳酸氢根和氢离子的水合反应和/或催化产生CO₂气体的解吸反应。TACA可以随溶液流动(flow with the solution)而供应，以循环经过包含吸收器和脱离器的CO₂捕获系统。

技术领域

技术领域涉及CO₂捕获及加氨热弧菌(Thermovibrio ammonificans)碳酸酐酶(TACA)和/或突变体的使用，其用于催化CO₂的水合反应成为碳酸氢根和氢离子和/或催化解吸反应以产生CO₂气体。

背景

世界科学界对气候变化的危害日益严峻的警告，加上公众对这一问题的更多的认识和关注，引发了全球监管力度的加剧，旨在减少人为温室气体 (GHG)排放量，尤其是二氧化碳排放量。最终，北美和全球CO₂排放量的大幅削减将需要来自电力生产部门(全球最大的单一CO₂源)减少。根据国际能源署(IEA)的GHG计划，截至2006年，全球共有近5000个化石燃料发电厂生产近110亿吨CO₂，占全球人为CO₂排放量的近40％。在发电部门的这些排放中，61％来自燃煤发电厂。尽管政府倡导的长期计划是以可再生能源取代化石燃料，但是由于能源需求的增长，以及短期内对化石产能的巨大依赖，也使得化石基础必须保持可用。因此，执行有效的温室气体减排系统需要减轻该部门产生的CO₂排放量，碳捕获和封存(CCS)提供了最有名的解决方案之一。

CCS工艺从含CO₂的气体中去除CO₂，并涉及生产高度浓缩的CO₂气流，将其压缩并运送至地质封存(sequestration)地点。该地点可以是贫油田，盐水含水层或任何合适的储存地点。海洋中的封存和矿物碳酸化是在研究阶段封存CO₂的两种替代方法。捕获的CO₂也可用于提高石油采收率或用于碳酸化碱性废物流用于封存为矿物固体。

用于CO₂捕获的常规技术基于使用通过两个主要不同单元循环的水性胺 (例如烷醇胺)和碳酸盐溶液：偶联至解吸(或脱离)单元的吸收单元。然而，在来自燃烧的气体中遇到的低CO₂分压的情况下，这些常规技术产生具有高能量损失的工艺并因此引起高操作支出，如单乙醇胺(MEA)的情况或具有高资本支出的方法，对于动力学有限的吸收溶液的情况，导致大的设备，例如采用甲基二乙醇胺(MDEA)。在H₂生产或气化中常见的来自工艺流程的高压 CO₂分离通常较容易实现，这是因为这些过程中压力较高。

碳酸酐酶是一种已用于CO₂吸收应用的酶。碳酸酐酶不仅仅是单一的酶形式，而是广泛的一类金属蛋白，其存在遗传上不相关的同种型家族α，β，γ，δ和ε。已使用了碳酸酐酶不同类别，同种型和变体以催化CO₂的水合反应成为碳酸氢根和氢离子及碳酸氢根脱水反应成为二氧化碳和水，如下：

在最佳条件下，水合反应的催化转换率能达到1x10⁶分子/秒。

然而，在CO₂捕获操作中使用碳酸酐酶有几个相关挑战。例如，工艺条件下的适时(in time)温度稳定性，耐化学性和碳酸酐酶的活性是影响工艺设计，工艺性能和操作成本的因素。

因此，有需要克服与使用碳酸酐酶用于CO₂捕获相关的至少一些挑战。

发明概述