[发明专利]一种基于磁性活性炭固定化碳酸酐酶捕集烟气CO2

说明书

本发明公开了一种基于磁性活性炭固定化碳酸酐酶捕集烟气CO₂系统及方法，该系统采用活性炭先赋磁，再进行固定化碳酸酐酶，一方面利用磁性可回收分离的特性，实现了催化剂载体的重复利用，另一方面碳基载体具有优异的多孔结构，负载碳酸酐酶量大，吸附能力强，非常适合于固液气三相反应，加速反应进行。固定化碳酸酐酶可以提高酶的稳定性，与磁分离技术结合便于酶回收及重复利用，整套工艺方案简单，催化效率高，非常适合于工业应用。

技术领域

本发明属于大气污染物净化技术领域，具体涉及一种基于磁性活性炭固定化碳酸酐酶捕集烟气CO₂系统及方法。

背景技术

2018年CO₂排放量约为100亿吨，是美国的1.85倍、欧盟的2.85倍，约占全球CO₂排放总量的30％。燃煤电厂碳排放占CO₂总排放量的43％以上，是最大的CO₂排放源。当前单位供电碳排放为600g CO₂/kW·h(全球平均约为450g CO₂/kW·h)，应对碳中和目标，预计2025年火电单位供电碳排放要下降至460g CO₂/kW·h，2060年下降到50～100g CO₂/kW·h，烟气捕集二氧化碳能力将成为今后燃煤机组的重要考核指标。

现阶段最成熟、最广泛的脱碳技术，是利用有机胺作吸收剂，与烟气中的CO₂反应生成水溶性盐，再加热吸收液，实现CO₂的释放与捕集，同时再生吸收液。该技术的缺点是：能耗大、经济效益低，及次生污染。因此，CCUS还无法实现商业化，急需开发高效低成本的烟气二氧化碳捕集技术。

碳酸酐酶(Carbonic anhydrase，CA)是至今发现的最有效的CO₂水合酶催化剂，可显著提高CO₂吸收速率，其催化吸收速率可达10⁶s^-1。但是CA成本高，游离的CA在高温和废气含量大等恶劣条件下稳定性差、可重复性差、回收利用困难，限制了其工业应用。CA的固定化可保持游离CA高效催化速率，又能解决其热稳定性差、分离回收难和无法重复利用的问题，具备了连续操作和工业化应用的优点。

为提升溶解和捕获CO₂的能力，发挥碳酸酐酶的最佳效果，固定化酶是实现工业应用的最终途径，而开发基于固定化酶的反应系统对于大规模应用至关重要，目前关于固定化酶磁性回收工艺系统及方法的研究及应用较少，仍无较好的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于磁性活性炭固定化碳酸酐酶捕集烟气CO₂系统及方法，以解决氨水直接捕集烟气二氧化碳速度慢、效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于磁性活性炭固定化碳酸酐酶捕集烟气CO₂系统，包括催化脱碳塔，所述催化脱碳塔的进口连接有脱硫后烟气，所述催化脱碳塔的出口为烟气排出口；

所述催化脱碳塔的内部下部分设置有浆液补充层，浆液补充层的上部设置有流化床催化反应区，所述流化床催化反应区的上方设置有除雾区；所述催化脱碳塔的浆液出口连接至一级磁分离机；一级磁分离机的第一物料出口连接有浆液罐，一级磁分离机的第一浆液出口连接有二级磁分离机；二级磁分离机的第二物料出口和浆液罐连接，浆液罐连接有工艺水输入管道；二级磁分离机的第二浆液出口连接有矿化反应装置；浆液补充层中的浆液为碳酸酐酶磁性活性炭浆液；

所述浆液罐的输出管路混合入氨水后，连接至浆液补充层的浆液补充层入口。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述浆液补充层的下方设置有气体分布板。