捕獲的制作方法
【專利說(shuō)明】用碳酸酐酶和用于増強(qiáng)通量比的叔氨基溶劑的CO2捕獲 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般涉及CO2捕獲的領(lǐng)域，并且更具體地涉及使用碳酸酐酶和吸收化合物 的CO 2捕獲。
[0002] 背景
[0003] 存在多種技術(shù)用于從含有CO2的氣體吸收CO 2。一種技術(shù)包括與碳酸酐酶酶組合 使用吸收化合物。
[0004] 以下專利文獻(xiàn)涉及從含有CO2的氣體吸收CO2，其中可以使用碳酸酐酶和吸收化合 物：美國(guó)專利號(hào)7, 740, 689 ;美國(guó)專利號(hào)8, 192,531 ;US專利公開(kāi)號(hào)20120129246 ;US專利公 開(kāi)號(hào)20120122195 ;US專利公開(kāi)號(hào)20120129236 ;和國(guó)際申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)WO 2012167388。
[0005] 關(guān)于使用酶或吸收化合物從氣體移除CO2存在多種挑戰(zhàn)，這可以涉及有效地獲得 高〇) 2吸收速率和負(fù)載CO 2的液體的有效再生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 提供多種技術(shù)用于酶CO2捕獲。
[0007] 在一些情況下，提供一種用于處理含有CO2的氣體的方法，所述方法包括將所述氣 體與包含碳酸酐酶和一定量的叔氨基吸收化合物的水性吸收溶液接觸，所述量足以將酶增 強(qiáng)的吸收至所述水性吸收溶液中的〇) 2通量增加到至少6倍。
[0008] 在一些情況下，叔氨基吸收化合物包括叔烷醇胺和/或叔胺。
[0009] 在一些情況下，叔烷醇胺包括MDEA、TEA、DEMEA、DMMEA或TIPA或它們的組合。
[0010] 在一些情況下，叔氨基吸收化合物具有結(jié)構(gòu)NR1R2R 3，其中&是羥乙基、異丙基、甲 基或乙基，R2是甲基、乙基、異丙基或羥乙基，并且R 3是甲基、乙基、異丙基或羥乙基。
[0011] 在一些情況下，叔氨基吸收化合物具有至少0. 4M、至少1M、至少2M、至少3M或至少 4M的濃度。
[0012] 在一些情況下，叔氨基吸收化合物具有在0. 4M至4M之間、在0. 5M至3M之間、在 0. 75M至I. 75M之間或在IM至2M之間的濃度。
[0013] 在一些情況下，酶增強(qiáng)的0)2通量與無(wú)酶促的CO 2通量之間的通量比高于8或高于 10。
[0014] 在一些情況下，酶增強(qiáng)的0)2通量與無(wú)酶促的CO 2通量之間的通量比在6至12之 間。
[0015] 在一些情況下，碳酸酐酶作為溶解的酶或作為酶聚集體游離地提供在所述水性吸 收溶液中。
[0016] 在一些情況下，碳酸酐酶提供在隨所述水性吸收溶液流動(dòng)的粒子之上或之中，被 捕獲在所述粒子的孔中，共價(jià)結(jié)合至所述粒子，或以其他方式相對(duì)于所述粒子固定化。
[0017] 在一些情況下，碳酸酐酶提供在填充材料之上或之中。
[0018] 在一些情況下，叔氨基吸收化合物和所述碳酸酐酶在可以從圖3至9中的一個(gè)或 多個(gè)確定的范圍內(nèi)以在每〇. 2g/L約0. 5M至每0. 2g/L約2M之間、在每0. 2g/L約IM至每 0. 2g/L約I. 5M之間的相對(duì)量提供。
[0019] 在一些情況下，提供一種用于處理含有CO2的氣體的方法，所述方法包括使所述氣 體與包含碳酸酐酶和一定量的慢吸收化合物接觸的水性吸收溶液，所述量足以將酶增強(qiáng)的 吸收至所述水性吸收溶液中的所述酶增強(qiáng)的〇) 2通量增加到至少6倍。
[0020] 在一些情況下，提供一種用于處理含有CO2的氣體的方法，所述方法包括使所述氣 體與包含碳酸酐酶和具有結(jié)構(gòu)NR 1I^R3的叔氨基吸收化合物的水性吸收溶液接觸，其中R 1 是羥乙基、異丙基、甲基或乙基，R2是甲基、乙基、異丙基或羥乙基，并且R3是甲基、乙基、異 丙基或羥乙基。
[0021] 在一些情況下，提供一種用于處理含有CO2的氣體的方法，所述方法包括使所述氣 體與包含碳酸酐酶和叔氨基吸收化合物的水性吸收溶液接觸，其中選擇所述碳酸酐酶和叔 氨基吸收化合物的濃度以增強(qiáng)所述酶催化作用并抑制將會(huì)降低總CO 2吸收速率的所述吸收 溶液的增粘或酶變性。在一些情況下，提供一種用于CO2捕獲的方法，所述方法包括：
[0022] 將含有CO2的氣體和作為貧離子溶液的吸收溶液提供至吸收單元中，其中所述 貧離子溶液具有貧CO 2負(fù)載并且包含水和選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺 (DMMEA)和二甲基甘氨酸（DMgly)的叔氨基化合物；
[0023] 使所述含有CO2的氣體與所述吸收溶液在碳酸酐酶或其類似物的存在下接觸，從 而產(chǎn)生從所述吸收單元釋放的〇) 2耗盡的氣體和負(fù)載離子的溶液，其中所述負(fù)載離子的溶 液具有富CO2負(fù)載；
[0024] 將負(fù)載離子的溶液供應(yīng)至用于制備0)2流和再生的溶液的解吸單元；以及
[0025] 將所述再生的溶液的至少一部分作為供應(yīng)至所述吸收單元的所述貧離子溶液的 至少一部分再循環(huán)。
[0026] 在一些情況下，負(fù)載離子的溶液的所述富0)2負(fù)載在約0. 05至約1之間。
[0027] 在一些情況下，貧離子溶液的所述貧0)2負(fù)載在約0至約0. 2之間。
[0028] 在一些情況下，吸收在約0°C至約80°C之間的溫度進(jìn)行。
[0029] 在一些情況下，吸收在約40°C至約70°C之間的溫度進(jìn)行。
[0030] 在一些情況下，吸收在約15°C至35°C之間的溫度進(jìn)行。
[0031] 在一些情況下，吸收在約25°C的溫度進(jìn)行。
[0032] 在一些情況下，所述叔氨基化合物在所述吸收溶液中具有至少IM的濃度。
[0033] 在一些情況下，叔氨基化合物在所述吸收溶液中具有至少2M的濃度。
[0034] 在一些情況下，叔氨基化合物在所述吸收溶液中具有至少3M的濃度。
[0035] 在一些情況下，叔氨基化合物在所述吸收溶液中具有至少4M的濃度。
[0036] 在一些情況下，碳酸酐酶或其類似物以至少100mg/L的濃度作為所述吸收溶液的 一部分提供。
[0037] 在一些情況下，碳酸酐酶或其類似物以至少200mg/L的濃度作為所述吸收溶液的 一部分提供。
[0038] 在一些情況下，碳酸酐酶或其類似物以至少400mg/L的濃度作為所述吸收溶液的 一部分提供。
[0039] 在一些情況下，碳酸酐酶或其類似物以至少800mg/L的濃度作為所述吸收溶液的 一部分提供。
[0040] 在一些情況下，叔氨基和所述碳酸酐酶或其類似物以與相應(yīng)的包含N-甲基-二乙 醇胺（MDEA)的溶液比較足以將總正向反應(yīng)速率常數(shù)（k w)增加至少約250JT1的濃度提供。
[0041] 在一些情況下，叔氨基和所述碳酸酐酶或其類似物以與相應(yīng)的包含N-甲基-二乙 醇胺（MDEA)的溶液比較足以將總正向反應(yīng)速率常數(shù)（k w)增加至少約125(^1的濃度提供。
[0042] 在一些情況下，叔氨基和所述碳酸酐酶或其類似物以與相應(yīng)的包含N-甲基-二乙 醇胺（MDEA)的溶液比較足以將總正向反應(yīng)速率常數(shù)（k w)增加至少約250(^1的濃度提供。
[0043] 在一些情況下，該方法還包括根據(jù)其pKa選擇所述叔氨基化合物。
[0044] 在一些情況下，提供一種從含有CO2的氣體吸收CO 2的方法，所述方法包括將所述 含有CO2的氣體與吸收溶液在碳酸酐酶或其類似物的存在下接觸，所述吸收溶液包含水和 選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二甲基甘氨酸（DMgly)的叔氨基 化合物。
[0045] 在一些情況下，提供一種增強(qiáng)對(duì)CO2吸收的酶影響的方法，所述方法包括進(jìn)行酶 催化的包向含選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二甲基甘氨酸 (DMgly)的叔胺化合物的溶液中的CO 2吸收。
[0046] 在一些情況下，提供一種增加溶液中的CO2負(fù)載的方法，所述方法包括在所述溶液 中提供選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二甲基甘氨酸（DMgly)的 叔胺化合物，以及使所述溶液與含有CO 2的氣體在碳酸酐酶或其類似物的存在下接觸。
[0047] 在一些情況下，提供選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二 甲基甘氨酸（DMgly)的叔胺化合物用于在碳酸酐酶或其類似物的存在下的0) 2吸收的用 途。
[0048] 在一些情況下，提供一種用于吸收CO2的制劑，所述制劑包含水、碳酸酐酶或其 類似物，以及選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二甲基甘氨酸 (DMgly)的叔胺化合物。
[0049] 在一些情況下，提供一種用于吸收0)2的制劑，所述制劑包含水、碳酸酐酶或其類 似物，以及具有式札琴馬的叔胺化合物；其中R 1選自由甲基、乙基和丙基組成的組；R2選自 由甲基、乙基和丙基組成的組；并且R3選自由2-羥乙基和羧甲基組成的組。
[0050] 在一些情況下，RJPR2是相同的或不同的。在一些情況下，R JP R2選自由甲基和 乙基組成的組。
[0051] 在一些情況下，叔胺化合物選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺 (DMMEA)、二甲基甘氨酸（DMgly)和二乙基甘氨酸（DEgly)。
[0052] 在一些情況下，叔胺化合物具有至少8. 8、至少9、至少9. 2、或至少9. 7的pKa。
[0053] 在一些情況下，提供一種用于將0)2從負(fù)載離子的溶液解吸的方法，所述方法包 括：
[0054] 將所述負(fù)載離子的溶液供應(yīng)至解吸單元，其中所述負(fù)載離子的溶液包含水、碳酸 氫根和氫離子和選自二乙基單乙醇胺（DEMEA)、二甲基單乙醇胺（DMMEA)和二甲基甘氨酸 (DMgly)的叔氨基化合物；
[0055] 為了催化所述碳酸氫根和氫離子的脫水反應(yīng)，在所述解吸單元中提供碳酸酐酶或 其類似物，從而產(chǎn)生CO 2流和再生的貧離子溶液；
[0056] 以及
[0057] 將所述0)2流和所述再生的貧離子溶液從所述解吸單元釋放。
[0058] 附圖簡(jiǎn)述
[0059] 圖1是工藝流程框圖。
[0060] 圖2是另一個(gè)工藝流程框圖。
[0061] 圖3是CO2通量相對(duì)于使用酶或不使用酶的不同的化合物的濃度的圖。
[0062] 圖4是相對(duì)于不同的化合物的濃度，酶比無(wú)酶的CO2通量比的圖。
[0063] 圖5是在25°C在1、2、3和4M的MDEA溶液中總動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)作為酶濃度的函數(shù) 的圖。
[0064] 圖6是在25°C在1、2和4M的TEA溶液中總動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)作為酶濃度的函數(shù)的 圖。
[0065] 圖7是在25°C在1和2M的DMMEA溶液中總動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)作為酶濃度的函數(shù)的 圖。
[0066] 圖8是在25°C在1和2M的TIPA溶液中總動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)作為酶濃度的函數(shù) 的圖。
[0067] 圖9是在25°C在0. 5、1和2M的DEMEA溶液中總動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)作為酶濃度的函 數(shù)的圖。
[0068] 圖10是用IM的DMMEA的kOT相對(duì)于酶濃度的圖。
[0069] 圖11是用2M的DMMEA的1^相對(duì)于酶濃度的圖。
[0070] 圖12是用不同濃度的DMMEA的kOT相對(duì)于酶濃度的圖。
[0071] 圖13是用不同的化合物TEA、MDEA和DMMEA的另一張1^相對(duì)于酶濃度的圖。
[0072] 圖14是用與100mg/L的碳酸酐酶組合的不同濃度的吸收化合物的kOT相對(duì)于pK a 的圖。
[0073] 圖15是用與200mg/