一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用制造技术

技术编号:11206146 阅读:78 留言:0更新日期:2015-03-26 14:27
本发明专利技术属于CO2减排处理领域,本发明专利技术提供一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述热稳定性碳酸酐酶为SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。本申请采用本实验室基因改造后表达的碳酸酐酶(PaCA)进行不同温度下催化CO2富集有机胺溶液解吸,该酶能在不同的较低的解吸温度下,有效地促进CO2的解吸速率。相对于化学解吸需要较高的温度来说,酶催化效率高,可以降低解吸温度,减少能耗,节约能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于CO2减排处理领域,具体地涉及一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用
技术介绍
二氧化碳是导致温室效应的主要气体之一,而随着国民经济的不断发展,二氧化碳的排放量也日益增长。为响应对于全球气候变化的关注,二氧化碳的减排策略在国际上受到了广泛的重视,已成为国际能源领域的研发热点。我国二氧化碳的排放量居世界首位,减排二氧化碳的压力越来越大,并将成为制约我国燃煤发电可持续发展的瓶颈之一。对二氧化碳的捕集与利用(CO2Capture and Utilization,CCU)是当前最直接的一种控制二氧化碳排放的措施,因其有望实现化石能源二氧化碳近零排放而被广泛采用。目前主要有三种不同类型的CO2捕集方案,即燃烧前脱碳(Pre-combustion)、富氧燃烧脱碳(Oxy-fuel combustion)和燃烧后脱碳(Post-combustion),其中最成熟的是燃烧后脱碳,就是将CO2从化石燃料或生物质空气燃烧后的烟气中进行捕集分离的过程,这种技术原理简单,适应范围广。目前研究和使用最多的CO2捕集方法是以有机胺为主的溶剂吸收法。有机胺法吸收CO2的实质是酸碱中和反应,弱酸(CO2)和弱碱(胺)在38℃左右反应生成可溶于水的盐,温度升高时发生逆反应解吸出CO2。不同种类的有机胺在吸收和解吸速率、腐蚀性以及降解性方面都存在一定的差异。伯胺和仲胺能够快速直接与CO2进行反应生成氨基甲酸盐(反应1),而因为氨基甲酸盐的结构比较稳定,使得解吸过程难以发生。而叔胺的N原子为三耦合的,CO2与生成亚稳定的碳酸氢盐,在高温条件下极易发生水解,解吸出CO2(如反应2所示)。有机胺吸收是一种能源投入较大的过程,仍存在一些瓶颈,直接制约了碳捕捉技术的大规模化发展。例如在利用乙醇胺(MEA)捕集CO2的过程中,成本约为60美元每吨CO2(IPCC),占整个捕捉技术投入的80%,另外20%则用于后续CO2的压缩、运输以及封存等过程。其中最为关键的问题是解吸过程中的能耗较高。而在有机胺法吸收和解吸CO2的整个捕集过程中,70%-80%的能量用于解吸CO2过程。因此,对于如何减少CO2解吸过程的能量投入问题具有极其重要的学术意义和工业价值。为解决传统捕集过程成本过高的问题,生物催化剂—碳酸酐酶被应用到了这项技术中。碳酸酐酶是催化CO2水合生成HCO3-及其逆反应速率最快的酶。近年来,碳酸酐酶在催化有机胺吸收CO2过程中得到了众多研究和应用,而国内外对碳酸酐酶催化CO2解吸的方法仍鲜有报道。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术的目的是提供热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用。本申请采用本实验室基因改造后表达的碳酸酐酶(PaCA)进行不同温度下催化CO2富集有机胺溶液解吸,在本应用方法中该酶能在不同的较低的解吸温度下,有效地促进CO2的解吸速率。本专利技术的技术方案如下:一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述热稳定性碳酸酐酶为SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述应用的方法为,包括如下步骤:装有有机胺溶液的反应器内常温吸收CO2,吸收结束后加入热稳定性碳酸酐酶酶液,加入量为15-75mL/L有机胺溶液,搅拌,升温,在50-100℃下进行解吸实验,在线检测反应过程中体系pH的变化,pH变化稳定时,解吸过程结束。所述的常温吸收为在25-40℃下吸收。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述的有机胺溶液选自乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、哌嗪(PZ)中的一种。所述有机胺溶液浓度为:1-6mol/L。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,优选的是,所述的有机胺溶液选自乙醇胺(MEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、哌嗪(PZ)中的一种。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述热稳定性碳酸酐酶酶液的酶活浓度为32000U/mL。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述搅拌的搅拌速率为200-450rpm。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述解吸实验的反应时间10-60min。反应超过一定时间解吸基本不再进行,pH不再上升。根据本专利技术所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,优选的是,所述催化有机胺溶液解吸CO2的方法的温度为60-80℃。有机胺吸收CO2后一半需要较高的温度解吸,温度过低会使解析过程发生吸收反应,温度过高导致巨大的能量损耗。本专利技术还提供一种所述的热稳定性碳酸酐酶如SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。本专利技术还提供一种编码所述热稳定性碳酸酐酶的如SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列。本专利技术提供一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用方法中CO2解吸在与吸收反应相同的5L玻璃反应器中进行,只是在吸收结束后的基础上升高了反应温度,解吸温度在100℃以下。PaCA酶液加入量为15-75mL/L有机胺溶液,反应在搅拌下进行,搅拌速率为200-450rpm,反应时间>10min。本专利技术模拟工业捕集CO2中具有一定高径比的装置,直接采用有机胺溶液对CO2进行先吸收至一定浓度再升温解吸,解吸温度在加入碳酸酐酶催化的基础上适当低于工业条件。符合实际工业化的要求。本专利技术中涉及的作为在大肠杆菌中异源表达的重组碳酸酐酶,该酶有比较好的热稳定性和MDEA耐受性,把该酶应用于MDEA解吸CO2反应中。相对于化学解吸需要较高的温度来说,本专利技术的优点是酶催化效率高,可以降低解吸温度,减少能耗,节约能源。本专利技术提供的热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,可以应用于其它有机胺溶液解吸CO2的体系中;也可以应用于不同温度下的解吸体系,通常为<100℃。有益技术效果:本专利技术提供一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,采用本实验室基因改造后表达的碳酸酐酶(PaCA)进行不同温度下催化CO2富集有机胺溶液解吸,在该应用中该酶能在不同的较低的解吸温度下,有效地促进CO2的解吸速率。相对于化学解吸需要较高的温度来说(一般都在110℃以上),本专利技术应用中酶催化效率高,可以降低解吸温度,减少能耗,节约能源。附图说明图1为PaCA在60℃下促进MDEA解吸CO2,本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述热稳定性碳酸酐酶为SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。

【技术特征摘要】
1.一种热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,所述热稳定性碳
酸酐酶为SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。
2.根据权利要求1所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,
其特征在于,所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中应用的方法为,包
括如下步骤:
装有有机胺溶液的反应器内常温吸收CO2,吸收结束后加入热稳定性碳酸酐酶酶液,加
入量为15-75mL/L有机胺溶液,搅拌,升温,在50-100℃下进行解吸实验,在线检测反应过程
中体系pH的变化,pH变化稳定时,解吸过程结束。
3.根据权利要求1所述热稳定性碳酸酐酶在催化有机胺溶液解吸CO2中的应用,
其特征在于,所述的有机胺溶液选自乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、三乙醇胺、
哌嗪中的一种。
4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:祝俊余允东周晓青张燕汪浩龙辉张敏陈亭亭陈风义
申请(专利权)人:上海立足生物科技有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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