二氧化碳处理和固定技术课堂展示

充分生长以及如何输送等问题。
潜在问题 酸化对炭石造成的侵蚀、地水污染 及对地壳造成的不稳定性。
PART 3
化学法分离处理 二氧化碳
1、化学吸收法：该方法是使原料气和 化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，二 氧化碳进入溶剂形成富液，富液进入脱 吸塔加热分解出二氧化碳，吸收与脱吸 交替进行，从而实现二氧化碳的分析吸 收。其关键是控制好吸收塔的脱吸塔的 操作温度和操作压力。
二氧化碳处理和固定技术
应用背景
温室效应与地球变暖是全人类面临 的一个严重的环境问题。目前，人类在 能源系统中产生大量二氧化碳并直接排 放是导致该现象的主要原因。同其他环 境问题相比，二氧化碳的排放影响空间 大且作用时间长，解决起来非常困难。
二氧化碳处理和固定技术 应用背景
二氧化碳作为地球上 最丰富的碳资源，可 以转化为巨大的可再 生资源
好处
这种热集成的方式充分 利用了各种余热资源， 有效降低了吸收法的能 耗，在大规模工业化应 用中值得推广。
2、碳氢化合物转化法
该方法是在催化剂的作用下，将二氧化碳 转化为甲烷、丙烷、一氧化碳、甲醇及乙 醇等基本化工原料的方法。
日本东北电力公司以铑-镁为催化剂，可使二氧化碳与氢按1：4 （体积比 ）的比例，在一定的温度与压力下混合，生成甲烷。 日本东芝公司采用一种工程上更为可行的原料配合，直接用燃 放气与以氢为基底的乙炔混合，利用电子束或激光束激励，生 成甲醇和一氧化碳，一氧化碳作为原料，可进一步合成甲醇
耦合烟道气余热利用化学吸收流程
常规MEA化学吸收法和烟道气 余热回收和压缩机级间冷却单 元耦合的新流程如图二所示， 从图二可知，高温烟道气首先 通过换热器7预热再生塔6流出 的水，温度降低，然后在气液 换热器2中与流出吸收塔1的富 液换热，温度进一步降低，最 后在洗涤塔脱硫后进入吸收塔1. 同时，流出换热器4的富液经过 换热器10加热后进入再生塔6进 行再生。
固态 将氧化碳以固、水合物的形将式充封二分存氧生在长化海以底碳及的以如方何固法输。体送这水等项问合技题术物。的的关形键在式于封水存合物在的海快底速形的成。、 封存 关键在于水合物的快速形成、充分生长以及如
何输送等问题。
基本原则 对海洋生态系统影响最小
如果将液态二氧化碳快速排放到海水中，则不会形成纯的水合 物．而是一种水合物与液态二氧化碳的混合体。由于比表面积大， 这些二氧化碳会迅速溶解，使周围海水pH值显著降低．对生物的 影响显然比较大。如果将二氧化碳缓慢地注入到海水中．则会在 水合物和海水之间形成一层水合物膜。这样二氧化碳的溶解速率 就慢得多，但对深海底栖生物的影响就小得多。如果二氧化碳是 冷冻后制成鱼雷状的干冰块，由于它们的密度(1．56 k∥L)高于海 水，所以可以快速穿过水柱进入到松软的沉积物地层中并被包合 起来，这样不仅可以长期贮存而且对生物和生态系的影响也不大。 同时．海洋深处也有一定的抵抗能力，一旦二氧化碳被人为注人 其周边海水，增加了海水酸度，碱性碳酸钙可与之起中和反应而 溶解，这将加快去除注入到深海之过量二化碳的速度．实际上为 二氧化碳在深海的存留提供了一个庞大的余地。另外，越往深海， 生物的丰富性、活动性就越差。
膜吸收的特点：1.具有固 定、可计算的传质面积， 易建立传质模型。 2.操作更具灵活性，避免 泛液、沟流和起泡等设备 问题。 3.膜接触器持液量低，操 作的溶液体积小。
4 海洋处理法
液态 以液体形式输送到海平面以下的某个深度进行 保存，以保证它的状态长期不变。这一技术的
封存 关键在于如何保持液态二氧化碳在海水中的特 性和长期稳定性而不会在海水中溶解形成碳酸。
但是，碳氢化合物转化法还在处于实验室研究阶段，距离工业 大规模的实用阶段尚远。二氧化碳作为一种潜在的巨大的资源， 已引起世界的众多国家有关科技人员的关注。
结论
研究化学吸收法减排二氧化碳具有重要意义。一方面，控 制温室气体的排放可以解决目前全球变暖的问题；另一方 面，研究发展新流程和设备可以有效地解决现有设备的短 处，研究和创新为过程装备领域的发展提供了新的研究方 向和契机，具有探讨的理论价值。
缺点： ①转化效率低 ②多酶体系下转化途径单一（什么酶只能
转化为什么产物） ③微生物和酶固定二氧化碳的机理很复杂 ④细胞生长速度慢、密度低，可用菌种资
源有限
微生物与酶法固定二氧化碳未来展望
研究方向： ①开发新的高效分离技术以分离还原产物 ②与其他还原二氧化碳的方式（如电化学还
原等）相结合，提高合成效率并实现环境污染最 小化
5 地下处理法
基本 将从燃放气中分离出的二氧化碳压入枯竭的油 田、天然气田或是带水层, 从而达到与大气隔
设想 离的目的。估算表明, 地下蓄水层储存二氧化 碳的容量为870 亿吨, 而废油气田的储存容量 将氧化碳以固、水合物的形为式封12存5在0海亿底的吨方。法。这项技术的关键在于水合物的快速形成、
如何降低二氧化碳排放 量，变废为宝，实现其分离 回收和综合利用是广大环境 工作者面临的重要课题。
PART 1
从大气中分离固定 二氧化碳
生物法-微生物固定二氧化碳
固定二氧化碳的微生物一般分为两类： 光能自养型微生物 化能自养型微生物
光能自养型主要括：微藻类和光合细菌 都含叶绿素，以光为能源，二氧化碳为碳源 合成菌体组成物质或代谢产物
· 乳酸
催化剂：多酶体系(ADH、PyDC、LDH) 辅酶： NAD+ (加入硫胺素焦磷酸) 条件： 高pH值缓冲液 底物： 二氧化碳和乙醛
不断补加乙醇，有效提高辅因子 再生的循环次数！
2
微生物与酶法 固定二氧化碳的
未来展望
展望未来 追求卓越
优点： ①选择性高（酶的种类、数量多） ②反应条件不苛刻（常温低压） ③转化过程绿色无污染 ④辅因子循环实现成本降低
3
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微生物固定二氧化碳的实质是：微生物中 的某些酶在生物体内进行一系列的催化反应。
目前，还原二氧化碳较多的是多酶体系， 包括三种脱氢酶：甲酸脱氢酶(FDH)、甲醛 脱氢酶(FADH)、甲醇脱氢酶(MDH)，这三 种酶分别可将甲酸、甲醛和甲醇氧化成二 氧化碳。
多酶系统固定二氧化碳的作用是：向 该系统提供逆反应进行方向的物质，使得 二氧化碳被还原。
原理 利用一些特殊分子膜对不同气体具有不 同的渗透率来分离气体。其中包括分离 膜和吸收膜两种。
技术分类 1.气体分离膜法 2.气体吸收膜法
气体分离膜法
动力：膜两边的压差
分离能力： 1.薄膜材料的选择性 2.两个过程参数： 穿过气流对总气流的流 鼙比 穿过气流对总气流的压 力比
气体吸收膜法
动力：膜两边气体的浓 度差
THANK YOU!
PART 2
CO2的物理分离 和处理技术
1 吸收法
2
吸附分离5
地下处理法
1 吸收法
原理 通过交替改变二氧化碳与吸收剂之间的 压力和温度，从而改变二氧化碳在吸收 剂中溶解度以实现二氧化碳的吸收与解 析。（符合亨利定律）
关键 吸附剂要求：对二氧化碳的溶解度大、 选择性好、沸点高、无腐蚀、化学性能 稳定。
卡尔文循环
微生物固碳的几个途径
厌氧乙酰-COA途径
微生物固碳的几个途径
逆向TCA途径
微生物固碳的几个途径
羟基丙酸途径
PART 1
从大气中分离固定 二氧化碳
酶法-生物酶固定二氧化碳
酶法还原二氧化碳
早在1874年，有人就提出了利用酶来还原 二氧化碳的概念，即以酶为催化剂通过一系列 酶促反应，将二氧化碳转化为有用的物质。
甲酸脱氢酶
1
用酶将二氧化碳 转化为丙酮酸、乳酸等
高附加值产品
在成功利用酶法催化还原甲酸物 质这些基础上，人们为了满足更高的 需求，将酶法运用到制作一些高附加 值的产品当中。
用酶将二氧化碳转化为丙酮酸、乳酸等高附加值产品
· 丙酮酸
催化剂：丙酮酸脱酸酶 辅酶： 硫胺素焦磷酸 条件： 高pH值缓冲液 底物： 二氧化碳和乙醛
2 吸附分离法
原理 利用固态、薄膜或者液体吸附剂维持二 氧化碳在其表面，对原料混合气进行有 选择性的可逆吸附。
技术分类
1.变温吸附法（TSA） 2.变压吸附法（PSA） 3.变温变压吸附法(PTSA) 4.变电吸附法（ESA）
吸附剂：活性炭、天然沸石、分子筛、活 性氧化铝、硅胶等。
3 膜分离法
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化能自养型微生物以二氧化碳为碳源，能源 主要有：H2，H2S, S2O32-、NH4+、 NO2-、Fe2+还原态无机物质等
固定二氧化碳微生物介绍