基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于燃燒后煙氣中CO2捕集的裝置。特別是涉及一種利用固定化碳酸酐酶加快煙氣中CO2吸收的基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]CO2的捕集和封存技術(shù)可有效解決碳排放和溫室效應(yīng)問題，燃燒后煙氣中0)2的捕集主要是通過物理和化學(xué)吸收法，但存在成本過高和能耗大等問題。碳酸酐酶能夠?qū)?)2快速催化轉(zhuǎn)換成為HCO3-，反應(yīng)速率可由6.2 X 10—3S.1提高到1iV1，是至今發(fā)現(xiàn)的最有效的CO2水合酶催化劑。將煙氣中的CO2利用CA酶催化吸收分離出來，可有效促進(jìn)CO2的吸收，加快CO2的捕集速率，是具有前景的CO2捕集應(yīng)用技術(shù)。酶在高溫、強(qiáng)酸堿和有機(jī)溶劑等條件下易失活，限制了其被廣泛應(yīng)用。固定化技術(shù)不僅可使酶易于分離，也利于酶穩(wěn)定性的提高，且固定化酶具有一定形狀和機(jī)械強(qiáng)度，可裝填于反應(yīng)器中，便于連續(xù)生產(chǎn)。利用固定化碳酸酐酶在反應(yīng)器捕集燃燒后的CO2主要存在的問題是:由于煙氣中含有粉塵顆粒和SO2等污染物，降低固定化酶的活力，且阻礙C02在吸收液中的傳質(zhì)吸收;吸收液吸收煙氣中C02的反應(yīng)速率低且能耗高;氣液兩相流動(dòng)中，CO2在反應(yīng)器的流程短，不能充分與固定化酶接觸，催化反應(yīng)效率低；為提高反應(yīng)速率，反應(yīng)器內(nèi)布置磁力攪拌器，但增加了能耗且系統(tǒng)復(fù)雜;不能在線收集有效的反應(yīng)參數(shù)，反應(yīng)過程控制不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠解決燃燒后CO2捕集存在的CO2吸收速率低和能耗高等問題的基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器，包括有底座、設(shè)置在底座上的透明的柱狀反應(yīng)腔體和蓋在柱狀反應(yīng)腔體上端口的蓋板，所述底座上貫通的形成有用于向柱狀反應(yīng)腔體輸入外部氣體的進(jìn)氣孔，所述柱狀反應(yīng)腔體的頂部側(cè)壁上設(shè)置有吸收液進(jìn)口，底部側(cè)壁上設(shè)置有反應(yīng)產(chǎn)物出口，所述柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)的底部由下至上依次設(shè)置有用于對(duì)從進(jìn)氣孔進(jìn)入的外部氣體過濾的強(qiáng)氧化吸附膜和多孔板，沿柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)的中心軸線上設(shè)置有有機(jī)玻璃棒，所述有機(jī)玻璃棒的上端連接蓋板，下端連接多孔板，所述柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)位于多孔板的上方通過有機(jī)玻璃棒設(shè)置有兩級(jí)以上用于對(duì)進(jìn)入柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)的煙氣進(jìn)行催化反應(yīng)的固定化酶載體結(jié)構(gòu)，所述柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)分別設(shè)置有壓力傳感器、PH電極、氣體采樣吸氣管和氣體采樣回氣管，所述蓋板上分別形成有用于貫穿壓力傳感器輸出導(dǎo)線的壓力信號(hào)輸出孔，用于貫穿所述的PH電極輸出導(dǎo)線的PH電極輸出孔，與所述的氣體采樣吸氣管相連通的吸氣孔，以及與所述氣體采樣回氣管相連通的回氣孔。
[0005]所述的柱狀反應(yīng)腔體的外側(cè)壁上設(shè)置有用于讀取內(nèi)部液位的刻度。
[0006]所述的柱狀反應(yīng)腔體的外側(cè)還套有用于通過循環(huán)水控制柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)部溫度的水浴套筒，所述水浴套筒的上端側(cè)壁上設(shè)置有出水口，下端側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口。
[0007]所述的柱狀反應(yīng)腔體內(nèi)的底部設(shè)置有2層以上的強(qiáng)氧化吸附膜。
[0008]所述的固定化酶載體結(jié)構(gòu)包括有多孔陶瓷體，所述多孔陶瓷體的孔內(nèi)載有固定化酶，在所述多孔陶瓷體的上端面和下端面上分別設(shè)置有用于防止多孔陶瓷體孔內(nèi)的固定化酶流失的上濾網(wǎng)和下濾網(wǎng)。
[0009]所述的固定化酶載體結(jié)構(gòu)套在有機(jī)玻璃棒上，并通過設(shè)置在上濾網(wǎng)上端面上且套在所述的有機(jī)玻璃棒上的上樹脂環(huán)，以及設(shè)置在下濾網(wǎng)下端面上且套在所述的有機(jī)玻璃棒上的下樹脂環(huán)固定在所述機(jī)玻璃棒上。
[0010]所述的強(qiáng)氧化吸附膜和多孔板是通過套在所述有機(jī)玻璃棒上的樹脂環(huán)進(jìn)行固定。
[0011]所述的進(jìn)氣孔在所述的底座設(shè)置有2個(gè)，所述進(jìn)氣孔在位于柱狀反應(yīng)腔體的一端形成漸擴(kuò)的喇叭形結(jié)構(gòu)。
[0012]所述的壓力信號(hào)輸出孔、pH電極輸出孔、吸氣孔和回氣孔在蓋板上為分開設(shè)置，其中，所述的壓力信號(hào)輸出孔、吸氣孔和回氣孔在蓋板上對(duì)應(yīng)臨近柱狀反應(yīng)腔體的內(nèi)側(cè)壁處設(shè)置，所述PH電極輸出孔在蓋板上對(duì)應(yīng)臨近柱狀反應(yīng)腔體的中軸線處設(shè)置。
[0013]本實(shí)用新型的基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器，用于燃燒后0)2的捕集，底部布置強(qiáng)氧化吸附膜和多孔板，有效去除煙氣中的粉塵顆粒和SO2等污染物，增強(qiáng)氣液擾動(dòng)，促進(jìn)CO2傳質(zhì)吸收，基于多孔陶瓷的固定化酶在反應(yīng)段梯級(jí)布置，顯著提CO2吸收的反應(yīng)速率，減少能耗，延長(zhǎng)固定化酶與煙氣中CO2的接觸面積和接觸時(shí)間，提高酶促反應(yīng)效率，有利于產(chǎn)物分離，可在線收集有效反應(yīng)參數(shù)，反應(yīng)過程容易控制。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是圖1中固定化酶載體結(jié)構(gòu)部分的放大示意圖；
[0016]圖3是圖1的仰視圖；
[0017]圖4是圖1的俯視圖。
[0018]圖中:
[0019]1:底座2:水浴套筒
[°02°]3:柱狀反應(yīng)腔體4:蓋板
[0021]5:進(jìn)氣孔6:強(qiáng)氧化吸附膜
[0022]7:多孔板8:固定化酶載體結(jié)構(gòu)
[0023]81:多孔陶瓷體82:上濾網(wǎng)
[0024]83:下濾網(wǎng)9:樹脂環(huán)
[0025]1a:上樹脂環(huán)1b:下樹脂環(huán)
[0026]11:有機(jī)玻璃棒12:進(jìn)水口
[0027]13:出水口14:反應(yīng)產(chǎn)物出口
[0028]15:吸收液進(jìn)口16:刻度
[0029]17:壓力傳感器18:pH電極
[0030]19:氣體采樣吸氣管20:氣體采樣回氣管
[0031]2a:壓力信號(hào)輸出孔2b:pH電極輸出孔
[0032]21c:吸氣孔21d:回氣孔
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器做出詳細(xì)說明。
[0034]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于多孔陶瓷梯級(jí)布置固定化酶的立式反應(yīng)器，包括有底座1、設(shè)置在底座I上的柱狀反應(yīng)腔體3和蓋在柱狀反應(yīng)腔體3上端口的蓋板4，所述柱狀反應(yīng)腔體3是由透明有機(jī)玻璃制成。所述底座I上貫通的形成有用于向柱狀反應(yīng)腔體3輸入外部氣體的進(jìn)氣孔5，所述柱狀反應(yīng)腔體3的頂部側(cè)壁上設(shè)置有吸收液進(jìn)口 15，底部側(cè)壁上設(shè)置有反應(yīng)產(chǎn)物出口 14，所述柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)的底部由下至上依次設(shè)置有用于對(duì)從進(jìn)氣孔5進(jìn)入的外部氣體過濾的強(qiáng)氧化吸附膜6和多孔板7，所述的柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)的底部設(shè)置有2層以上的強(qiáng)氧化吸附膜6，沿柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)的中心軸線上設(shè)置有有機(jī)玻璃棒11，所述有機(jī)玻璃棒11的上端連接蓋板4，下端連接多孔板7，如圖2所示，所述的強(qiáng)氧化吸附膜6和多孔板7是通套在所述有機(jī)玻璃棒11上的樹脂環(huán)9進(jìn)行固定。
[0035]所述的強(qiáng)氧化吸附膜6是高效能的復(fù)合強(qiáng)氧化改性陶瓷材料，表面布滿了蜂窩狀的磁極孔徑，可迅速吸附煙氣中的粉塵顆粒，破壞SO2等氣體的分子結(jié)構(gòu)，氧化成CO2和水。通過強(qiáng)氧化吸附膜6吸附膜凈化后的煙氣再通過多孔板7破碎成更多的氣泡，增強(qiáng)氣液擾動(dòng)。
[0036]所述柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)位于多孔板7的上方通過有機(jī)玻璃棒11設(shè)置有兩級(jí)以上用于對(duì)進(jìn)入柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)的煙氣進(jìn)行催化反應(yīng)的固定化酶載體結(jié)構(gòu)8，所述柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)分別設(shè)置有壓力傳感器17、pH電極18、氣體采樣吸氣管19和氣體采樣回氣管20，所述蓋板4上分別形成有用于貫穿壓力傳感器17輸出導(dǎo)線的壓力信號(hào)輸出孔21a，用于貫穿所述的pH電極18輸出導(dǎo)線的pH電極輸出孔21b，與所述的氣體采樣吸氣管19相連通的吸氣孔21c，以及與所述氣體采樣回氣管20相連通的回氣孔21d。其中，所述壓力傳感器17和pH電極18分別與外部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述氣體采樣吸氣管19和氣體采樣回氣管20分別與外部紅外CO2分析儀連接，組成CO2氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0037]所述的柱狀反應(yīng)腔體3由透明有機(jī)玻璃制成，可清楚觀察到反應(yīng)器內(nèi)部，并且所述的柱狀反應(yīng)腔體3的外側(cè)壁上設(shè)置有用于讀取內(nèi)部液位的刻度16。
[0038]所述的柱狀反應(yīng)腔體3的外側(cè)還套有用于通過循環(huán)水控制柱狀反應(yīng)腔體3內(nèi)部溫度的水浴套筒2，所述水浴套筒2的上端側(cè)壁上設(shè)置有出水口 1