基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明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布置固定化酶的立式反應器。
【背景技術】
[0002]C02的捕集和封存技術可有效解決碳排放和溫室效應問題，燃燒后煙氣中0)2的捕集主要是通過物理和化學吸收法，但存在成本過高和能耗大等問題。碳酸酐酶能夠將0)2快速催化轉換成為HC03—，反應速率可由6.2 X 10—3s—1提高到106s—1，是至今發現的最有效的C02水合酶催化劑。將煙氣中的C02利用CA酶催化吸收分離出來，可有效促進C02的吸收，加快C02的捕集速率，是具有前景的C02捕集應用技術。酶在高溫、強酸堿和有機溶劑等條件下易失活，限制了其被廣泛應用。固定化技術不僅可使酶易于分離，也利于酶穩定性的提高，且固定化酶具有一定形狀和機械強度，可裝填于反應器中，便于連續生產。利用固定化碳酸酐酶在反應器捕集燃燒后的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在吸收液中的傳質吸收;吸收液吸收煙氣中C02的反應速率低且能耗高;氣液兩相流動中，co2在反應器的流程短，不能充分與固定化酶接觸，催化反應效率低；為提高反應速率，反應器內布置磁力攪拌器，但增加了能耗且系統復雜;不能在線收集有效的反應參數，反應過程控制不易控制。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠解決燃燒后C02捕集存在的C02吸收速率低和能耗高等問題的基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器。
[0004]本發明所采用的技術方案是:一種基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器，包括有底座、設置在底座上的透明的柱狀反應腔體和蓋在柱狀反應腔體上端口的蓋板，所述底座上貫通的形成有用于向柱狀反應腔體輸入外部氣體的進氣孔，所述柱狀反應腔體的頂部側壁上設置有吸收液進口，底部側壁上設置有反應產物出口，所述柱狀反應腔體內的底部由下至上依次設置有用于對從進氣孔進入的外部氣體過濾的強氧化吸附膜和多孔板，沿柱狀反應腔體內的中心軸線上設置有有機玻璃棒，所述有機玻璃棒的上端連接蓋板，下端連接多孔板，所述柱狀反應腔體內位于多孔板的上方通過有機玻璃棒設置有兩級以上用于對進入柱狀反應腔體內的煙氣進行催化反應的固定化酶載體結構，所述柱狀反應腔體內分別設置有壓力傳感器、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線的壓力信號輸出孔，用于貫穿所述的pH電極輸出導線的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]所述的柱狀反應腔體的外側壁上設置有用于讀取內部液位的刻度。
[0006]所述的柱狀反應腔體的外側還套有用于通過循環水控制柱狀反應腔體內部溫度的水浴套筒，所述水浴套筒的上端側壁上設置有出水口，下端側壁上設置有進水口。
[0007]所述的柱狀反應腔體內的底部設置有2層以上的強氧化吸附膜。
[0008]所述的固定化酶載體結構包括有多孔陶瓷體，所述多孔陶瓷體的孔內載有固定化酶，在所述多孔陶瓷體的上端面和下端面上分別設置有用于防止多孔陶瓷體孔內的固定化酶流失的上濾網和下濾網。
[0009]所述的固定化酶載體結構套在有機玻璃棒上，并通過設置在上濾網上端面上且套在所述的有機玻璃棒上的上樹脂環，以及設置在下濾網下端面上且套在所述的有機玻璃棒上的下樹脂環固定在所述機玻璃棒上。
[0010]所述的強氧化吸附膜和多孔板是通過套在所述有機玻璃棒上的樹脂環進行固定。
[0011]所述的進氣孔在所述的底座設置有2個，所述進氣孔在位于柱狀反應腔體的一端形成漸擴的喇叭形結構。
[0012]所述的壓力信號輸出孔、pH電極輸出孔、吸氣孔和回氣孔在蓋板上為分開設置，其中，所述的壓力信號輸出孔、吸氣孔和回氣孔在蓋板上對應臨近柱狀反應腔體的內側壁處設置，所述PH電極輸出孔在蓋板上對應臨近柱狀反應腔體的中軸線處設置。
[0013]本發明的基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器，用于燃燒后CO2的捕集，底部布置強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，增強氣液擾動，促進CO2傳質吸收，基于多孔陶瓷的固定化酶在反應段梯級布置，顯著提CO2吸收的反應速率，減少能耗，延長固定化酶與煙氣中CO2的接觸面積和接觸時間，提高酶促反應效率，有利于產物分離，可在線收集有效反應參數，反應過程容易控制。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器的整體結構示意圖；
[0015]圖2是圖1中固定化酶載體結構部分的放大示意圖；
[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:柱狀反應腔體4:蓋板
[0021]5:進氣孔6:強氧化吸附膜
[0022]7:多孔板8:固定化酶載體結構
[0023]81:多孔陶瓷體82:上濾網
[0024]83:下濾網9:樹脂環
[0025]1a:上樹脂環1b:下樹脂環
[0026]11:有機玻璃棒12:進水口
[0027]13:出水口14:反應產物出口
[0028]15:吸收液進口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:壓力信號輸出孔2b:pH電極輸出孔
[0032]21c:吸氣孔21d:回氣孔
【具體實施方式】
[0033]下面結合實施例和附圖對本發明的基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器做出詳細說明。
[0034]如圖1所示，本發明的基于多孔陶瓷梯級布置固定化酶的立式反應器，包括有底座
1、設置在底座I上的柱狀反應腔體3和蓋在柱狀反應腔體3上端口的蓋板4，所述柱狀反應腔體3是由透明有機玻璃制成。所述底座I上貫通的形成有用于向柱狀反應腔體3輸入外部氣體的進氣孔5，所述柱狀反應腔體3的頂部側壁上設置有吸收液進口 15，底部側壁上設置有反應產物出口 14，所述柱狀反應腔體3內的底部由下至上依次設置有用于對從進氣孔5進入的外部氣體過濾的強氧化吸附膜6和多孔板7，所述的柱狀反應腔體3內的底部設置有2層以上的強氧化吸附膜6，沿柱狀反應腔體3內的中心軸線上設置有有機玻璃棒11，所述有機玻璃棒11的上端連接蓋板4，下端連接多孔板7，如圖2所示，所述的強氧化吸附膜6和多孔板7是通套在所述有機玻璃棒11上的樹脂環9進行固定。
[0035]所述的強氧化吸附膜6是高效能的復合強氧化改性陶瓷材料，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等氣體的分子結構，氧化成CO2和水。通過強氧化吸附膜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，增強氣液擾動。
[0036]所述柱狀反應腔體3內位于多孔板7的上方通過有機玻璃棒11設置有兩級以上用于對進入柱狀反應腔體3內的煙氣進行催化反應的固定化酶載體結構8，所述柱狀反應腔體3內分別設置有壓力傳感器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輸出導線的壓力信號輸出孔21a，用于貫穿所述的pH電極18輸出導線的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分別與外部數據采集系統連接，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氣體監測系統。
[0037]所述的柱狀反應腔體3由透明有機玻璃制成，可清楚觀察到反應器內部，并且所述的柱狀反應腔體3的外側壁上設置有用于讀取內部液位的刻度16。
[0038]所述的柱狀反應腔體3的外側還套有用于通過循環水控制柱狀反應腔體3內部溫度的水浴套筒2，所述水浴套筒2的上端側壁上設置有出水口 1