利用二氧化碳的碳酸氢盐化合物的酶增强的制备方法

利用二氧化碳的碳酸氢盐化合物的酶增强的制备方法
【专利摘要】提供一种用于制备碳酸氢盐化合物的酶方法。所述方法包括：使包含溶解碳酸盐的水溶液与含CO2气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备负载碳酸氢盐的流；将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢盐的流中分离；以及将所述负载碳酸氢盐的流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳酸氢盐包含所述碳酸氢盐化合物。所述碳酸氢盐化合物可以是碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵或碳酸氢铯。
【专利说明】利用二氧化碳的碳酸氢盐化合物的酶增强的制备 发明领域
[0001] 本发明总体上涉及一种用于使用co2制备碳酸氢盐化合物的方法，并且更具体涉 及一种使用酶作为生物催化剂以增强此类碳酸氢盐化合物的制备的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 碳酸氢钠（或NaHC03)是最广泛使用的碳酸氢盐化合物之一。在食品、饲料和工业 方法中，碳酸氢钠具有悠久的使用历史。被称为"小苏打"，其主要作为发酵剂用于烹饪（烘 焙）中。归因于其酸碱中和性能，还将其用于，例如，提高游泳池、温泉或花园池塘中水的pH 平衡。其具有弱的消毒性能，并且其可以是针对一些生物体的有效的杀真菌剂。因为碳酸 氢钠起中和剂作用，可以将其用于吸收由强酸导致的臭味。
[0004] 在医疗领域中，碳酸氢钠可用于，例如，作为治疗酸消化不良和胃灼热的抗酸剂。 静脉内碳酸氢钠溶液有时用于酸中毒（acidosis)的情况，或者在当血液中存在不足的钠 离子或碳酸氢根离子时使用。其还用于治疗高钾血症（hyperkalemia)。碳酸氢钠也已经用 于三环抗抑郁药过量（tricyclic antidepressant overdose)的治疗。还可以将其作为软 膏局部施用以缓解昆虫叮咬。
[0005] 在个人卫生领域中，还将碳酸氢钠用作一些漱口水中的成分。它在牙齿和牙龈上 起机械清洁剂的作用，中和口中酸的产生并且还起防腐剂的作用以辅助防止感染。与其他 成分结合的碳酸氢钠可以用于制造干式或湿式除臭剂。还可以将其用作洗发水。
[0006] 在清洁领域中，当单独用作清洁剂和洗涤剂时或者当加入至洗涤剂中时，碳酸氢 钠可以是非常有效的。通常将其加入至洗衣机中作为软化剂的替代品并且还用于从衣物中 去除臭味。当用温水稀释时，碳酸氢钠还对从杯中去除严重的茶渍和咖啡渍有效。
[0007] 作为生物杀虫剂，碳酸氢钠可以有效地控制真菌生长。其被美国环境保护局登记 为生物杀虫剂。
[0008] 对碳酸氢钠的需求明显并且对于其生产来说存在大的全球市场。
[0009] 可以在通常被称为"索尔韦法（Solvay Process) "的苏打灰（Na2C03)制备方法的 中期制备碳酸氢钠。这种方法意味着使氯化钠、氨和二氧化碳在水中反应。在这种方法中， 将碳酸钙用作〇)2源。
[0010] 因此"索尔韦法"的第一步是下列反应：
[0011] NaCl+NH3+C02+H20 - NaHC03+NH4Cl。
[0012] 在工业实施中，经由使浓缩盐水（NaCl)通过两个吸收塔来进行反应。在第一个 中，用册13使强盐水饱和；而在第二个中，C02通过氨化的盐水冒泡,形成碳酸氢钠（NaHC0 3) 和氯化铵（NH4C1)。已知NaHC03的溶解性比氨（NH3)缓冲碱性溶液中的NaCl和NH 4C1二者 都低，所形成的NaHC03沉淀并且稍后将其过滤。
[0013] 该方法所需要的C02是通过将石灰石在950-1KKTC加热经由下列反应制备的：
[0014] CaC03 - Ca0+C02。
[0015] 由石灰石加热过程形成的生石灰（CaO)用于根据下列方程式由索尔韦法的NH4C1 副产物使氨（NH3)再生：
[0016] 2NH4C1+Ca0 - 2NH3+CaCl2+H20。
[0017] 将再生的氨再循环至第一盐水吸收塔。
[0018] 之后将从氯化铵溶液中沉淀的碳酸氢钠过滤。之后如下通过将碳酸氢钠在 160-230°C的煅烧炉中加热得到碳酸钠（Na2C03)，即"（索尔韦法）"的终产物：
[0019] 2NaHC03 - Na2C03+H20+C02。
[0020] 同样将释放的C02再循环至该方法中。
[0021] 也可以直接由碳酸钠制备碳酸氢钠。在这种方法中，将碳酸钠溶解至水中以形成 均匀的溶液。将溶液进料至泡罩塔（bubble column)中，在那里其与C02气体接触。0)2气 体经由流经塔的溶液起泡。由于溶液中的高pH，根据下列反应，被吸收的C02与溶液反应以 产生碳酸氢根离子：
[0022] C02+0『一HC0"
[0023] 碳酸氢盐浓度达到使得产物的溶解度超过溶解度值的水平，并且碳酸氢钠沉淀。 总体上，可以如下描绘反应：
[0024] Na2C03+C02+H 20 - 2NaHC03。
[0025] 然而，当在工业规模上应用时，这种方法中的问题之一是，其将起泡的0)2转化 的效率小于1〇〇%，因为一些C02不溶解或吸收并且因此从泡罩塔中排出。这可以被称为 C02 "脱离（slip)"。0)2转化的效率通常不超过50%。
[0026] 碳酸氢钾（KHC03)也是广泛使用的具有许多不同用途的碳酸氢盐产物。可以将其 用作灭火器成分，并且更具体的是有效用于B级（可燃液体和气体）和C级（电）类型的 火灾。在农业领域中，将其用作肥料。碳酸钾还可用于药品和食品领域。例如，将其用作抗 酸剂、电解质补充液和钾补充剂。101〇)3通常作为赋形剂存在于药物组合物中。如同碳酸氢 钠一样，101〇)3作为发酵剂用于食品中。它还可以在食品中充当护色保鲜剂。KHC03的可能 用途的其他实例包括，作为家用除臭剂、快速固化水泥中的促进剂、水性树脂系涂层和粘合 齐U中的添加剂、高温聚合物起泡剂、洗涤剂增洁剂、除冰剂，以及用于毛发和皮肤产品。
[0027] 碳酸氢铵（NH4HC03)是另一种碳酸氢盐产物，其作为烘焙产品的发酵剂用于食品 行业中。可以将其用作氮肥料，用于灭火化合物、药品、染料、或色素的生产。碳酸氢铵广泛 用于塑料和橡胶行业，用于陶瓷的制造，用于铬皮革鞣制，以及用于催化剂的合成。其也在 化学纯化，如HPLC，期间用于略微碱性pH的缓冲溶液。
[0028] 碳酸氢铯（CsHC03)是另一种目标碳酸氢盐产物。其主要用于化学合成。例如，将 其用作有机化学中的碱。其也用于制备其他铯化合物。
[0029] 在过去的数十年，已经开发了不同的用于C02捕获的方式。一种方法使用生物催 化剂以提高C02吸收。更具体地，US 6, 524, 843公开了利用含有酶碳酸酐酶的填充塔型生 物反应器的方法。在生物反应器中，气相的二氧化碳扩散至液相中并且固定化的碳酸酐酶 催化二氧化碳的水合，其根据下列方程式形成氢和碳酸氢根离子：
[0030] C〇2 + H2〇 HC〇3- + H+。
[0031] 用于使用碳酸酐酶从含C02气体中捕获C02的技术也已经包括通过加入金属阳离 子使离子沉淀。
[0032] 存在对以下技术的需求：克服用于制备碳酸氢盐化合物的已知技术的问题和挑战 中的一些的技术。例如，存在对以下方法的需求：用于制备碳酸氢盐化合物，如碳酸氢钠，其 中co2转化效率增加的方法。
[0033] 发明概述
[0034] 本发明通过提供一种用于使用C02制备碳酸氢盐化合物的方法对上述需求作出反 应，所述方法在酶的存在下增强。
[0035] 在一方面，本发明提供一种用于由相应的碳酸盐和C02制备碳酸氢盐化合物的酶 增强的方法。
[0036] 更具体地，本发明提供一种用于制备碳酸氢盐化合物的酶方法，其包括：
[0037] 使包含溶解碳酸盐的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载碳酸氢盐的流；
[0038] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢盐的流中分离；以及
[0039] 将所述负载碳酸氢盐的流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳 酸氢盐包含所述碳酸氢盐化合物。
[0040] 在一个任选的方面，所述方法制备稳定的碳酸氢盐化合物。
[0041] 在另一个任选的方面，所述碳酸盐是碳酸钠并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸 氢钠；或者所述碳酸盐是碳酸钾并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢钾；或者所述碳酸 盐是碳酸铯并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铯；或者所述碳酸盐是碳酸铵并且所制 备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铵。
[0042] 在另一个任选的方面，使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充塔或喷淋洗 涤塔中接触。在优选的实施方案中，使所述水溶液与所述含co2气体在泡罩塔中接触。
[0043] 在另一个任选的方面，所述含C02气体来源于电力和/或蒸汽工厂烟道气、工业废 气、或化工生产烟道气。在一个优选的实施方案中，所述含co2气体来源于来自燃煤发电和 /或蒸汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、 来自石灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
[0044] 在另一个任选的方面，所述含C02气体含有1至100% (v/v)的C02。在优选的实 施方案中，所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
[0045] 在另一个任选的方面，使所述水溶液与所述含0)2气体在范围为约20°C至约 l〇〇°C的温度下接触。
[0046] 在另一个任选的方面，使所述水溶液与所述含C02气体在范围为约1至约20巴的 C〇2分压下接触。
[0047] 在另一个任选的方面，在分离步骤之后，将所述碳酸酐酶或其类似物再循环至所 述使水溶液与含C02气体接触的步骤。
[0048] 在另一个任选的方面，所述分离和转化步骤包括使所述负载碳酸氢盐的流中的所 述碳酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而制备所述贫碳酸氢盐流作为 包含所述碳酸酐酶或其类似物的增稠器溢流和包含所述碳酸氢盐化合物的增稠器底流。在 一个优选的实施方案中，在水力旋流器或重力分离器中进行所述增稠。
[0049] 在另一个任选的方面，所述负载碳酸氢盐的流是当进行分离以移除所述碳酸酐酶 或其类似物时没有大量沉淀物的溶液。在一个优选的实施方案中，在过滤装置中进行所述 分离。在另一个优选的实施方案中，所述没有大量沉淀物的溶液是通过在对于所述碳酸氢 盐的溶解度足够的温度下提供该溶液而得到的。优选地，通过将所述负载碳酸氢盐的流加 热实现所述足够的温度。在所述碳酸酐酶或其类似物的分离之后，优选通过将所述溶液冷 却得到沉淀的碳酸氢盐。
[0050] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器中脱水以制备旋转干燥 流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢盐化合物。
[0051] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述碳酸氢盐化合物。
[0052] 在另一个任选的方面，所述方法还包括使所述碳酸氢盐沉淀从而避免在所述沉淀 的碳酸氢盐中大量夹带所述碳酸酐酶或其类似物。
[0053] 在另一个任选的方面，所述方法还包括使所述碳酸氢盐沉淀从而避免在所述沉淀 的碳酸氢盐中大量吸附所述碳酸酐酶或其类似物。
[0054] 本发明还提供一种用于制备碳酸氢盐化合物的综合方法，所述综合方法包括：
[0055] 使包含溶解碳酸盐的第一水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接 触以制备负载酶和碳酸氢盐的流；
[0056] 使包含溶解碳酸盐的第二溶液与含C02气体接触以制备负载碳酸氢盐的流；其中 所述第二溶液中的碳酸盐与所述第一水溶液中的碳酸盐相同；
[0057] 合并这两种流以制备包含碳酸酐酶或其类似物和碳酸氢盐的负载流；
[0058] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载流中分离；以及
[0059] 将所述负载流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳酸氢盐包含 所述碳酸氢盐化合物。
[0060] 在一个任选的方面，所述方法制备稳定的碳酸氢盐化合物。
[0061] 在另一个任选的方面，所述碳酸盐是碳酸钠并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸 氢钠；或者所述碳酸盐是碳酸钾并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢钾；或者所述碳酸 盐是碳酸铯并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铯；或者所述碳酸盐是碳酸铵并且所制 备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铵。
[0062] 在另一个任选的方面，使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充塔或喷淋洗 涤塔中接触。在一个优选的实施方案中，使所述水溶液与所述含co2气体在泡罩塔中接触。
[0063] 在另一个任选的方面，所述含C02气体来源于电力和/或蒸汽工厂烟道气、工业废 气、或化工生产烟道气。在一个优选的实施方案中，所述含co2气体来源于来自燃煤发电和 /或蒸汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、 来自石灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
[0064] 在另一个任选的方面，所述含C02气体含有1至100% (v/v)的C02。在一个优选 的实施方案中，所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
[0065] 在另一个任选的方面，在分离步骤之后，将所述碳酸酐酶再循环至所述使水溶液 与含co2气体接触的步骤。
[0066] 在另一个任选的方面，所述分离和转化步骤包括：使所述负载碳酸氢盐的流中的 所述碳酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而制备所述贫碳酸氢盐流作 为包含所述碳酸酐酶或其类似物的增稠器溢流和包含所述碳酸氢盐化合物的增稠器底流。 在一个实施方案中，在水力旋流器或重力分离器中进行所述增稠。
[0067] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述综合方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器中脱水以制备旋转干 燥流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢盐化合物。
[0068] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述综合方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述碳酸氢盐化合物。 [0069] 本发明还提供一种用于制备碳酸氢盐化合物的综合方法，所述综合方法包括：
[0070] 使包含溶解碳酸盐的第一水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接 触以制备负载酶和碳酸氢盐的流；
[0071] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢盐的流中分离；
[0072] 将所述负载碳酸氢盐的流与包含溶解碳酸盐的第二溶液合并，其中所述第二溶液 中的碳酸盐与所述第一溶液中的碳酸盐相同，以制备碳酸氢盐和碳酸盐水溶液；
[0073] 使所述碳酸氢盐和碳酸盐水溶液与含C02气体接触以制备第二负载碳酸氢盐的 流；
[0074] 将所述第二负载碳酸氢盐的流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀 的碳酸氢盐包含所述碳酸氢盐化合物。
[0075] 在一个任选的方面，所述方法制备稳定的碳酸氢盐化合物。
[0076] 在另一个任选的方面，所述碳酸盐是碳酸钠并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸 氢钠；或者所述碳酸盐是碳酸钾并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢钾；或者所述碳酸 盐是碳酸铯并且所制备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铯；或者所述碳酸盐是碳酸铵并且所制 备的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铵。
[0077] 在另一个任选的方面，使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充塔或喷淋洗 涤塔中接触。在一个优选的实施方案中，使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔中接触。
[0078] 在另一个任选的方面，所述含C02气体来源于电力和/或蒸汽工厂烟道气、工业废 气、或化工生产烟道气。在一个优选的实施方案中，所述含C02气体来源于来自燃煤发电和 /或蒸汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、 来自石灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
[0079] 在另一个任选的方面，所述含C02气体含有1至100% (v/v)的C02。在一个优选 的实施方案中，所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
[0080] 在另一个任选的方面，所述负载碳酸氢盐的流是当进行分离以移除所述碳酸酐酶 或其类似物时没有大量沉淀物的溶液。在一个优选的实施方案中，在过滤装置中进行所述 分离。
[0081] 在另一个任选的方面，在分离步骤之后，将所述碳酸酐酶或其类似物再循环至所 述使水溶液与含co2气体接触的步骤。
[0082] 在另一个任选的方面，所述转化步骤包括：使所述第二负载碳酸氢盐的流中的碳 酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而制备所述贫碳酸氢盐流作为增稠 器溢流和包含所述碳酸氢盐化合物的增稠器底流。在一个优选的实施方案中，在水力旋流 器或重力分离器中进行所述增稠。
[0083] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述综合方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器中脱水以制备旋转干 燥流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢盐化合物。
[0084] 在另一个任选的方面，将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料流的形式从所述贫碳酸氢 盐流中移除，并且所述方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述碳酸氢盐化合物。
[0085] 本发明还提供一种用于制备碳酸氢钠的酶方法，所述酶方法包括：
[0086] 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载碳酸氢钠的流；
[0087] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢钠的流中分离；以及
[0088] 将所述负载碳酸氢钠的流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
[0089] 此外，本发明提供一种用于制备碳酸氢钠的综合方法，所述综合方法包括：
[0090] 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载酶和碳酸氢钠的流；
[0091] 使包含溶解碳酸钠的第二溶液与含co2气体接触以制备负载碳酸氢钠的流；
[0092] 合并这两种流以制备包含碳酸酐酶或其类似物和碳酸氢钠的负载流；
[0093] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载流中分离；以及
[0094] 将所述负载流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
[0095] 本发明还提供一种用于制备碳酸氢钠的综合方法，所述综合方法包括：
[0096] 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载酶和碳酸氢钠的流；
[0097] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢钠的流中分离；
[0098] 将所述碳酸氢钠流与包含溶解碳酸钠的第二溶液合并以制备碳酸氢钠和碳酸钠 水溶液；
[0099] 使所述碳酸氢钠和碳酸钠水溶液与含C02气体接触以制备第二负载碳酸氢钠的 流；
[0100] 将所述第二负载碳酸氢钠的流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
[0101] 在另一方面，本发明提供一种用于由〇)2制备碳酸氢钠的酶增强的方法，其包括与 氨反应。
[0102] 更具体地，本发明提供一种用于制备碳酸氢钠的酶方法，所述酶方法包括：
[0103] 使包含溶解氨的水溶液与含co2气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备 负载酶和碳酸氢铵的流；
[0104] 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢铵的流中分离；以及
[0105] 将所述负载碳酸氢铵的流在氯化钠的存在下转化为沉淀的碳酸氢钠。
[0106] 在一个任选的方面，使所述水溶液与所述含co2气体在泡罩塔中接触。
[0107] 在另一个任选的方面，所述含co2气体来源于电力和/或蒸汽工厂烟道气、工业废 气、或化工生产烟道气。在一个优选的实施方案中，所述含co2气体来源于来自燃煤发电和 /或蒸汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、 来自石灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
[0108] 在另一个任选的方面，所述含C02气体含有1至100% (v/v)的C02。在一个优选 的实施方案中，所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
[0109] 在另一个任选的方面，在分离步骤之后，将所述碳酸酐酶或其类似物再循环至所 述使水溶液与含co2气体接触的步骤。
[0110] 在另一个任选的方面，所述方法还包括通过过滤分离沉淀的碳酸氢钠的步骤。所 述方法还有利地包括将沉淀的碳酸氢钠在旋转干燥器中脱水，并且还可以包括将碳酸氢钠 在闪蒸干燥器中干燥的步骤。
[0111] 尽管将会结合实例实施方案来描述本发明，应理解的是，并非意在将本发明的范 围限定于这些实施方案。相反，意在涵盖可以根据本说明书限定而包括的所有替换、修改和 等同物。经过阅读参照附图给出的下列本发明的非限制性描述，本发明的目的、优点和其它 特征将变得更加明显并且更好理解。
[0112] 附图简述
[0113] 在下列图中表示根据本发明的方法的实施方案。
[0114] 图1是本发明的实施方案的工艺图。
[0115] 图2是本发明的另一个实施方案的工艺图。
[0116] 图3是本发明的另外的实施方案的工艺图。
[0117] 图4是本发明的又一个实施方案的工艺图。
[0118] 图5是表示0. 3M碳酸钠系溶液中使用碳酸酐酶的C02传递（transfer)速率增加 的散点图。
[0119] 图6是表示在0. 5C02/mol Na+的负载量下的0. 3M Na2C03溶液中酶浓度和温度对 co2吸收速率增加的影响的散点图。
[0120] 优选实施方案的描述
[0121] 在本发明的一个方面，由相应的碳酸盐和C02制备碳酸氢盐化合物，其中碳酸氢盐 的制备在至少一种作为生物催化剂的酶的存在下增强。
[0122] 在一个实施方案中，所制备的碳酸氢盐化合物是稳定的碳酸氢盐化合物。例如，与 以溶液形式而不是以固态形式稳定的碳酸氢锂相反，根据本发明的"稳定的碳酸氢盐化合 物"是以固态形式稳定的碳酸氢盐化合物。以固态形式稳定的碳酸氢盐化合物的实例包括 碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铯或碳酸氢铵。在优选的实施方案中，本发明的方法制备碳酸 氢钠。
[0123] 为了阐明原因，参照图1-4做出的下列本发明的详细描述将涉及由碳酸钠制备碳 酸氢钠。然而，本发明还包括由相应的碳酸盐制备任何其他碳酸氢盐。例如，本发明还涉及 分别由碳酸钾、碳酸铯或碳酸铵制备碳酸氢钾、碳酸氢铯或碳酸氢铵。因此，在下列本发明 的方法的描述中，可以分别使用碳酸钾（K2co3)、碳酸铯（Cs2C0 3)或碳酸铵（(NH4)2C03)代替 碳酸钠（Na2C03)以制备碳酸氢钾（KHC03)、碳酸氢铯（CsHC0 3)或碳酸氢铵（NH4HC03)。
[0124] 图1示出了碳酸氢钠制备方法的一种实施方案10。通过在溶解单元12中将固 体Na2C03ll溶解在水中制备均匀的碳酸钠溶液。可以将酶加入至碳酸钠溶液中，或者在与 Na2C(V混合之前酶可以已经在水中。将这样得到的溶液14泵送至可以为泡罩塔的反应容器 16。可以通过在该方法期间在溶解单元12中加入水或固体Na2C03来调节溶液14中Na 2C03的浓度。此外，可以根据溶液14的温度和/或反应容器16中的反应温度来调节Na2C03的 浓度。优选地，Na2C03的浓度为至多对于范围为约20°C至约100°C的温度的溶解极限值。溶 液14从泡罩塔16的顶部流动至底部。在泡罩塔16的底部，含C02气体18经由含有碳酸钠 溶液和酶的泡罩塔起泡。含C02气体18可以含有1至100% (v/v)的C02。优选地，含C02气体18含有1至50% (v/v)之间的C02。随着气体18流经并接触溶液14，C02被吸收并且 气体中的C02浓度降低。贫C02气体20在泡罩塔16的顶部离开系统。
[0125] 在泡罩塔16中，C02被吸收并且根据反应1反应，并且还根据反应2反应，反应2 对应于由酶（碳酸酐酶或其类似物）催化的co2水合反应。
[0126] C〇2 + OH- ............................................HC03'反应 1
[0127] C〇2 + H20 HC03- + H+ 反应 2
[0128] 作为在塔中发生的两个反应的结果，与在反应介质中不存在碳酸酐酶和仅发生反 应1的情况相比，被溶液吸收的co2的分数或量增加。因此，碳酸酐酶的使用增强了 co2吸 收并且降低或消除了 C02脱离。此外，归因于在泡罩塔中发生反应1和2二者的事实，在溶 液中得到了更高的碳酸氢根离子浓度。因为溶液还含有来自水中碳酸钠的解离的钠离子， 也得到了更高浓度的碳酸氢钠。
[0129] 在一个实施方案中，反应容器16是泡罩塔。在其他实施方案中，反应容器可以是 直接接触型反应器如填充塔或喷淋洗涤塔。
[0130] 在其中反应容器16是填充塔的情况下，可以确定其尺寸，对其进行配置和运行以 使质量传递和反应速率足以降低或消除C02脱离，其归因于C02水合的酶加速。可以维持填 充塔的状态以避免在反应容器本身中沉淀。
[0131] 在反应容器16中进行C02吸收的温度的范围可以是约20°C至约100°C，或约20°C 至90°C。C02分压的范围可以是约1至约20巴，或约1至约10巴。含C02气体18可以来 自多种来源。在一方面，含C02气体18是排放气体如电力和/或蒸汽工厂烟道气、工业废 气、或化工生产烟道气。其可以是未净化的来自燃煤发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自燃 气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产（例如氧化铝和钢生产）的烟道气、来自石 灰窑的排放物等。可以将这些烟道气预处理从而移除某些不希望的组分如N0x、S0x等。在 另一个任选的方面，含C02气体18包括来自碳酸氢盐单元或来自苏打灰工厂的排放气体。 值得注意的是，纯C02气体也可以用于本方法中。
[0132] 如在图1中所示，可以是浆料的负载离子的流22在其底部离开泡罩塔16。之后 将含有溶液形式的和作为固体粒子的碳酸氢钠的浆料22和酶进料至增稠器24,如水力旋 流器或重力分离器，以分离含有酶的水溶液并且增加浆料中的固体粒子浓度。在增稠器的 出口处的固体粒子浓度的范围可以是约60至约95% (w/w)。之后将离开增稠器24的包含 酶的水溶液26泵送至在其中可以按需加入淡水29的水槽或储蓄器28。可以将储蓄器28 中的仍然含有酶的水溶液30再循环至用于制备将要在泡罩塔中使用的碳酸钠溶液14的溶 解单元12。可以在溶解单元12中或者在储蓄器28下游的另一个储蓄器（未在图中表示） 中调节酶浓度。此外，可以在进入溶解单元12之前按需调节水溶液30的温度。
[0133] 之后将离开增稠器24的浆料32输送至用于进一步脱水的旋转干燥器34。脱水之 后的固体的百分比可以是约95至约99% (w/w)。将离开旋转干燥器的液体级分38泵送至 储蓄器28。在优选的实施方案中，将液体级分38在输送至储蓄器28之前与离开增稠器的 水溶液26混合。之后将离开旋转干燥器的碳酸氢钠的潮湿固体级分40输送至闪蒸干燥器 42以完成粒子的干燥直到达到目标水含量。优选地，将离开闪蒸干燥器42的固体在运送至 可以将其储存在其中的贮仓82之前进一步输送至旋风分离器80。可以通过过滤器88过 滤离开旋风分离器80的溢流。还可以将储存在贮仓82中的碳酸氢钠输送至运输贮仓84。 由此，可以制备数袋86的碳酸氢钠以配送至客户。
[0134] 总体而言，该方法利用酶作为生物催化剂用于增强利用C02和碳酸钠的碳酸氢钠 制备。如前面提到的，生物催化剂可以是至少一种酶如碳酸酐酶或其类似物。碳酸酐酶可以 来自人、细菌、真菌或其他生物体来源，具有热稳定性或其他稳定性，只要碳酸酐酶或其类 似物可以催化二氧化碳的水合以形成氢和碳酸氢盐（参见以上反应2)即可。还应该指出的 是，如在本文中所使用的"碳酸酐酶或其类似物"包括自然存在的、修饰的、重组的和/或合 成的酶，其包括化学修饰的酶、酶聚集体、交联酶、酶粒子、酶-聚合物复合物、多肽片段、酶 样化学物质如模拟碳酸酐酶活性位点的小分子、以及酶碳酸酐酶的任何其他功能类似物。
[0135] 酶碳酸酐酶可以具有至多约100, 000道尔顿的分子量。在另一个实施方案中，碳 酸酐酶可以具有相对低的分子量（例如30, 000道尔顿）。
[0136] 可以以多种方式设置碳酸酐酶或其类似物。其可以负载在随溶液流动的粒子上 或粒子中，与粒子的表面直接结合，包埋在多孔载体材料基质内部或固定于多孔载体材料 基质，包埋在多孔涂层材料内部或固定于多孔涂层材料，所述多孔涂层材料设置在本身为 多孔的或非多孔的载体粒子周围；或者其作为交联的酶聚集体（CLEA)或交联的酶晶体 (CLEC)存在。酶可以设置为固定在反应器本身内，或者可以是在溶液中游离的。
[0137] 图2示出了本发明的方法的另一个实施方案。在这个实施方案中，该方法具有上 游酶系统以及用于制备碳酸氢钠的可以不使用生物催化剂的下游系统。如在2中看到的， 制备含有碳酸酐酶14的Na2C03水溶液并且之后将其进料至第一泡罩塔16。使溶液14从泡 罩塔的顶部流动至底部，而含C02气体18同时经由泡罩塔从其底部起泡。随着气体18流经 溶液14, C02根据上述反应1和2被吸收。之后，气体中的C02浓度降低而溶液中的碳酸氢 根离子浓度增加。在这个具体的实施方案中，调节吸收条件以使得碳酸氢盐浓度足够低以 避免任何碳酸氢钠沉淀。例如，通过控制溶液中碳酸氢根离子的浓度和/或反应温度来避 免碳酸氢钠沉淀。在这个具体的实施方案中，离开反应器的流22不含有任何固体粒子并且 是均匀的溶液。这与根据如以上解释的该方法的第一实施方案的离开反应器的浆料22不 同，浆料22含有溶液形式的和作为固体粒子的碳酸氢钠。
[0138] 之后，贫C02气体20在泡罩塔的顶部离开系统，并且将含有酶22的碳酸氢钠溶液 泵送至分离器44。分离器44将酶从溶液22中移除，并且将富含酶的溶液送回至泡罩塔。 分离器可以包括过滤装置，例如膜过滤。之后将离开分离器并且在溶液中含有碳酸氢钠的 不含酶的溶液46泵送至溶解单元12,在那里将额外的固体Na2C03ll溶解于溶液中。在溶 液中含有碳酸钠和碳酸氢钠二者的溶液48离开溶解单元12,并且之后将其进料至反应容 器16'，例如泡罩塔，在那里其与含C02气体18'接触。含C02气体18'可以来自与含C0 2气体18相同的来源，或者来自不同的来源。在反应器16'中，发生上述反应1并且碳酸氢 根离子浓度增加。贫〇)2气体20'在泡罩塔16'的顶部离开。之后将离开泡罩塔的含有溶 液形式的和作为固体粒子的碳酸氢钠的浆料50泵送至增稠器24,以移除泵送至储蓄器28 的过量的水。之后将离开增稠器的浆料52进料至旋转干燥器34,在那里将其脱水直到其达 到约2% (w/w)的水含量。之后将离开旋转干燥器的潮湿固体54输送至闪蒸干燥器42以 完成粒子的干燥，同时将主要含水的溶液56输送至储蓄器28。在该方法中可以再循环储 蓄器中的溶液，并且更具体地，再循环至溶解单元12。在优选的实施方案中，将离开储蓄器 28的水在到达溶解单元12之前与离开分离器44的碳酸氢钠溶液46混合。如以上针对该 方法的第一实施方案所解释的，还可以将离开闪蒸干燥器的固体在运送至可以将其储存在 其中的贮仓之前输送至旋风分离器或者进一步输送至运输贮仓。由此，可以制备数袋碳酸 氢钠以配送至客户。
[0139] 值得一提的是，在这个具体的实施方案中，如在图2中所示，储蓄器28主要含水。 这与图1中所示的其中储蓄器28中的水溶液还包含酶的第一实施方案不同。在图2的方 法中，酶被"限定"于该方法的上游部分中。
[0140] 图3表示该方法的另一个实施方案。尽管图3中所示的总体方法将本发明的方法 与如在图2中的用于制备碳酸氢钠的不使用生物催化剂的系统结合，然而它与图2的方法 的不同在于，酶系统与不使用生物催化剂的系统并联运行。在图2的方法中，两个系统是串 联的。
[0141] 在图3的这个实施方案中，酶首先存在于碳酸钠溶液中并且将得到的溶液14进料 至泡罩塔16。将含C02气体18输送至泡罩塔并使其流经含有酶的溶液14,并且根据反应1 和2吸收C02。调节条件以使得将碳酸氢盐浓度水平维持为足够低以避免碳酸氢钠的沉淀。 贫C02气体20在泡罩塔的顶部离开。并行地，将已经在溶解单元12中制备的碳酸钠的溶 液58进料至在其中其与含C02气体18'接触的第二泡罩塔16'。根据反应1将C02吸收 至溶液58中并且碳酸氢根离子浓度增加。之后将离开泡罩塔16'的含有溶液形式的和作 为固体粒子的碳酸氢钠的浆料60与在第一泡罩塔16中得到的含有酶和碳酸氢钠的均匀溶 液22混合。之后将合并的浆料62泵送至增稠器24以分离含有酶的水溶液并且增加浆料 中的固体粒子浓度。由此，下列步骤与图1中表示的方法的步骤相似。将离开增稠器的包 括酶64的水溶液泵送至水槽或储蓄器28。之后将离开增稠器的浆料68输送至用于进一步 脱水的旋转干燥器34。将离开旋转干燥器的液体级分66泵送至储蓄器28。在优选的实施 方案中，将液体级分66在输送至水槽28之前与离开增稠器的水溶液64混合。之后将离开 旋转干燥器的碳酸氢钠的潮湿固体级分70输送至闪蒸干燥器42以完成粒子的干燥直到达 到目标水含量。优选地，将离开闪蒸干燥器的固体在运送至可以将其储存在其中的贮仓之 前进一步输送至旋风分离器或者进一步输送至运输贮仓。由此，可以制备数袋碳酸氢钠以 配送至客户。再循环含有酶的水溶液以形成进料至酶反应容器16的溶液14的一部分。
[0142] 图4表示该方法的另外的实施方案。在这个实施方案中，通过在溶解单元12中 将酶13和碳酸钠11溶解在水中制备均匀的水溶液14。之后将水溶液14进料至反应容器 16,即泡罩塔。将含C02气体18输送至泡罩塔并使其流经含有酶的溶液14,并且根据反应 1和2吸收C02。离开泡罩塔的流22之后通过在其中将流加热以避免固体粒子沉淀的换热 器90。之后将离开换热器90的含有酶的溶液输送至分离器92,如过滤装置，以将酶移除。 将从分离器92回收的富含酶的流93再循环至溶解单元12。将离开分离器的不含酶的碳 酸氢钠溶液94输送至在其中将其冷却以允许碳酸氢钠沉淀的换热器96。之后将这样得到 的浆料98泵送至增稠器24以增加浆料中的固体粒子浓度。之后将离开增稠器24的消耗 了碳酸氢钠的水流100再循环至溶解单元12。之后以与上述相同的方式进行由离开增稠 器的浆料制备固体碳酸氢钠。可以将离开增稠器的浆料输送至用于进一步脱水的旋转干燥 器，并且可以将得到的潮湿固体级分进一步输送至闪蒸干燥器以完成粒子的干燥直到达到 目标水含量。优选地，将离开闪蒸干燥器的固体在运送至可以将其储存在其中的贮仓之前 进一步输送至旋风分离器或者进一步输送至运输贮仓。由此，可以制备数袋碳酸氢钠以配 送至客户。
[0143] 在本发明的另一方面，根据包括氨与C02之间的由酶碳酸酐酶催化的反应的方法 制备碳酸氢钠。
[0144] 在这个具体方法的第一步中，C02被氨（NH3)系溶液吸收，从而根据如下反应3在 水溶液中形成碳酸氢铵[nh4+ ;HC031 :
[0145] C02+H20+NH3 - NH4HC03 反应 3。
[0146] 溶液中碳酸氢铵的形成涉及气态C02水合为碳酸氢根离子（HCCV)与氢离子（H+)， 所述水合可以由酶碳酸酐酶催化。因此在水溶液中反应3可以如下记录：
[0147] HC03>H++NH3 - NH4++HC03'
[0148] 在该方法的第二步中，碳酸氢铵与NaCl如下反应形成碳酸氢钠：
[0149] NH4HC03+NaCl - NaHC03+NH4Cl。
[0150] 在该方法的实施方案中，首先将包含酶的氨吸收溶液进料至在其中其与含C02气 体接触的反应容器。co2溶解至吸收溶液中，并且在酶的存在下催化溶解的co2水合成为碳 酸氢根离子与氢离子。贫co2气体在其顶部离开泡罩塔，而包含碳酸氢根离子和铵离子的 富含离子的溶液在其底部离开泡罩塔。在优选的实施方案中，在使富含离子的溶液与NaCl 反应制备碳酸氢钠之前，将酶从包含碳酸氢根离子和铵离子的富含离子的溶液中分离。碳 酸氢钠作为固体出现，因为其在氯化铵溶液不可溶，并且可以通过过滤将其从溶液中分离。 由此，可以将固体进一步输送至闪蒸干燥器以完成粒子的干燥直到达到目标水含量。优选 地，将离开闪蒸干燥器的固体在运送至可以将其储存在其中的贮仓之前进一步输送至旋风 分离器或者进一步输送至运输贮仓。由此，可以制备数袋碳酸氢钠以配送至客户。
[0151] 在这个最后的方法的另一个实施方案中，将通过过滤得到的碳酸氢钠加热以形成 碳酸钠（Na2C03)。例如，在煅烧炉中在约160-230°C进行加热。可以将通过加热碳酸氢钠释 放的C02再循环回到该方法。 实施例
[0152] 实施例1 :在具有从0? 5至lmol C02/mol Na+的不同C02负载量的0? 3M Na2C03中 酶的影响
[0153] 通过在搅拌池反应器中在25°C下进行实验确定碳酸酐酶的影响。将从0至l，6g/ L的不同浓度酶加入至500mL的具有范围为0. 5至lmol C02/mol Na+的C02负载量的0. 3M Na2C03(0. 5的负载量对应于Na2C03溶液并且1的负载量对应于NaHC03溶液，中间负载量对 应于碳酸钠/碳酸氢盐溶液的混合物）。所使用的酶由Codexis inc.提供。在向溶液施加 真空之后，将纯C02注入至反应器中达到包括在30和300毫巴之间的初始压力。之后随时 间监测C02压力。根据这些数据，针对利用和不利用酶的系统计算与90%的C02压力下降相 对应的平均C02传递（吸收）速率（对于lmol/mol的C02负载量来说，压力下降为56% )。 通过使利用酶的C02传递速率除以不利用酶的C02传递速率，计算C02传递速率的增加。
[0154] 结果在图5中报告。这些结果显示，向溶液加入碳酸酐酶增加了 C02吸收速率，并 且该增加与溶液中的酶浓度相关。此外，可以观察到，该增加还与co2负载量值相关。
[0155] 实施例2 :在0? 5mol C02/mol Na+的C02负载量下的0? 3M Na2C03中酶浓度和温度 对co2吸收速率的影响
[0156] 通过在搅拌池反应器中在25、40和60°C下进行实验确定碳酸酐酶浓度和溶液温 度的影响。将从〇至2. 4g/L的不同浓度酶加入至500mL的具有0. 5mol C02/mol Na+的负 载量的0. 3M Na2C03。酶由Codexis inc提供。在向溶液施加真空之后，将纯0)2注入至反 应器中达到包括在30和300毫巴之间的初始压力。之后随时间监测C02压力。根据这些数 据，针对利用和不利用酶的系统计算与90%的C02压力下降相对应的平均C02传递（吸收） 速率。通过使利用酶的C02传递速率除以不利用酶的C02传递速率，计算C02传递速率的增 加。
[0157] 结果在图6中报告。这些结果显示，酶浓度和温度对C02吸收速率具有影响。如 前面提到的，酶浓度的增加引起co2吸收速率的增加。就温度而言，酶的影响在较低的温度 下较高，在这种情况下对co2吸收的溶剂影响较小。
[0158] 实施例3 :在具有0? 5和0? 6mol C02/mol K+的C02负载量的1. 45M K2C03中酶的 影响
[0159] 通过在搅拌池反应器中在25°C下进行实验确定碳酸酐酶的影响。将0. 2g/L浓度 的酶加入至l〇〇mL的具有0. 5或0. 6C02/mol K+的负载量的145M K2C03(0. 5的负载量对应 于1(20)3溶液并且0.6的负载量对应于碳酸钾/碳酸氢钾的混合物）。酶由Codexis inc提 供。在向溶液施加真空之后，将纯C02注入至反应器中达到1000毫巴的初始压力。之后随 时间监测C02压力。根据这些数据，针对利用和不利用酶的系统计算与90 %的C02压力下 降相对应的平均C02传递（吸收）速率。通过使利用酶的C02传递速率除以不利用酶的C0 2传递速率，计算〇)2传递速率的增加。结果在下表中示出。
[0160]
【权利要求】
1. 一种用于制备碳酸氢盐化合物的酶方法，所述酶方法包括： 使包含溶解碳酸盐的水溶液与含co2气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备 负载碳酸氢盐的流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢盐的流中分离；以及 将所述负载碳酸氢盐的流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳酸氢 盐包含所述碳酸氢盐化合物。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充塔 或喷淋洗涤塔中接触。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔中接触。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述含C02气体来源于电力和/或 蒸汽工厂烟道气、工业废气、或化工生产烟道气。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述含C02气体来源于来自燃煤发电和/或蒸汽 电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、来自石灰 窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述含C02气体含有1至100% (v/ v)的 C02。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在 范围为约20°C至约100°C的温度下接触。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在 范围为约1至约20巴的C0 2分压下接触。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在分离之后，将所述碳酸酐酶或其 类似物再循环至所述使水溶液与含C02气体接触的步骤。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述分离和转化步骤包括：使所 述负载碳酸氢盐的流中的所述碳酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而 制备所述贫碳酸氢盐流作为包含所述碳酸酐酶或其类似物的增稠器溢流和包含所述碳酸 氢盐化合物的增稠器底流。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中在水力旋流器或重力分离器中进行所述增稠。
13. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述负载碳酸氢盐的流是当进行 分离以移除所述碳酸酐酶或其类似物时没有大量沉淀物的溶液。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中在过滤装置中进行所述分离。
15. 根据权利要求13或14所述的方法，其中所述没有大量沉淀物的溶液是通过在对于 所述碳酸氢盐的溶解度足够的温度下提供该溶液而得到的。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中通过将所述负载碳酸氢盐的流加热实现所述足 够的温度。
17. 根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中在所述碳酸酐酶或其类似物的分 离之后，通过将所述溶液冷却得到沉淀的碳酸氢盐。
18. 根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器 中脱水以制备旋转干燥流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢 盐化合物。
19. 根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述 碳酸氢盐化合物。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的方法，所述方法还包括使所述碳酸氢盐沉淀 从而避免在所述沉淀的碳酸氢盐中大量夹带所述碳酸酐酶或其类似物。
21. 根据权利要求1至20中任一项所述的方法，所述方法还包括使所述碳酸氢盐沉淀 从而避免在所述沉淀的碳酸氢盐中大量吸附所述碳酸酐酶或其类似物。
22. -种用于制备碳酸氢盐化合物的综合方法，所述综合方法包括： 使包含溶解碳酸盐的第一水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载酶和碳酸氢盐的流； 使包含溶解碳酸盐的第二溶液与含C02气体接触以制备负载碳酸氢盐的流；其中所述 第二溶液中的碳酸盐与所述第一水溶液中的碳酸盐相同； 合并这两种流以制备包含碳酸酐酶或其类似物和碳酸氢盐的负载流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载流中分离；以及 将所述负载流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳酸氢盐包含所述 碳酸氢盐化合物。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充 塔或喷淋洗涤塔中接触。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔中接 触。
25. 根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述含C02气体来源于电力和/ 或蒸汽工厂烟道气、工业废气、或化工生产烟道气。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中所述含C02气体来源于来自燃煤发电和/或蒸 汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、来自石 灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
27. 根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其中所述含C02气体含有1至100% (v/v)的 C02。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
29. 根据权利要求22至28中任一项所述的方法，其中在分离之后，将所述碳酸酐酶再 循环至所述使水溶液与含C02气体接触的步骤。
30. 根据权利要求22至29中任一项所述的方法，其中所述分离和转化步骤包括：使所 述负载碳酸氢盐的流中的所述碳酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而 制备所述贫碳酸氢盐流作为包含所述碳酸酐酶或其类似物的增稠器溢流和包含所述碳酸 氢盐化合物的增稠器底流。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中在水力旋流器或重力分离器中进行所述增稠。
32. 根据权利要求22至31中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器 中脱水以制备旋转干燥流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢 盐化合物。
33. 根据权利要求22至31中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述 碳酸氢盐化合物。
34. -种用于制备碳酸氢盐化合物的综合方法，所述综合方法包括： 使包含溶解碳酸盐的第一水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以 制备负载酶和碳酸氢盐的流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢盐的流中分离； 将所述负载碳酸氢盐的流与包含溶解碳酸盐的第二溶液合并，其中所述第二溶液中的 碳酸盐与所述第一溶液中的碳酸盐相同，以制备碳酸氢盐和碳酸盐水溶液； 使所述碳酸氢盐和碳酸盐水溶液与含C02气体接触以制备第二负载碳酸氢盐的流； 将所述第二负载碳酸氢盐的流转化为沉淀的碳酸氢盐和贫碳酸氢盐流，所述沉淀的碳 酸氢盐包含所述碳酸氢盐化合物。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔、填充 塔或喷淋洗涤塔中接触。
36. 根据权利要求35所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔中接 触。
37. 根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其中所述含C02气体来源于电力和/ 或蒸汽工厂烟道气、工业废气、或化工生产烟道气。
38. 根据权利要求34所述的方法，其中所述含C02气体来源于来自燃煤发电和/或蒸 汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、来自石 灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
39. 根据权利要求34至38中任一项所述的方法，其中所述含C02气体含有1至100% (v/v)的 C02。
40. 根据权利要求39所述的方法，其中所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
41. 根据权利要求34至40中任一项所述的方法，其中所述负载碳酸氢盐的流是当进行 分离以移除所述碳酸酐酶或其类似物时没有大量沉淀物的溶液。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中在过滤装置中进行所述分离。
43. 根据权利要求34至42中任一项所述的方法，其中在分离之后，将所述碳酸酐酶或 其类似物再循环至所述使水溶液与含C02气体接触的步骤。
44. 根据权利要求34至43中任一项所述的方法，其中所述转化步骤包括：使所述第二 负载碳酸氢盐的流中的碳酸氢盐沉淀并且对所述负载碳酸氢盐的流进行增稠，从而制备所 述贫碳酸氢盐流作为增稠器溢流和包含所述碳酸氢盐化合物的增稠器底流。
45. 根据权利要求44所述的方法，其中在水力旋流器或重力分离器中进行所述增稠。
46. 根据权利要求34至45中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括将所述稠浆料流在旋转干燥器 中脱水以制备旋转干燥流，并且将所述旋转干燥流在闪蒸干燥器中干燥以制备所述碳酸氢 盐化合物。
47. 根据权利要求34至45中任一项所述的方法，其中将所述沉淀的碳酸氢盐以稠浆料 流的形式从所述贫碳酸氢盐流中移除，并且所述方法还包括干燥所述稠浆料流以制备所述 碳酸氢盐化合物。
48. 根据权利要求1至47中任一项所述的方法，其中所述碳酸氢盐化合物是稳定的碳 酸氢盐化合物。
49. 根据权利要求1至48中任一项所述的方法，其中所述碳酸盐是碳酸钠并且所制备 的碳酸氢盐化合物是碳酸氢钠。
50. 根据权利要求1至48中任一项所述的方法，其中所述碳酸盐是碳酸钾并且所制备 的碳酸氢盐化合物是碳酸氢钾。
51. 根据权利要求1至48中任一项所述的方法，其中所述碳酸盐是碳酸铯并且所制备 的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铯。
52. 根据权利要求1至48中任一项所述的方法，其中所述碳酸盐是碳酸铵并且所制备 的碳酸氢盐化合物是碳酸氢铵。
53. -种用于制备碳酸氢钠的酶方法，所述酶方法包括： 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备 负载碳酸氢钠的流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢钠的流中分离；以及 将所述负载碳酸氢钠的流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
54. -种用于制备碳酸氢钠的综合方法，所述综合方法包括： 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备 负载酶和碳酸氢钠的流； 使包含溶解碳酸钠的第二溶液与含C02气体接触以制备负载碳酸氢钠的流； 合并这两种流以制备包含碳酸酐酶或其类似物和碳酸氢钠的负载流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载流中分离；以及 将所述负载流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
55. -种用于制备碳酸氢钠的综合方法，所述综合方法包括： 使包含溶解碳酸钠的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备 负载酶和碳酸氢钠的流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢钠的流中分离； 将所述碳酸氢钠流与包含溶解碳酸钠的第二溶液合并以制备碳酸氢钠和碳酸钠水溶 液； 使所述碳酸氢钠和碳酸钠水溶液与含co2气体接触以制备第二负载碳酸氢钠的流； 将所述第二负载碳酸氢钠的流转化为沉淀的碳酸氢钠和贫碳酸氢盐流。
56. -种用于制备碳酸氢钠的酶方法，所述酶方法包括： 使包含溶解氨的水溶液与含C02气体在碳酸酐酶或其类似物的存在下接触以制备负载 酶和碳酸氢铵的流； 将所述碳酸酐酶或其类似物从所述负载碳酸氢铵的流中分离；以及 将所述负载碳酸氢铵的流在氯化钠的存在下转化为沉淀的碳酸氢钠。
57. 根据权利要求56所述的方法，其中使所述水溶液与所述含C02气体在泡罩塔中接 触。
58. 根据权利要求56或57所述的方法，其中所述含C02气体来源于电力和/或蒸汽工 厂烟道气、工业废气、或化工生产烟道气。
59. 根据权利要求58所述的方法，其中所述含C02气体来源于来自燃煤发电和/或蒸 汽电站的烟道气、来自燃气发电和/或蒸汽电站的烟道气、来自金属生产的烟道气、来自石 灰窑的排放物、来自碳酸氢盐单元的烟道气或来自苏打灰工厂的烟道气。
60. 根据权利要求56至59中任一项所述的方法，其中所述含C02气体含有1至100% (v/v)的 C02。
61. 根据权利要求60所述的方法，其中所述气体含有1至50% (v/v)之间的C02。
62. 根据权利要求56至61中任一项所述的方法，其中在分离之后，将所述碳酸酐酶或 其类似物再循环至所述使水溶液与含C02气体接触的步骤。
63. 根据权利要求56至62中任一项所述的方法，所述方法还包括通过过滤分离沉淀的 碳酸氢钠的步骤。
64. 根据权利要求63所述的方法，所述方法还包括将沉淀的碳酸氢钠在旋转干燥器中 脱水。
65. 根据权利要求64所述的方法，所述方法还包括将碳酸氢钠在闪蒸干燥器中干燥。
【文档编号】C01D7/10GK104302774SQ201380024673
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】海尔特·弗雷德里克·沃斯蒂格 申请人:二氧化碳处理公司