二氧化碳的綜合利用

1、二氧化碳綜合利用 1前言氣體產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，主要用于冶金、鋼鐵、石油、 化工、電子、玻璃、建材、建筑、食品、機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域，具有重要的戰(zhàn) 略地位。國(guó)外一般與供電、供水一樣，作為投資環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施，列為公用 事業(yè)行業(yè)。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)，是工業(yè)的“血液”。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的氣體行業(yè)發(fā)展迅速，氣體產(chǎn) 品市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，氣體工業(yè)年增長(zhǎng)率達(dá)12%。目前全國(guó)氣體產(chǎn)品市場(chǎng)年銷 售額約為250億元，到2002年將達(dá)到280億元。氣體行業(yè)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用 以及大型先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，使國(guó)內(nèi)很多大型機(jī)組達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；變壓 吸附氣體分離技術(shù)、膜分離技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用，充分體

2、現(xiàn)了我國(guó)工業(yè)氣體 行業(yè)正逐步走向成熟。CO2化學(xué)自20世紀(jì)80年代以來(lái)已引起世界各國(guó)特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的 普遍關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）燃燒排放到 大氣中的CO2量達(dá)到185242億噸/年，而其利用尚/不足1億噸/年。 CO2的大量排放，不僅造成資源嚴(yán)擔(dān)浪費(fèi)，而且作為一種主要的溫室效應(yīng) 氣體，引起的環(huán)境公害舉世矚目，美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)都研究制定了隊(duì)排放制 度，日本則加快了 CO2綜合利用方面的研究，計(jì)劃用10a時(shí)間建立起以CO2 為化工原料的獨(dú)立工業(yè)體系。我國(guó)隨著工業(yè)發(fā)展，CO2的排放量也在逐步 上升，1986年已達(dá)532.3 x 106t，占世界排放量的10%，排在第

3、三位，因此加快CO2的研究已顯得日益必要和迫切。2二氧化碳的用途CO2在常溫常壓下是無(wú)色無(wú)臭的氣體。由于它在常溫下加壓即可液化或 固化，安全無(wú)毒，使用方便，因此用量逐年增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。早在 19世紀(jì)30年代，國(guó)我就開始將CO2用于合成有機(jī)化合物、滅火、致冷、金 屬保護(hù)焊接、制造充氣飲料、滅菌等。2.1 CO2在化工合成上的應(yīng)用CO2除了成熟的化工利用（例如合成尿素、生產(chǎn)碳酸鹽、阿 司匹林、制取脂肪酸和水楊 酸及其衍生物等）以外，現(xiàn) 在又研究成功了許多新的工藝方法，例如合成甲酸及其衍生物，合成天然氣、 乙烯、丙烯等低級(jí)烴類，合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、丙酯及芳烴的 烷基化，合成高分子

4、單體及進(jìn)行二元或三元共聚，制成了一系列高分子材料 等，另外，利用CO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)藥作殺蟲劑，也在研究之中。2.2 CO2在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用作為一種廉價(jià)的原料，CO2可用于蔬菜、瓜果的保鮮貯藏。目前，CO2 氣調(diào)冷藏已在歐美、日本、澳大利亞等國(guó)家用于蘋果、梨、柑桔和一些熱帶 水果的貯藏。CO2也能用于糧食的貯 藏，它比通常所用的蒸蒸劑效果更好。 把CO2引入蔬菜溫室，能增加蔬菜的生長(zhǎng)速度，縮短其生長(zhǎng)周期，提高溫室 的經(jīng)濟(jì)效益。用飛機(jī)將于冰撒入云層施行人工降雨，能解決久旱無(wú)雨，莊稼 失收的問(wèn)題。2.3 CO2在一般工業(yè)上的應(yīng)用CO2是很好的致冷劑。它不僅冷卻速度快，操作性能好，不浸濕產(chǎn)品，不會(huì)造成二

5、次污染，而且投資少，人力省。利用CO2保護(hù)電弧焊接，既可 避免金屬表面氧化，又可使焊接速 度提高9倍。最近美國(guó)制成了不受煙、砂 石和煙霧妨礙，能夠正確測(cè)定距離的CO2激光測(cè)距 器。CO2在石油工業(yè)上 的應(yīng)用已較成熟。這首先體現(xiàn)在提高石油的采油率上。CO2作為油田注入劑， 可有效地驅(qū)油。另外，CO2用作油田洗井用劑，效果也十分理想。目前，地 熱資源是能源開發(fā)的重大課題。低溫和較低溫區(qū)的地下熱水最多，而且沒(méi)有 得到充分利用，其最大難 題是利用地下熱水發(fā)電時(shí)的工作介質(zhì)不理想，國(guó)際 上用氟里昂和異丁烷所進(jìn)行的試驗(yàn)都證明沒(méi)有希望。然而，用CO2作工作 介質(zhì)，利用較低溫地下熱水資源來(lái)發(fā)電，已在羅馬尼亞研究

6、成功，并轉(zhuǎn)入國(guó) 家發(fā)電網(wǎng)。2.4 CO2用于超臨界萃取超臨界CO2流體，由于具有與液體相近的密度，而粘度只有液體的l%， 擴(kuò)散系數(shù)是液體的100倍，所以它的萃取能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)有機(jī)溶劑。更為理 想的是控制條件就可定向分離選定的組分，可在常溫和較低壓力下工作，沒(méi) 有毒性和發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，使用時(shí)不但有很好的工作性能，而且可有效地浸 出高沸點(diǎn)、高粘度、熱敏性物質(zhì)。超臨界CO2萃取同前已在大規(guī)模 生產(chǎn)裝 置中獲得應(yīng)用的有：從酒花中提取有效成分；從咖啡中脫除咖啡因；從石油 殘?jiān)椭谢厥崭鞣N油品；從油料種子中萃取油脂等。3生產(chǎn)方法目前常見(jiàn)的富CO2氣源有變換氣，油田伴生氣、食品發(fā)酵氣、石灰窖氣、 高爐氣、轉(zhuǎn)爐氣，煙道氣、甲醇裂解氣等（見(jiàn)附表所示），含CO2氣源中 通常都含有硫化物、氮氧化物、H20、烴類等雜質(zhì)。用作飲料添加劑或化工 合成原