黃瑋

【摘 要】本文對(duì)CO2的回收和應(yīng)用做了較詳細(xì)的介紹。并分別介紹了回收與應(yīng)用的常規(guī)方法現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)外的部分先進(jìn)工藝技術(shù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】CO2；回收；應(yīng)用

一、CO2綜合利用的必要性

隨著工業(yè)發(fā)展，我國(guó)CO2的排放量也在逐年上升。隨著國(guó)際碳排放貿(mào)易（JT）和清潔開(kāi)發(fā)機(jī)制（CDM）在發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)施，溫室氣體排放的生產(chǎn)元素逐步由發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)在國(guó)外獲取溫室氣體減排抵消額的規(guī)模不斷加大，速度也不斷加快，我國(guó)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家碳排放貿(mào)易交易的主要對(duì)象，而我國(guó)在2012年以后已經(jīng)開(kāi)始旅行高比例的溫室氣體減排義務(wù)，談貿(mào)易的逐步深入、溫室氣體減排措施的缺乏和國(guó)內(nèi)不斷藏家的溫室氣體排放量的矛盾日趨明顯，加快CO2的利用研究已顯得日益必要和迫切。

目前，我國(guó)CO2的年排放量已超過(guò)30億噸，占世界排放量的10%以上，居世界第二位[1]。搞好CO2的綜合利用，對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境保護(hù)型社會(huì)、環(huán)節(jié)資源短缺矛盾和環(huán)境壓力、促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展具有重要意義。

二、回收技術(shù)的發(fā)展

國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在50年代就已對(duì)CO2的回收進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家已對(duì)合成氨廠、石油化工廠、天然氣回收廠、高爐煉鋼廠、酒廠等各行業(yè)生產(chǎn)中的CO2進(jìn)行了回收利用，采取的技術(shù)主要有溶劑回收法、變壓吸附法、膜分離法、壓縮—冷凝法。

（一）常用回收技術(shù)

1）溶劑吸收法

該法有物理吸收法和化學(xué)系收發(fā)，適用于處理CO2含量較低的氣體（CO2<30%=。該法分離效果好，能是處理的氣體中的CO2含量達(dá)到10-6級(jí)，且可得到高達(dá)99.99%的高純CO2，但其工藝設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，由于其技術(shù)簡(jiǎn)單、易于操作，目前國(guó)內(nèi)較多采用。

2）變壓吸附法

主要利用不同氣體在不同壓力下于一定吸附劑中溶解度的不同而進(jìn)行分離吸收，適用于CO2含量<50%的氣體。該法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，能耗較低，適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)設(shè)備腐蝕問(wèn)題，已在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用。

3）膜分離法

它是利用中空纖維對(duì)各種氣體的穿透能力不同而達(dá)到分離目的的。該法工藝裝置簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、操作方便、能耗低，但很難得到高純度的CO2。若將膜分離法與化學(xué)吸收法合并使用，前者作為預(yù)分離、后者作為精分離，便可得到高純度的CO2且成本較低。該法是分離CO2最有前途的工藝技術(shù)。

4）壓縮—冷凝法

此閥經(jīng)高壓及深冷使氣體冷凝為液體，并利用冷凝點(diǎn)不同而得到工業(yè)用CO2。生產(chǎn)成本低，工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資不大，但產(chǎn)品未經(jīng)提純，含水及其它成分較高，不能用于食品加工。

（二）回收CO2新技術(shù)

CO2可利用吸收劑如單乙醇胺（MEA）從燃燒過(guò)程的延期中加以捕集，然而，在升息手機(jī)需額外耗能，對(duì)于MEA，從煙氣中回收CO2需耗能約900Kcal/kgCO2，通常這是不經(jīng)濟(jì)的。日本三菱重工公司（MHI）與關(guān)系電力公司（KEPCO）合作，開(kāi)發(fā)了新工藝，可使CO2回收途徑帶來(lái)新的變化。MHI發(fā)現(xiàn)的CO2新吸收劑是成為KS-1和KS-2的位阻胺類(lèi)，其回收所需能量比MEA所需能量少約20%。因?yàn)镵S-1和KS-2對(duì)熱更穩(wěn)定、腐蝕性也比MEA小，因此，操作時(shí)胺類(lèi)的總損失可減少到常規(guī)吸收劑的約1/20。對(duì)于能量費(fèi)用不昂貴的地區(qū)，大規(guī)模裝置使用新的工藝過(guò)程，CO2回收費(fèi)用（包括壓縮所需費(fèi)用）約為20美元/tCO2，它比基于MEA的常規(guī)方法低約30%。

巴斯夫公司實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，采用新型溶劑從發(fā)電廠排放物中脫除CO2，具有耐用和耗用很少能量的優(yōu)點(diǎn)。這種溶劑由巴斯夫公司與歐盟“捕集CO2并貯存”開(kāi)發(fā)項(xiàng)目組氣體成員共同開(kāi)發(fā)。2006年3月在位于丹麥Esbjerg（埃斯比約）的世界最大的中型煤發(fā)電裝置上試用。首次試驗(yàn)將采用單乙醇胺（MEA）作為參比溶劑。捕集CO2所用溶劑的重點(diǎn)在于減少脫除CO2所需的能量，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，巴斯夫開(kāi)發(fā)的胺基新溶劑比常規(guī)溶劑穩(wěn)定得多，并可使用較長(zhǎng)時(shí)間，在吸收和釋放CO2過(guò)程中，耗能也比較低，用新溶劑進(jìn)行氣體洗滌能大大降低除去CO2的費(fèi)用。

三、CO2的常規(guī)應(yīng)用

CO2在飲料制造行業(yè)的用量最大，約占CO2消費(fèi)量的30%，氣體保護(hù)焊CO2的用量也較大，約占CO2消費(fèi)量的30%。

（一）氣體肥料

實(shí)驗(yàn)表明，在塑料大棚內(nèi)施CO26～38天，使空氣濃度達(dá)到1%～5%，蔬菜產(chǎn)量可提高近2～5倍，成熟期可縮短2～5天。在大豆綠豆芽開(kāi)始培養(yǎng)12h后向床層通入CO2氣體，可刺激豆子胚胎長(zhǎng)長(zhǎng)、長(zhǎng)粗，豆子光澤呈半透明狀。目前CO2作為氣體肥料已在很多省份大面積推廣應(yīng)用。由于用作肥料的CO2純度要求不高，制備投資小，因此合成氨廠回收利用CO2并作為肥料供應(yīng)，可創(chuàng)造出極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（二）果蔬保鮮劑

CO2保鮮是指通過(guò)注入高濃度的CO2來(lái)降低空間的O2含量以抑制果蔬的生物呼吸，制止病菌生長(zhǎng)。有關(guān)研究表明，在荔枝貯藏室通入CO2，在濃度達(dá)到1%～3%時(shí)，可使貯藏期達(dá)30日而基本保持原有的鮮澤和風(fēng)味，把雞蛋放在CO2濃度為30%～60%的氣體中，CO2通過(guò)蛋殼滲透至蛋清內(nèi)，就可延遲形成水樣蛋白的速度達(dá)到保鮮的目的。CO2還可用于糧食、水產(chǎn)品、花卉的保鮮及防蟲(chóng)等。

（三）超臨界萃取

超臨界萃取是利用流體處于超臨界狀態(tài)時(shí)具有很強(qiáng)的溶解能力而粘度最低的性質(zhì)來(lái)萃取分離某物質(zhì)。具有分離效率高、可在低溫下進(jìn)行的特點(diǎn)，適用于分離熱敏性和易氧化物質(zhì)。CO2因價(jià)廉、安全、超臨界溫度和壓力低、萃取效率高、選擇性好而被廣泛用于從香料植物中提取香料、從油料植物中提取油脂、從咖啡豆中提取咖啡、從煙草中萃取尼古丁等。近年來(lái)，在食品、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)上用于分離、提純、監(jiān)測(cè)分析，如超臨界CO2，可以在很短的時(shí)間內(nèi)從污物中萃取有機(jī)化物，亦可從魚(yú)體組織中分離出積累的各種有毒物，以確定環(huán)境的污染程度。

（四）用于污水處理

由于CO2呈弱酸性，可用于處理堿性污染物。排出堿性污水的工廠有印染、金屬加工、煉油、乙烯生產(chǎn)和造紙行業(yè)。用含CO2的煙道氣處理紙漿廢液，不僅可使廢液得到中和，而且還可以從每噸廢液中回收200～ 300kg硫酸鹽木質(zhì)素。德國(guó)Hoeel博士發(fā)明的CO2再生離子交換法CARIX可對(duì)化肥廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而提高水質(zhì)。

四、CO2作為化工原料的利用

用CO2生產(chǎn)碳銨、尿素、碳酸二甲酯等化工產(chǎn)品是當(dāng)前國(guó)內(nèi)CO2化工利用的重要方面。

（一）以焦炭為原料，O2和CO2為氣化劑生產(chǎn)CO

全國(guó)化工煤化工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站協(xié)同濟(jì)南石油化工股份有限公司共同開(kāi)發(fā)了以焦炭（無(wú)煙煤、石油焦）為原料，O2和CO2為氣化劑，常壓固定床氣化爐制高純度CO氣的成套工業(yè)化技術(shù)，用于生產(chǎn)甲酸。

（二）CO2和H2為原料制甲醇

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院納米技術(shù)研究中心正在開(kāi)發(fā)CO2和H2生產(chǎn)甲醇的新工藝。該工藝生產(chǎn)甲醇的成本預(yù)計(jì)低于100美元/t。100kg/d的甲醇中試裝置已于2004年4月投運(yùn)。

（三）用CO2和H2直接生產(chǎn)二甲醚

日本關(guān)西電力公司和三菱重工業(yè)公司正在開(kāi)發(fā)用CO2和H2直接生產(chǎn)二甲醚的新方法，從工業(yè)裝置排放氣中回收的CO2和H2反應(yīng)生成甲醇，甲醇再脫水生成二甲醚。

五、結(jié)論

我國(guó)每年有大量的CO2作為工業(yè)廢氣被排入大氣，若充分回收利用，不僅可大大減輕對(duì)環(huán)境的影響，又可成為重要的工業(yè)原料。隨著先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)備裝置的研究開(kāi)發(fā)，CO2的回收成本將大大降低，回收的CO2質(zhì)量將大大提高，CO2的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊，前景將更加美好。

【參考文獻(xiàn)】

[1]田樹(shù)杰. 脫碳解吸氣提純食品級(jí)CO2在我公司的應(yīng)用[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊. 2006，32（4）：13-15.