探讨CO2的回收技术与应用研究

黄玮

【摘 要】本文对CO2的回收和应用做了较详细的介绍。并分别介绍了回收与应用的常规方法现状以及国内外的部分先进工艺技术发展。

【关键词】CO2；回收；应用

一、CO2综合利用的必要性

随着工业发展，我国CO2的排放量也在逐年上升。随着国际碳排放贸易（JT）和清洁开发机制（CDM）在发达国家的实施，温室气体排放的生产元素逐步由发达国家向发展中国家转移。发达国家通过在国外获取温室气体减排抵消额的规模不断加大，速度也不断加快，我国已成为发达国家碳排放贸易交易的主要对象，而我国在2012年以后已经开始旅行高比例的温室气体减排义务，谈贸易的逐步深入、温室气体减排措施的缺乏和国内不断藏家的温室气体排放量的矛盾日趋明显，加快CO2的利用研究已显得日益必要和迫切。

目前，我国CO2的年排放量已超过30亿吨，占世界排放量的10%以上，居世界第二位[1]。搞好CO2的综合利用，对发展循环经济、转变经济增长方式、建设资源节约型和环境保护型社会、环节资源短缺矛盾和环境压力、促进人与自然和谐发展具有重要意义。

二、回收技术的发展

国外工业发达国家早在50年代就已对CO2的回收进行了工业化应用，美国、日本、德国等国家已对合成氨厂、石油化工厂、天然气回收厂、高炉炼钢厂、酒厂等各行业生产中的CO2进行了回收利用，采取的技术主要有溶剂回收法、变压吸附法、膜分离法、压缩—冷凝法。

（一）常用回收技术

1）溶剂吸收法

该法有物理吸收法和化学系收发，适用于处理CO2含量较低的气体（CO2<30%=。该法分离效果好，能是处理的气体中的CO2含量达到10-6级，且可得到高达99.99%的高纯CO2，但其工艺设备投资大、运行费用高，由于其技术简单、易于操作，目前国内较多采用。

2）变压吸附法

主要利用不同气体在不同压力下于一定吸附剂中溶解度的不同而进行分离吸收，适用于CO2含量<50%的气体。该法工艺简单，设备投资小，能耗较低，适应能力强，无设备腐蚀问题，已在国内普遍应用。

3）膜分离法

它是利用中空纤维对各种气体的穿透能力不同而达到分离目的的。该法工艺装置简单、使用寿命长、操作方便、能耗低，但很难得到高纯度的CO2。若将膜分离法与化学吸收法合并使用，前者作为预分离、后者作为精分离，便可得到高纯度的CO2且成本较低。该法是分离CO2最有前途的工艺技术。

4）压缩—冷凝法

此阀经高压及深冷使气体冷凝为液体，并利用冷凝点不同而得到工业用CO2。生产成本低，工艺流程简单、设备投资不大，但产品未经提纯，含水及其它成分较高，不能用于食品加工。

（二）回收CO2新技术

CO2可利用吸收剂如单乙醇胺（MEA）从燃烧过程的延期中加以捕集，然而，在升息手机需额外耗能，对于MEA，从烟气中回收CO2需耗能约900Kcal/kgCO2，通常这是不经济的。日本三菱重工公司（MHI）与关系电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可使CO2回收途径带来新的变化。MHI发现的CO2新吸收剂是成为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量少约20%。因为KS-1和KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此，操作时胺类的总损失可减少到常规吸收剂的约1/20。对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺过程，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。

巴斯夫公司实验室试验表明，采用新型溶剂从发电厂排放物中脱除CO2，具有耐用和耗用很少能量的优点。这种溶剂由巴斯夫公司与欧盟“捕集CO2并贮存”开发项目组气体成员共同开发。2006年3月在位于丹麦Esbjerg（埃斯比约）的世界最大的中型煤发电装置上试用。首次试验将采用单乙醇胺（MEA）作为参比溶剂。捕集CO2所用溶剂的重点在于减少脱除CO2所需的能量，实验室试验表明，巴斯夫开发的胺基新溶剂比常规溶剂稳定得多，并可使用较长时间，在吸收和释放CO2过程中，耗能也比较低，用新溶剂进行气体洗涤能大大降低除去CO2的费用。

三、CO2的常规应用

CO2在饮料制造行业的用量最大，约占CO2消费量的30%，气体保护焊CO2的用量也较大，约占CO2消费量的30%。

（一）气体肥料

实验表明，在塑料大棚内施CO26～38天，使空气浓度达到1%～5%，蔬菜产量可提高近2～5倍，成熟期可缩短2～5天。在大豆绿豆芽开始培养12h后向床层通入CO2气体，可刺激豆子胚胎长长、长粗，豆子光泽呈半透明状。目前CO2作为气体肥料已在很多省份大面积推广应用。由于用作肥料的CO2纯度要求不高，制备投资小，因此合成氨厂回收利用CO2并作为肥料供应，可创造出极好的经济效益和社会效益。

（二）果蔬保鲜剂

CO2保鲜是指通过注入高浓度的CO2来降低空间的O2含量以抑制果蔬的生物呼吸，制止病菌生长。有关研究表明，在荔枝贮藏室通入CO2，在浓度达到1%～3%时，可使贮藏期达30日而基本保持原有的鲜泽和风味，把鸡蛋放在CO2浓度为30%～60%的氣体中，CO2通过蛋壳渗透至蛋清内，就可延迟形成水样蛋白的速度达到保鲜的目的。CO2还可用于粮食、水产品、花卉的保鲜及防虫等。

（三）超临界萃取

超临界萃取是利用流体处于超临界状态时具有很强的溶解能力而粘度最低的性质来萃取分离某物质。具有分离效率高、可在低温下进行的特点，适用于分离热敏性和易氧化物质。CO2因价廉、安全、超临界温度和压力低、萃取效率高、选择性好而被广泛用于从香料植物中提取香料、从油料植物中提取油脂、从咖啡豆中提取咖啡、从烟草中萃取尼古丁等。近年来，在食品、医药、环保等行业上用于分离、提纯、监测分析，如超临界CO2，可以在很短的时间内从污物中萃取有机化物，亦可从鱼体组织中分离出积累的各种有毒物，以确定环境的污染程度。

（四）用于污水处理

由于CO2呈弱酸性，可用于处理碱性污染物。排出碱性污水的工厂有印染、金属加工、炼油、乙烯生产和造纸行业。用含CO2的烟道气处理纸浆废液，不仅可使废液得到中和，而且还可以从每吨废液中回收200～ 300kg硫酸盐木质素。德国Hoeel博士发明的CO2再生离子交换法CARIX可对化肥厂的循环冷却水系统进行处理，从而提高水质。

四、CO2作为化工原料的利用

用CO2生产碳铵、尿素、碳酸二甲酯等化工产品是当前国内CO2化工利用的重要方面。

（一）以焦炭为原料，O2和CO2为气化剂生产CO

全国化工煤化工设计技术中心站协同济南石油化工股份有限公司共同开发了以焦炭（无烟煤、石油焦）为原料，O2和CO2为气化剂，常压固定床气化炉制高纯度CO气的成套工业化技术，用于生产甲酸。

（二）CO2和H2为原料制甲醇

韩国科学技术研究院纳米技术研究中心正在开发CO2和H2生产甲醇的新工艺。该工艺生产甲醇的成本预计低于100美元/t。100kg/d的甲醇中试装置已于2004年4月投运。

（三）用CO2和H2直接生产二甲醚

日本关西电力公司和三菱重工业公司正在开发用CO2和H2直接生产二甲醚的新方法，从工业装置排放气中回收的CO2和H2反应生成甲醇，甲醇再脱水生成二甲醚。

五、结论

我国每年有大量的CO2作为工业废气被排入大气，若充分回收利用，不仅可大大减轻对环境的影响，又可成为重要的工业原料。随着先进的工艺技术和设备装置的研究开发，CO2的回收成本将大大降低，回收的CO2质量将大大提高，CO2的应用领域将更加广阔，前景将更加美好。

【参考文献】

[1]田树杰. 脱碳解吸气提纯食品级CO2在我公司的应用[J]. 化工设计通讯. 2006，32（4）：13-15.