探討CO2的回收技術(shù)與應(yīng)用研究

黃瑋

【摘 要】本文對CO2的回收和應(yīng)用做了較詳細的介紹。并分別介紹了回收與應(yīng)用的常規(guī)方法現(xiàn)狀以及國內(nèi)外的部分先進工藝技術(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CO2的排放量也在逐年上升。隨著國際碳排放貿(mào)易（JT）和清潔開發(fā)機制（CDM）在發(fā)達國家的實施，溫室氣體排放的生產(chǎn)元素逐步由發(fā)達國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。發(fā)達國家通過在國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，我國已成為發(fā)達國家碳排放貿(mào)易交易的主要對象，而我國在2012年以后已經(jīng)開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CO2的年排放量已超過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，對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境保護型社會、環(huán)節(jié)資源短缺矛盾和環(huán)境壓力、促進人與自然和諧發(fā)展具有重要意義。

二、回收技術(shù)的發(fā)展

國外工業(yè)發(fā)達國家早在50年代就已對CO2的回收進行了工業(yè)化應(yīng)用，美國、日本、德國等國家已對合成氨廠、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含量達到10-6級，且可得到高達99.99%的高純CO2，但其工藝設(shè)備投資大、運行費用高，由于其技術(shù)簡單、易于操作，目前國內(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行分離吸收，適用于CO2含量<50%的氣體。該法工藝簡單，設(shè)備投資小，能耗較低，適應(yīng)能力強，無設(shè)備腐蝕問題，已在國內(nèi)普遍應(yīng)用。

3）膜分離法

它是利用中空纖維對各種氣體的穿透能力不同而達到分離目的的。該法工藝裝置簡單、使用壽命長、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，并利用冷凝點不同而得到工業(yè)用CO2。生產(chǎn)成本低，工藝流程簡單、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）從燃燒過程的延期中加以捕集，然而，在升息手機需額外耗能，對于MEA，從煙氣中回收CO2需耗能約900Kcal/kgCO2，通常這是不經(jīng)濟的。日本三菱重工公司（MHI）與關(guān)系電力公司（KEPCO）合作，開發(fā)了新工藝，可使CO2回收途徑帶來新的變化。MHI發(fā)現(xiàn)的CO2新吸收劑是成為KS-1和KS-2的位阻胺類，其回收所需能量比MEA所需能量少約20%。因為KS-1和KS-2對熱更穩(wěn)定、腐蝕性也比MEA小，因此，操作時胺類的總損失可減少到常規(guī)吸收劑的約1/20。對于能量費用不昂貴的地區(qū)，大規(guī)模裝置使用新的工藝過程，CO2回收費用（包括壓縮所需費用）約為20美元/tCO2，它比基于MEA的常規(guī)方法低約30%。

巴斯夫公司實驗室試驗表明，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。這種溶劑由巴斯夫公司與歐盟“捕集CO2并貯存”開發(fā)項目組氣體成員共同開發(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。首次試驗將采用單乙醇胺（MEA）作為參比溶劑。捕集CO2所用溶劑的重點在于減少脫除CO2所需的能量，實驗室試驗表明，巴斯夫開發(fā)的胺基新溶劑比常規(guī)溶劑穩(wěn)定得多，并可使用較長時間，在吸收和釋放CO2過程中，耗能也比較低，用新溶劑進行氣體洗滌能大大降低除去CO2的費用。

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消費量的30%，氣體保護焊CO2的用量也較大，約占CO2消費量的30%。

（一）氣體肥料

實驗表明，在塑料大棚內(nèi)施CO26～38天，使空氣濃度達到1%～5%，蔬菜產(chǎn)量可提高近2～5倍，成熟期可縮短2～5天。在大豆綠豆芽開始培養(yǎng)12h后向床層通入CO2氣體，可刺激豆子胚胎長長、長粗，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)濟效益和社會效益。

（二）果蔬保鮮劑

CO2保鮮是指通過注入高濃度的CO2來降低空間的O2含量以抑制果蔬的生物呼吸，制止病菌生長。有關(guān)研究表明，在荔枝貯藏室通入CO2，在濃度達到1%～3%時，可使貯藏期達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通過蛋殼滲透至蛋清內(nèi)，就可延遲形成水樣蛋白的速度達到保鮮的目的。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)時具有很強的溶解能力而粘度最低的性質(zhì)來萃取分離某物質(zhì)。具有分離效率高、可在低溫下進行的特點，適用于分離熱敏性和易氧化物質(zhì)。CO2因價廉、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，在食品、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)上用于分離、提純、監(jiān)測分析，如超臨界CO2，可以在很短的時間內(nèi)從污物中萃取有機化物，亦可從魚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Hoeel博士發(fā)明的CO2再生離子交換法CARIX可對化肥廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行處理，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

全國化工煤化工設(shè)計技術(shù)中心站協(xié)同濟南石油化工股份有限公司共同開發(fā)了以焦炭（無煙煤、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

韓國科學(xué)技術(shù)研究院納米技術(shù)研究中心正在開發(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)計低于100美元/t。100kg/d的甲醇中試裝置已于2004年4月投運。

（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，不僅可大大減輕對環(huán)境的影響，又可成為重要的工業(yè)原料。隨著先進的工藝技術(shù)和設(shè)備裝置的研究開發(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】

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