二氧化碳用途綜述與生產(chǎn)現(xiàn)狀

1、二氧化碳用途綜述與生產(chǎn)現(xiàn)狀二氧化碳是自然界中最豐富的氣體之一，是大氣的一部分，也包含在某些天然氣或油 田伴生氣中。大氣中新增的二氧化碳主要來源于含碳物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)（包括燃燒、分解 等）以及動植物的新陳代謝過程。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球每年排放二氧化碳量達140億噸，其中90億噸成為污染環(huán)境的 廢氣，危及人類生存空間。我國每年二氧化碳排放總量超過15億噸，僅次于美國。進入21 世紀后，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，國內(nèi)各界已清晰地認識到二氧化碳造成環(huán)境污染的問 題迫在眉睫。如何在科學(xué)有效地治理二氧化碳排放的同時，保證國民經(jīng)濟高速發(fā)展，成為當 今亟待解決的課題。減少二氧化碳排放的一個重要途徑是盡快使二氧

2、化碳應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化、規(guī)格 化。二氧化碳的性質(zhì)二氧化碳（CO2）氣體俗稱碳酸氣，是碳的高價氧化物，分子式：CO2,分子量：44.01， 常溫常壓下無色、無味、無毒，相對密度1.53,略帶微酸刺鼻氣味。熔點-56.6OC（0.52Mpa）， 沸點-78.6C。微溶于水，溶液呈弱酸性。通常情況下，二氧化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不燃燒、 不助燃。但在一定條件或適宜的催化劑存在的情況下，二氧化碳也參與一些化學(xué)反應(yīng)，如高 溫下的還原反應(yīng)（Cq+C=2C），有機合成反應(yīng)（忠+3戲=叫成+眇）；生化反應(yīng) （6CO +6H O=CH O+6O ）等等。226 12 66二氧化碳用途二氧化碳具有較高的民用和工業(yè)價值，在多種領(lǐng)

3、域有著廣泛應(yīng)用，是一種非常寶貴 的資源。不僅廣泛應(yīng)用在石油開采、冶金、焊接、低溫冷煤、機械制造、人工降雨、消防、 化工、造紙、農(nóng)業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面，還可應(yīng)用于超臨界溶劑、生物工程、激光技 術(shù)、核工業(yè)等尖端領(lǐng)域。近年來開發(fā)出的新用途如棚菜氣肥、蔬菜（肉類）保鮮、生產(chǎn)可降 解塑料等也展現(xiàn)良好的發(fā)展前景。2. 1石油開采液態(tài)二氧化碳以其易溶于地下油層的特性和1t液態(tài)二氧化碳可以驅(qū)出3t原油的良好 效果，被國際上許多大油田廣泛用作驅(qū)油劑。二氧化碳在地層內(nèi)溶于水后，可使水的黏度增 加2030%，運移性能提高23倍；二氧化碳溶于油后，原油體積膨脹，交可使原油黏度降 低1.52.5%倍，降低油水界面

4、張力，有利于增加采油速度、提高洗油效率和收集殘余油。 實踐證明利用該方法一般可使油藏最終原油采收率提高10%15%。國內(nèi)許多油田開展了二氧化碳采油的科技攻關(guān)，取得了良好效果。日前，中原油田二氧化碳生產(chǎn)裝置已建成投產(chǎn)，回收煉油廠煙道氣中二氧化碳，產(chǎn) 能達20kt/a（液態(tài)），產(chǎn)品將全部用于中原油田3次采油。預(yù)計可提高原油采收率15%20%， 年增加原油產(chǎn)量50kt以上。中原油田將成為我國二氧化碳驅(qū)油劑使用量最大的油田。大大 減少了二氧化碳直接對空排放和污染環(huán)境。吉林油田通過開展二氧化碳系列增產(chǎn)技術(shù)的研究，解決了二氧化碳吞吐和二氧化碳 泡沫壓裂現(xiàn)場應(yīng)用中存在的有關(guān)問題，取得了具有較高科技水平的攻關(guān)

5、成果。該成果分別在 吉林油田低滲油藏、遼河高凝油藏及中石化新星公司東北石油局氣藏進行試用，共試驗了 17 口井21層，創(chuàng)產(chǎn)值177.5萬元，取得了明顯的經(jīng)濟效益。達到無傷害或低傷害的油氣藏 改造效果，在低滲透油田的勘探開發(fā)上具有較高的優(yōu)越性。該科技成果為全國低滲透、強水 敏、低壓油氣藏增儲上產(chǎn)提供一有效途徑。遼河油田的原油品種主要為稠油，與稀油相比，開采成本高、價格低。近年來，該 油田采用二氧化碳吞吐等技術(shù)，提高了不同的地質(zhì)環(huán)境及不同的油品特性油藏中難動用區(qū)塊 的油能和儲量運用程度，從而達到改善開發(fā)效果和提高最終采收率，降低經(jīng)營成本的目的。2. 2用作煙絲膨脹劑我國煙草行業(yè)使用的傳統(tǒng)煙絲膨脹劑

6、是氟氯碳化物-11，眾所周知它破壞臭氧層。作 為蒙特利爾議定書締約國，我國政府承諾2007年以前全面禁止使用氟氯碳化物-11。中 國煙草行業(yè)氟氯碳化物-11整體淘汰計劃的目標是：2006年12月31日，全部淘汰氟氯碳 化物-11的使用。二氧化碳是我國煙草行業(yè)首選膨脹劑。使用二氧化碳（液體，食品級）膨化處理的香煙煙絲蓬松度和柔軟度更加均勻，膨 化過程中又能有效帶出煙油及泥古丁等有害物質(zhì)，從而提高煙絲的質(zhì)量，節(jié)約卷煙過程中煙 絲的用量，并能改善香煙口感。膨化1萬箱香煙所需的煙絲，需消耗二氧化碳約300噸。我 國每年香煙產(chǎn)量在2000萬箱以上，二氧化碳在煙草行業(yè)中具有很好的推廣應(yīng)用前景。2. 3用作

7、植物氣肥二氧化碳是植物的糧食，是光合作用的主要原料。植物葉綠素在光合作用下吸收二 氧化碳產(chǎn)生植物淀粉。這是植物生長的自然規(guī)律。改革開放以來我國各地溫室大棚產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，給百姓帶來了極大地便利和實惠， 現(xiàn)在各地又出現(xiàn)了果蔬大棚、鮮花大棚等反季節(jié)、大規(guī)模棚栽生產(chǎn)。大棚相對密閉，棚內(nèi)植 物光合作用旺盛需消耗大量的二氧化碳，使棚內(nèi)有限空間內(nèi)的二氧化碳濃度低于植物光合作 用所需濃度，影響棚內(nèi)植物生長。用二氧化碳制成氣肥，適當加大植物生長空間中的二氧化 碳濃度，可增加植物的干物質(zhì)從而達到增產(chǎn)的目的。由山東農(nóng)科院，大連化工公司研制成二 氧化碳氣肥，在山東、河南、遼寧、吉林、黑龍江等省的蔬菜大棚大面積推廣使用

8、，增產(chǎn)幅 度在20%以上。2. 4用作溶劑二氧化碳容易純化，價格便宜，容易作到循環(huán)使用，無毒且溫室效應(yīng)小，被譽為21 世紀的環(huán)保溶劑。人類生產(chǎn)生活過程中要使用數(shù)不勝數(shù)的各類有機溶劑，對溶劑的處置成為 一個巨大的環(huán)保問題。使用超臨界二氧化碳作為溶劑不但可以大大減輕環(huán)境壓力，而且能節(jié) 約了大量的溶劑資源。二氧化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且無毒，在萃取條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免了對萃取物的毒 害和對環(huán)境的污染。液態(tài)二氧化碳是食品、醫(yī)藥及化妝品工業(yè)的優(yōu)良溶劑，也是生物活性物 質(zhì)超臨界萃取的優(yōu)良工質(zhì)。二氧化碳超臨界萃取操作條件溫和，易于控制。可以在接近室溫 的溫度（3540C ）和易于控制的壓力（820Mpa）條件

9、下進行，且能有效地保持生物活性。 在不同的壓力、溫度區(qū)間，二氧化碳對不同物質(zhì)的溶解萃取能力有良好的選擇針對性，使萃 取更為高效，萃取物純度更高。尤其是在生物制藥、食品和保健品等領(lǐng)域，采用二氧化碳超 臨界萃取技術(shù)萃取時，提取物中的耗氧微生物將被完全殺死，生物活性物質(zhì)卻不被破壞。國 內(nèi)有關(guān)研究部門已經(jīng)利用二氧化碳超臨界萃取提純出一百多種生物活性物質(zhì)，目前部分技術(shù) 已成功進行了工業(yè)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化。2. 5用作發(fā)泡劑目前世界上聚苯乙烯（PS）消耗量巨大，僅美國的年耗量就達3000萬噸以上。在PS 發(fā)泡片村擠出的制造過程中，使用傳統(tǒng)的發(fā)泡劑是氯氟烴（氯氟碳化合物），氫氯氟烴 （HCFCS）和鏈烴。氯氟碳化合物

10、和氫氯氟烴會引起全球變暖和臭氧層消耗，為國際社會 所禁止；鏈烴具有易燃性，影響生產(chǎn)安全。最近，陶氏化學(xué)宣布他們開發(fā)出用100%二氧化碳作為發(fā)泡劑擠出PS發(fā)泡片材的新工 藝。該公司已在世界范圍內(nèi)發(fā)放以二氧化碳替代現(xiàn)有聚苯乙烯泡沫板用發(fā)泡劑的新技術(shù)許可 證。二氧化碳不燃，增加了生產(chǎn)安全；環(huán)境友好，不會消耗臭氧層，對全球變暖的影響小 （HCFC-22的全球變暖潛能約為二氧化碳的1700倍，CFC-12約為二氧化碳的5800倍）； 價格便宜，用量小，易于回收利用，經(jīng)濟實用；無毒，適于制作可降解飲食餐具。因此，相 對而言，二氧化碳是一種更安全更利于環(huán)保的以泡劑。另外，使用二氧化碳以泡劑生產(chǎn)的 PS以泡包

11、裝物具有更好的廷展性，不易折斷和更長的使用壽命。因此使用二氧化碳作為發(fā) 泡劑在環(huán)境和工業(yè)應(yīng)用上都具有很大優(yōu)勢。2. 6用作焊接保護氣二氧化碳氣體保護焊是一種明弧、低氫型焊接法，施焊時可以觀察到電弧和熔池，焊 接基本上沒有熔渣，焊后不需要清渣和校正。焊縫的含氫量極低，不易產(chǎn)生冷裂縫和氣孔。 用半自動焊接曲線焊縫和空間位置焊縫十分方便。二氧化碳保護焊接是一種高效率、低污染、 低成本、省時省力的的焊接方法。具有變形小、油銹敏感性低、抗裂、致密性好等特點。用 于焊接低碳鋼和低合金鋼時更為明顯。日本等發(fā)達國家二氧化碳保護焊接法焊接量已占焊接 總量的40%以上。目前我國二氧化碳保護焊接法焊接量僅占焊接總量

12、的5%，低于全球平均 水平。在我國二氧化碳保護焊從1964年開始推廣，至今仍是我國重點推廣的技術(shù)項目之一。 現(xiàn)已有一些國際知名的二氧化碳保護焊機廠商在我國投資建廠，隨著二氧化碳供氣站等配套 設(shè)施不斷完善，二氧化碳保護焊必將得到越來越多的應(yīng)用。2. 7用作果蔬、肉類保鮮劑主濃度二氧化碳充氣包裝系統(tǒng)是當今國際上公認的最有效的鮮肉保鮮技術(shù)。在鮮肉氣 調(diào)保鮮中，二氧化碳和氮氣是兩種主要的氣體。果蔬氣調(diào)保鮮因其不使用化學(xué)防腐劑而深受人們歡迎，是國際上廣泛使用的一種果蔬 保鮮方法。二氧化碳氣調(diào)保鮮就是人為地控制果蔬貯藏環(huán)境中二氧化碳等氣體的濃度，使果 蔬處于適合的氣體環(huán)境中貯藏。二氧化碳能抑制需氧菌和霉菌

13、的繁殖，延長細菌的停滯期和 延續(xù)其指數(shù)增長期，延長果蔬保質(zhì)期。我國氣調(diào)保鮮貯藏庫正處于發(fā)展階段。自1978年在北京建成我國第一自行設(shè)計的氣 調(diào)庫以來，廣州、大連、煙臺等地相繼建成氣調(diào)保鮮庫，用來保鮮蘋果、獼猴桃、洋梨和棗 等。華南農(nóng)學(xué)院有關(guān)研究表明，用1330%二氧化碳氣體濃度的條件下氣調(diào)貯藏荔枝，可在 3040天基本保持荔枝原有的色澤和風(fēng)味。2. 8用作飲料添加劑飲料行業(yè)曾經(jīng)是我國二氧化碳產(chǎn)業(yè)的最大市場，近年來所占市場比重逐漸減少是因為 二氧化碳商品量大增等原因造成的。二氧化碳可用作汽水、啤酒、可口可樂等碳酸飲料充氣 添加劑。廣州氮肥廠年產(chǎn)10kt的食品級二氧化碳全部供給健力寶飲料使用。據(jù)統(tǒng)

14、計，1998 年美國人均消耗飲料為147 kg/a，我國人均消耗飲料為4 kg/a，遠低于全球人均21.3 kg/a 的水平。二氧化碳在飲料行業(yè)的發(fā)展前景仍十分樂觀。2. 9用于滅火二氧化碳是傳統(tǒng)的滅火介質(zhì)之一，但由于液態(tài)二氧化碳儲存壓力較高，消防器具笨重， 使用受到了很大的限制。除專用領(lǐng)域外，消防應(yīng)用大部分被哈龍等滅火介質(zhì)替代。2000年11月新建“輕質(zhì)二氧化碳滅火器瓶體生產(chǎn)線”合同簽字儀式在山東維坊舉行。 該項目利用蒙特利爾議定書多邊基金贈款605萬美元，建立年產(chǎn)60萬具輕質(zhì)二氧化碳 滅火器瓶體生產(chǎn)線，充裝二氧化碳后替代1211等滅火器具。該項目的建設(shè)也標志著二氧化 碳將更廣泛應(yīng)用于消防領(lǐng)

15、域。2.10 用于制冷二氧化碳作為最早采用的制冷劑之一，在上個世紀并直至30年代得到了普遍使用， 但由于技術(shù)等原因絕大部分應(yīng)用被氯氟烴等制冷劑所取代。20世紀七十年代，氯氟烴（氯 氟碳化物），氫氯氟烴（HCFCS）因被發(fā)現(xiàn)破壞臭氧層及溫室效應(yīng)指數(shù)較高而面臨全面禁用。 在此背景下，及超臨界循環(huán)的二氧化碳制冷系統(tǒng)以其優(yōu)良的環(huán)保特性、良好的傳熱性質(zhì)、較 低的流動阻力相當大的單位容積制冷量，在制冷領(lǐng)域重新被采用。以二氧化碳為工質(zhì)的制冷 系統(tǒng)技術(shù)一旦成熟，必將使其它制冷工質(zhì)黯然失色。2. 11用于生產(chǎn)無機化工產(chǎn)品二氧化碳與金屬或金屬氧化物為原料生產(chǎn)的無機化工產(chǎn)品主要有輕質(zhì)碳酸鎂、輕質(zhì)碳 酸氫納、輕質(zhì)碳酸

16、氫鈉、輕質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鉀、輕質(zhì)碳酸鋇等，這些產(chǎn)品可廣泛用于冶 金、化工、輕工、建材、醫(yī)藥、電子機械等行業(yè)。此外二氧化碳還能用于“C1化學(xué)”的各分支。如可以用來生產(chǎn)輕質(zhì)氧化鎂、制造合成 氣、生產(chǎn)硼砂，生產(chǎn)白炭黑等。2.12 用于生產(chǎn)有機化工產(chǎn)品以二氧化碳為原料可以制造眾多的有機化工產(chǎn)品，如可以生產(chǎn)尿素、水楊酸、碳酸丙 烯酯、碳酸乙二醇酸、甲醇、甲酸、甲烷等。由于人們對二氧化碳的研究還不充分，有許多 產(chǎn)品因催化劑等原因尚未工業(yè)化。但其巨大的環(huán)保意義和經(jīng)濟價值已經(jīng)引起各界的關(guān)注。隨 著世界各國“C1化學(xué)”研究的深入，二氧化碳的化工應(yīng)用必將不斷獲得新的突破。13用于合成有機高分子化合物自1979年

17、人類首次發(fā)表利用二氧化碳作原料合成高分子化合物的研究報導(dǎo)以來，這 方面的開發(fā)研究十分迅速。目前已成功合成了許多品種高分子化合物，如聚酮、聚醚、聚酮 聚酯、聚氨基甲酸酯、液晶聚合物、聚碳酸酯、全降解塑料等等，其中不少已進入工業(yè)化階 段。二氧化碳的國內(nèi)處生產(chǎn)現(xiàn)狀國外二氧化碳主要來源于制氫工廠、合成氨工廠、鋼鐵廠、石化廠以及釀制業(yè)等工 業(yè)副產(chǎn)，還有少部分來自天然二氧化碳氣井。目前全球商品二氧化碳總量約為11.5Mt/a。發(fā) 達國家二氧化碳主要消費領(lǐng)域是飲料碳酸化、食品加工（冷凍、冷藏、研磨和惰化）、油（氣） 井操作、焊接保護、鑄造、滅火、清漆和油漆溶劑、金屬冷加工、化學(xué)品和醫(yī)學(xué)品生產(chǎn)、橡 膠和塑料加工等。目前我國二氧化碳產(chǎn)銷量約為1Mt/a。接近日本上世紀90年代初的市場規(guī)模。近年，國內(nèi)二氧化碳市場需要量