二氧化碳的回收及再利用

摘要：文章介紹了二氧化碳與全球氣候變暖的關系，同時，從二氧化碳的產生、回收及綜合利用等方面，論述了利用現代的科學技術手段，通過回收、處理等方式，可以將二氧化碳變廢為寶，為人類服務。希望通過文章的論述，能夠引起人們對二氧化碳綜合利用的重視。

關鍵詞：二氧化碳；全球氣候變暖；回收；處理；再利用理火

一、二氧化碳是全球氣候變暖的主要因素

全球氣候變暖，本來是一個學術性的一個問題，但西方發達國家的元首們卻會就這樣一個技術問題舉行多邊會議，專題討論全球氣候變暖。這些年來，由于氣候變暖，引發了眾多的自然災害，如氣候異常，冰山融化，泥石流、洪水，干旱、地震、海嘯等等。這就說明，全球氣候變暖，已經引起了世界很多國家的高度重視。

二氧化碳(CO₂)因為是很穩定的物質，所以它的反應性很低，也就是造成全球氣候變暖的主要因素。這些年來，世界經濟正強勁增長。科技突飛猛進的發展大大提升了人類的生活質量，城市化、全球化迅速擴張，這一切將推動著巨額的能源消費。由此，也導致了無節制地向大氣排放二氧化碳等溫室氣體，導致全球氣候變暖，對地球生態環境產生了深遠的負面影響，也相應地產生了大量的工業污染、廢氣等。植被被大量的破壞，生態平衡被打破。能源專家預測，到2030年全球二氧化碳的排放量可能超過380億噸，由此引發的溫室效應將嚴重威脅人類的生存，

二氧化碳減排和合理利用已經成為世界性課題。

二氧化碳的產生是多方面的，也是比較復雜的，但主要是通過燃燒、發酵等工藝過程產生。比如，植物、煤炭的燃燒會產生大量的二氧化碳。在啤酒飲料的生產過程中，麥芽發酵產生二氧化碳的成分占全部氣體的99％以上。

總體而言，發展中國家源于土地用途改變、林業和農業的溫室氣體排放量占其溫室氣體排放總量的一半以上。我國目前排放的二氧化碳近40億噸，隨著新建火力發電廠、水泥廠和煤化工項目及食品飲料行業的增加，二氧化碳排放量仍將持續增加。

在眾多的二氧化碳產生的途徑中，燃煤電廠是二氧化碳排放的大戶，據不完全統計，在二氧化碳排放量中，燃煤電站二氧化碳氣體的排放約占50—55％。

二氧化碳有其危害性的一面，但也有其有益的一面。隨著科學技術的發展，其利用價值和使用范圍正迅速擴大，變廢為寶的二氧化碳利用新途徑正在受到人們越來越多的關注，因此，如何大力度開發二氧化碳潛在的巨大市場，并注重二氧化碳捕集、提純與回注技術的研發，以實現應用領域的實質性拓展，是一個保護環境、造福子孫萬代的重要課題。

二、二氧化碳的回收和處理

以回收凈化啤酒生產工藝過程中因發酵產生的二氧化碳為例：首先利用物理原理，去掉氣體中的泡沫，用壓縮機將氣態二氧化碳的壓力升至2MPa，然后通過吸附原理，去掉氣體中的醛類、醇類、有機酸和微量硫化氫等雜質，再采用干燥的方式。去掉氣體中的水分。最后通過制冷換熱的方式，將干燥的二氧化碳氣體的溫度，冷卻到零下20度，這個過程也是除去二氧化碳中不凝性雜質氣體的過程，進一步提高二氧化碳的純度。這時的二氧化碳就是液體狀態，純度超過了99.9％，完全達到了食品行業和醫療行業的使用標準。液體二氧化碳非常便于運輸和儲存。

燃煤電站在發電過程中，產生大量的二氧化碳。據北京熱電廠公布的資料，該廠建有4臺熱電聯產機組，總裝機84.5萬千瓦，平均熱效率高達60％以上。由于采用了國際最先進的脫硫技術，脫硫后二氧化硫排放濃度由400毫克／標準立方米左右減少到50毫克／標準立方米以下，煙塵排放濃度由16.5毫克／標準立方米減少到10毫克／標準立方米以下，優于歐洲發達國家水平。工程建成后年減排二氧化硫9000噸，降低了90％，環保效果十分明顯。

目前，啤酒飲料生產行業的二氧化碳，基本上做到了100％的回收和利用。對燃煤電站行業二氧化碳排放量的估算，一年排放的二氧化碳就大約25億噸。如果我國燃煤電站有一半采用二氧化碳回收設備，那么，僅此一項的年收入將達到數千億元。

三、二氧化碳的再利用和發展前景

二氧化碳的再利用，不僅能夠在相當大的程度上減緩全球氣候變暖，而且其利用價值相當高，應用范圍也迅速擴大，因此，二氧化碳的回收和再利用。不僅減少了對環境的破壞，更重要的是變廢為寶。

二氧化碳的使用范圍非常廣闊，目前，國內市場上食品級二氧化碳(純度大于99.9％)約1000元一噸。據統計，我國對二氧化碳需求量隨著社會發展現在越來越大了，從以前每年的幾萬噸，到目前每年約四，五百萬噸，而且應用領域正在迅速擴大。下邊著重闡述幾個二氧化碳利用的主要的領域。

1.在食品飲料行業的應用

據了解，2008年我國對二氧化碳的有效利用達120—150萬噸，其中，碳酸型飲料占65—70％，預計未來五年，碳酸飲料行業仍是二氧化碳的主要消費領域。

二氧化碳在食品加工行業的消費包括食品的冷凍、冷藏、滅菌、防霉、保鮮等。傳統的冷凍貯存過程中，食品會因失水，風干、或氣化而不新鮮。而采用二氧化碳保存的方式，可達到不添加任何防腐劑，保持適當低溫，便可使水果，蔬菜獲得良好的貯存效果，使食品保存期延長并保持其新鮮度。

另外，一些大型超市、機場倉庫或冷庫已開始采用二氧化碳制冷保鮮。在現代化倉庫里常充入二氧化碳，防止糧食蟲蛀和蔬菜腐爛。對于海產品的保鮮方面，二氧化碳也發揮著巨大的作用。另外還用作滅火劑，制冷劑，速凍保鮮劑和溫室肥料等。在我國的二氧化碳消費結構中，超市、冷庫等用于食品保鮮占5％。

目前相對于世界發達國家，我國在食品行業二氧化碳消費水平還是相當低的。根據美國可口可樂公司提供的數據，中國飲料年人均消費量僅為美國的1／25，這預示著其市場前景十分廣闊。隨著電價的不斷上漲，石油價格的攀升，金融危機的陰影慢慢的消退，我國今后在這一領域對二氧化碳的需求也將大幅增長。

2.在化工行業的應用

在無機化工行業中，二氧化碳是一種重要的原料，大量用于生產純堿(Na2CO₃)、小蘇打(NaHCO₃)、尿素[CO(NH₂)₂]、碳酸氫銨(NH₄HCO₃)、顏料[Pb(OH)₂ 2PbCO₃]等。

在有機化工行業中，二氧化碳可作為新的碳源，

生產一系列有機化工產品，如通過二氧化碳轉化CO繼而發展羰基合成碳—化學工藝；直接以二氧化碳為原料合成乙醇、甲醇、碳酸二甲酯、苯乙烯、雙氰胺、碳酸丙烯酯、甲酸及其衍生物、乙烯等，以及以二氧化碳為羧化劑制成的水楊酸、對羥基苯甲酸等。

二氧化碳降解塑料作為環保產品和高科技產品，正成為當今世界矚目的研究開發熱點。在我國二氧化碳消費結構中，碳酸二甲酯與降解塑料加工占10％。目前我國在二氧化碳基聚合物研發領域的絕對優勢，為其產業化發展提供了良機。這類產品不僅能將工業廢氣二氧化碳制成對環境友好的可降解塑料，而且避免了傳統塑料產品對環境的二次污染。

從水泥窯尾氣中提取二氧化碳，作為原料用于全降解塑料生產，這個技術的發明，將為大規模綜合利用二氧化碳開辟一條重要途徑。

3.在石油開采領域的應用

在石油開采中利用二氧化碳，可以提高石油的開采率。在我國二氧化碳消費結構中，油井注壓采油占4％。將二氧化碳注入油藏可以提高原油采收率，將二氧化碳注入原生及附近氣田可以增加氣體采收率，以及將二氧化碳注入煤田增加甲烷采收率等。

我國利用二氧化碳采油技術的研究發展較晚，但已經見到明顯效果，如利用油田自產的高純度二氧化碳進行注壓采油，使得采油率提高了13—17％，說明我國在這—領域的研發技術取得了重大突破，前景非常廣闊。

英法等發達國家，都在潛心研究，希望使用二氧化碳來多開采石油，并將二氧化碳保持在地下采空的地層中，從而達到延長開采壽命，降低溫室氣體水平的目標，而且提高石油回收能夠部分抵消儲存二氧化碳的成本。

向石油層注入二氧化碳從而降低原油的粘度，提高其流動性，從而更為容易開采，還可以降低成本。

挪威的石油公司已經在挪威大陸架1000米之下的沙巖中商業貯藏了二氧化碳，創世界第一。

4.在農業方面的應用

二氧化碳是植物進行制造有機物質的重要原料。大氣中的二氧化碳，通過植物的光合以有機碳的形態固定下來，同時，通過氧化過程，又將有機碳氧化，以二氧化碳的形式不斷地釋放到大氣中去。尤其是在塑料大棚種植方面，向溫室作物輸送二氧化碳可以提高其生長速度和質量，因為蔬菜的光合作用就需大量的二氧化碳。二氧化碳氣施肥技術是日光溫室蔬菜生產中的一項投資少、見效快、效益顯著的增產措施。

5.在煙草行業的應用

采用純度大干99.9％的二氧化碳進行煙絲膨化，其優點是提高了煙絲的膨化率，降低了生產成本，降低了煙氣中焦油和尼古丁的含量，改善了吸煙者的口感，克服了已有技術中耗能高、氣源貴、回收困難的缺點，并且對環境無污染，而且每箱香煙可節約近3千克的煙絲原料。在我國二氧化碳消費結構中，煙絲膨化約占5％。

6.二氧化碳超臨界萃取技術

該技術作為一種新型低成本、易分離萃取技術，越來越受到人們的青睞。超臨界二氧化碳流體萃取分離過程的原理，是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態下，將超臨界流體與待分離的物質接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然，對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質則完全或基本析出，從而達到分離提純的目的，所以超臨界二氧化碳流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。

二氧化碳超臨界萃取技術，是二氧化碳應用的另一個廣闊領域。目前在中藥、食品、香料、石油化工、生物化工、環境化工等方面已取得突破性進展。

7.在工業領域的應用

二氧化碳保護焊是一種高效的焊接手段，與手工電弧焊相比可提高工效1～2倍，節省電耗，是我國重點推廣的技術項目之一。在我國二氧化碳消費結構中，二氧化碳保護焊占6％。尤其是最近幾年，船舶工業、汽車工業的高速發展，帶動了二氧化碳保護焊的大量應用，尤其是二氧化碳和氬氣混合氣體保護焊技術的開發與應用，不僅擴大了二氧化碳氣體保護焊的應用范圍，而且克服了二氧化碳氣體保護焊熱量分散、焊點大、焊接處易變形等不足，這必將推動該領域對二氧化碳需求的快速增長。

綜上所述，二氧化碳的回收技術和再利用的領域，隨著科學技術的飛速發展，也在迅猛地提高和擴大，更有著無限廣闊的市場前景。