二氧化碳利用技术现状及未来发展趋势_许海超.pdf
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1、第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .二氧化碳利用技术现状及未来发展趋势许海超,龚硕锴(中海油能源发展股份有限公司北京冷能利用研究所,北京;中海油能源发展股份有限公司珠海冷能利用分公司,广东 珠海)摘 要:分析了当前政策形势对于二氧化碳回收利用技术发展的良好影响,总结了二氧化碳利用技术在食品、农业、金属、机械、无机化工、有机化工、石油开采、医疗医药等行业的应用现状及趋势,预测了食品及有机化工行业将会是二氧化碳应用重要方向,并对未来我国二氧化碳利用提出了几点建议,特别是要重视并加强二氧化碳有机化工利用、燃料电池、发电等利用技术研究开发。关键词:二氧化碳;化工;食品;农业中图分类号:文献标志码:文
2、章编号:()第一作者:许海超(),男,经济师,主要从事工业气体、冷能利用技术及项目开发。,(),;(),):,.,.:;自工业革命以来,大量二氧化碳被人为地排入大气,造成的温室效应越来越引发各国政府的关注。特别是,近年来全球二氧化碳排放量保持着持续快速增长的态势。目前,全世界每年向大气排放的二氧化碳总量近 亿吨,而利用量仅为 亿吨。随着哥本哈根协议和巴黎气候协定的签订,二氧化碳减排工作也正式展开。年 月 日,在第七十五届联合国大会一般性辩论上,“碳中和”被“高亮提及”,在会上,习总书记历史性提出中国的碳排放要力争在“年前达到峰值”、“年前实现碳中和”这一目标。在碳中和形势下,国家节能减排的产业
3、政策对各类企业,尤其是高耗能企业碳减排要求更加趋严,随着环保政策趋紧,碳减排和碳中和相关政策的频出对相关企业长远发展有重大影响。在当前政策形势下,中国作为最大的发展中国家面临着很大的减排压力。单纯的二氧化碳封存不会带来任何经济效益,耗费极大,安全性也存在一定的风险。另一方面二氧化碳是一种丰富的碳资源,回收再利用不仅能够降低二氧化碳的排放,同时也能带来良好的经济效益,一举两得。因此,二氧化碳利用技术将会在我国二氧化碳减排过程中扮演重要角色。二氧化碳利用技术现状二氧化碳按照纯度不同,可分食品级二氧化碳(分液态和干冰等)和工业级二氧化碳。根据二氧化碳用途不同,可分为工业级和食品级二种,根据二氧化碳物
4、理状态又可分为气态、液态、固态、干冰三种形式。目前从全球来看,二氧化碳主要应用于食品、农业、金属机械、无机化工、有机化工、石油开采等行业,不同国家侧重点不同。.食品行业首先,二氧化碳在食品行业最主要应用是作为碳酸饮料、啤酒的压力剂,二者是消耗了大量食品级二氧化碳。与发达国家相比,我国的人均饮料 啤酒消费量仍存在较大差距,随着经济的发展,饮料及啤酒的消费量也将逐步增长,并随之带动二氧化碳消费的快速增长。其次,作为果蔬保鲜剂,二氧化碳能够很好抑制细菌的生长和果蔬的呼吸作用,延长保鲜期,实验证明一定体积分数的二氧化碳可以有效延长荔枝的保鲜期,延迟鸡蛋水样蛋白的出第 卷第 期许海超,等:二氧化碳利用技
5、术现状及未来发展趋势 现;同时作为一种保护性气体,可以抑制食品的氧化过程,并且杀灭需氧细菌、霉菌,维持食品原有的风味和营养,避免了传统冷库保鲜带来的脱水、不新鲜以及制冷高能耗等问题,也可以大量应用于贮存粮食的杀虫熏蒸,可以使储存的谷物中无药物残留,减少大气污染。在食品冷藏运输过程中,固态或液体二氧化碳还可以充当良好的制冷剂,气化挥发后无残留,避免运输过程出现滴水腐蚀现象。此外,超临界二氧化碳是一种良好的超临界萃取剂。常温常压状况下,二氧化碳对液体和固体几乎没有溶解能力,但随着压力的増加,其对有机化合物的溶解能力有明显的増加,而二氧化碳本身又是一种无毒、不燃、价廉、可提纯的萃取溶剂,已被广泛应用
6、于高附加值的精细化工、对萃取剂残留要求高的食品医药等领域,用来萃取天然色素、植物油、鱼油、维生,去除咖啡因、尼古丁、啤酒发酵苦味等等。因此,作为一种优质的萃取剂,二氧化碳将具有更加广阔的市场。.农业行业二氧化碳是光合作用的基础原料,在农业上主要用作大棚种植的气体肥料。空气中二氧化碳的体积比仅为.,在光照充足的情况下,二氧化碳成为限制植物光合作用的主要因素,因此在大棚中适当充入二氧化碳,提高其浓度,有利于经济作物的生长。试验表明,大棚内二氧化碳浓度提高至 ,蔬菜产量可提高 倍,成熟期也显著提前。目前该技术已在山东、河北等多省份推广应用,效果良好。另外,作为气体肥料,对于二氧化碳纯度要求不高,因此
7、建设二氧化碳气体肥料装置投资低,收益高,特别适合回二氧化碳浓度低的排放气。另外,二氧化碳还可以充当烟丝膨胀剂,经过充分膨胀,每箱香烟大约可节约.烟丝,而且随着另一种膨胀剂氟利昂的禁用,未来烟丝膨胀剂有望全部替代为二氧化碳。以 年我国香烟产量约 万箱为例,大约可消耗食品级二氧化碳 万吨。.金属、机械行业在金属、机械行业,二氧化碳主要用于焊接保护气、炼钢搅拌气以及机械清洁等方面。二氧化碳气体保护电弧焊是黑色金属最重要的焊接工艺之一,在金属焊接与切割领域二氧化碳应用趋于普遍,可以降低焊接金属的氧化,减少有毒物质产生,有利于提高焊接质量和保护职工健康,是一种省时省力的焊接方法,也是我国重点推广的技术项
8、目之一。采用此工艺比手工电弧焊,工作效率高,电耗低。与氩气作保护气相比,具有强度高、成本低等优势。未来随着二氧化碳焊机的增多,二氧化碳保护气的消耗量也会随之增加。在炼钢方面,目前炼钢炉底吹气常用气体为氮气和氩气,采用二氧化碳作为吹入气体,不仅炉渣量减少,而且炼钢成本也有效降低。此外,钢铁行业碳排放量大,如果能够回收二氧化碳用于搅拌气也能能够有效减少碳排放。该技术在日本已实现工业化,在我国也将大力推广。此外,干冰清洗也是固态二氧化碳应用方向之一,如清洗各式加热炉、压缩机、储罐、锅炉等各类容器上的表面污垢、积灰等,即将固体二氧化碳制成干冰颗粒,以压缩空气作为动力和载体,以干冰颗粒(直径 )为被加速
9、的粒子,通过专用的喷射清洗机喷射到被清洗物体表面,利用高速运动的固体干冰颗粒的动量变化、升华等能量转换,使被清洗物体表面的污垢、油污、残留杂质等迅速冷冻,从而凝固、脆化、被剥离,且同时随气流被清除。该方法成本低廉,设备无损伤,清洁方便。.无机化工无机化工是我国二氧化碳消耗量最大的行业,占比超过,工业化应用成熟。主要产品包括尿素、碳酸镁、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸钾、碳酸镁、白炭黑等各种轻质碳酸盐类。此类产品大多为基本化工原料,广泛用于冶金、化工、建材、轻工、电子、医药、机械等行业。以上碳酸盐多数性质稳定,经济性良好,可作为二氧化碳矿物封存的研究方向之一。.有机化工相比二氧化碳合成无机化工原
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