二氧化碳用途综述与生产现状

二氧化碳用途综述与生产现状

二氧化碳是自然界中最丰富的气体之一，是大气的一部分，也包含在某些天然气或油田伴生气中。大气中新增的二氧化碳主要来源于含碳物质发生的化学反应（包括燃烧、分解等）以及动植物的新陈代谢过程。

有关数据显示，全球每年排放二氧化碳量达140亿吨，其中90亿吨成为污染环境的废气，危及人类生存空间。我国每年二氧化碳排放总量超过15亿吨，仅次于美国。进入21世纪后，随着可持续发展战略的实施，国内各界已清晰地认识到二氧化碳造成环境污染的问题迫在眉睫。如何在科学有效地治理二氧化碳排放的同时，保证国民经济高速发展，成为当今亟待解决的课题。减少二氧化碳排放的一个重要途径是尽快使二氧化碳应用产业化、规格化。

1. 二氧化碳的性质

二氧化碳（CO2）气体俗称碳酸气，是碳的高价氧化物，分子式：CO2，分子量：44.01，常温常压下无色、无味、 无毒，相对密度1.53，略带微酸刺鼻气味。熔点-56.60℃(0.52Mpa)，沸点-78.6℃。微溶于水，溶液呈弱酸性。通常情况下，二氧化碳化学性质稳定，不燃烧、不助燃。但在一定条件或适宜的催化剂存在的情况下，二氧化碳也参与一些化学反应，如高温下的还原反应（CO2+C=2CO），有机合成反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）；生化反应（6CO2+6H2O=C6H12O6+6O6）等等。

2. 二氧化碳用途

二氧化碳具有较高的民用和工业价值，在多种领域有着广泛应用，是一种非常宝贵的资源。不仅广泛应用在石油开采、冶金、焊接、低温冷煤、机械制造、人工降雨、消防、化工、造纸、农业、食品业、医疗卫生等方面，还可应用于超临界溶剂、生物工程、激光技术、核工业等尖端领域。近年来开发出的新用途如棚菜气肥、蔬菜（肉类）保鲜、生产可降解塑料等也展现良好的发展前景。

2．1 石油开采

液态二氧化碳以其易溶于地下油层的特性和1t液态二氧化碳可以驱出3t原油的良好效果，被国际上许多大油田广泛用作驱油剂。二氧化碳在地层内溶于水后，可使水的黏度增加20~30%，运移性能提高2~3倍；二氧化碳溶于油后，原油体积膨胀，交可使原油黏度降低1.5~2.5%倍，降低油水界面张力，有利于增加采油速度、提高洗油效率和收集残余油。实践证明利用该方法一般可使油藏最终原油采收率提高10%~15%。

国内许多油田开展了二氧化碳采油的科技攻关，取得了良好效果。

日前，中原油田二氧化碳生产装置已建成投产，回收炼油厂烟道气中二氧化碳，产能达20kt/a（液态），产品将全部用于中原油田3次采油。预计可提高原油采收率15%~20%，年增加原油产量50kt以上。中原油田将成为我国二氧化碳驱油剂使用量最大的油田。大大减少了二氧化碳直接对空排放和污染环境。

吉林油田通过开展二氧化碳系列增产技术的研究，解决了二氧化碳吞吐和二氧化碳泡沫压裂现场应用中存在的有关问题，取得了具有较高科技水平的攻关成果。该成果分别在吉林油田低渗油藏、辽河高凝油藏及中石化新星公司东北石油局气藏进行试用，共试验了17口井21层，创产值177.5万元，取得了明显的经济效益。达到无伤害或低伤害的油气藏改造效果，在低渗透油田的勘探开发上具有较高的优越性。该科技成果为全国低渗透、强水敏、低压油气藏增储上产提供一有效途径。

辽河油田的原油品种主要为稠油，与稀油相比，开采成本高、价格低。近年来，该油田采用二氧化碳吞吐等技术，提高了不同的地质环境及不同的油品特性油藏中难动用区块的油能和储量运用程度，从而达到改善开发效果和提高最终采收率，降低经营成本的目的。

2．2 用作烟丝膨胀剂

我国烟草行业使用的传统烟丝膨胀剂是氟氯碳化物-11，众所周知它破坏臭氧层。作为《蒙特利尔议定书》缔约国，我国政府承诺2007年以前全面禁止使用氟氯碳化物-11。《中国烟草行业氟氯碳化物-11整体淘汰计划》的目标是：2006年12月31日，全部淘汰氟氯碳化物-11的使用。二氧化碳是我国烟草行业首选膨胀剂。

使用二氧化碳（液体，食品级）膨化处理的香烟烟丝蓬松度和柔软度更加均匀，膨化过程中又能有效带出烟油及泥古丁等有害物质，从而提高烟丝的质量，节约卷烟过程中烟丝的用量，并能改善香烟口感。膨化1万箱香烟所需的烟丝，需消耗二氧化碳约300吨。我国每年香烟产量在2000万箱以上，二氧化碳在烟草行业中具有很好的推广应用前景。

2．3 用作植物气肥

二氧化碳是植物的粮食，是光合作用的主要原料。植物叶绿素在光合作用下吸收二氧化碳产生植物淀粉。这是植物生长的自然规律。

改革开放以来我国各地温室大棚产业蓬勃发展，给百姓带来了极大地便利和实惠，现在各地又出现了果蔬大棚、鲜花大棚等反季节、大规模棚栽生产。大棚相对密闭，棚内植物光合作用旺盛需消耗大量的二氧化碳，使棚内有限空间内的二氧化碳浓度低于植物光合作用所需浓度，影响棚内植物生长。用二氧化碳制成气肥，适当加大植物生长空间中的二氧化碳浓度，可增加植物的干物质从而达到增产的目的。由山东农科院，大连化工公司研制成二氧化碳气肥，在山东、河南、辽宁、吉林、黑龙江等省的蔬菜大棚大面积推广使用，增产幅度在20%以上。

2．4 用作溶剂

二氧化碳容易纯化，价格便宜，容易作到循环使用，无毒且温室效应小，被誉为21世纪的环保溶剂。人类生产生活过程中要使用数不胜数的各类有机溶剂，对溶剂的处置成为一个巨大的环保问题。使用超临界二氧化碳作为溶剂不但可以大大减轻环境压力，而且能节约了大量的溶剂资源。

二氧化碳化学性质稳定且无毒，在萃取条件下不发生化学反应，避免了对萃取物的毒害和对环境的污染。液态二氧化碳是食品、医药及化妆品工业的优良溶剂，也是生物活性物质超临界萃取的优良工质。二氧化碳超临界萃取操作条件温和，易于控制。可以在接近室温的温度（35~40℃）和易于控制的压力（8～20Mpa）条件下进行，且能有效地保持生物活性。在不同的压力、温度区间，二氧化碳对不同物质的溶解萃取能力有良好的选择针对性，使萃取更为高效，萃取物纯度更高。尤其是在生物制药、食品和保健品等领域，采用二氧化碳超临界萃取技术萃取时，提取物中的耗氧微生物将被完全杀死，生物活性物质却不被破坏。国内有关研究部门已经利用二氧化碳超临界萃取提纯出一百多种生物活性物质，目前部分技术已成功进行了工业基础转化。

2．5 用作发泡剂

目前世界上聚苯乙烯（PS）消耗量巨大，仅美国的年耗量就达3000万吨以上。在PS发泡片村挤出的制造过程中，使用传统的发泡剂是氯氟烃（氯氟碳化合物），氢氯氟烃（HCFCS）和链烃。氯氟碳化合物和氢氯氟烃会引起全球变暖和臭氧层消耗，为国际社会所禁止；链烃具有易燃性，影响生产安全。

最近，陶氏化学宣布他们开发出用100%二氧化碳作为发泡剂挤出PS发泡片材的新工艺。该公司已在世界范围内发放以二氧化碳替代现有聚苯乙烯泡沫板用发泡剂的新技术许可证。

二氧化碳不燃，增加了生产安全；环境友好，不会消耗臭氧层，对全球变暖的影响小（HCFC-22的全球变暖潜能约为二氧化碳的1700倍，CFC-12约为二氧化碳的5800倍）；价格便宜，用量小，易于回收利用，经济实用；无毒，适于制作可降解饮食餐具。因此，相对而言，二氧化碳是一种更安全更利于环保的以泡剂。另外，使用二氧化碳以泡剂生产的PS以泡包装物具有更好的廷展性，不易折断和更长的使用寿命。因此使用二氧化碳作为发泡剂在环境和工业应用上都具有很大优势。

2．6 用作焊接保护气

二氧化碳气体保护焊是一种明弧、低氢型焊接法，施焊时可以观察到电弧和熔池，焊接基本上没有熔渣，焊后不需要清渣和校正。焊缝的含氢量极低，不易产生冷裂缝和气孔。用半自动焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分方便。二氧化碳保护焊接是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的的焊接方法。具有变形小、油锈敏感性低、抗裂、致密性好等特点。用于焊接低碳钢和低合金钢时更为明显。日本等发达国家二氧化碳保护焊接法焊接量已占焊接总量的40%以上。目前我国二氧化碳保护焊接法焊接量仅占焊接总量的5%，低于全球平均水平。

在我国二氧化碳保护焊从1964年开始推广，至今仍是我国重点推广的技术项目之一。现已有一些国际知名的二氧化碳保护焊机厂商在我国投资建厂，随着二氧化碳供气站等配套设施不断完善，二氧化碳保护焊必将得到越来越多的应用。

2．7 用作果蔬、肉类保鲜剂

主浓度二氧化碳充气包装系统是当今国际上公认的最有效的鲜肉保鲜技术。在鲜肉气调保鲜中，二氧化碳和氮气是两种主要的气体。

果蔬气调保鲜因其不使用化学防腐剂而深受人们欢迎，是国际上广泛使用的一种果蔬保鲜方法。二氧化碳气调保鲜就是人为地控制果蔬贮藏环境中二氧化碳等气体的浓度，使果蔬处于适合的气体环境中贮藏。二氧化碳能抑制需氧菌和霉菌的繁殖，延长细菌的停滞期和延续其指数增长期，延长果蔬保质期。

我国气调保鲜贮藏库正处于发展阶段。自1978年在北京建成我国第一自行设计的气调库以来，广州、大连、烟台等地相继建成气调保鲜库，用来保鲜苹果、猕猴桃、洋梨和枣等。华南农学院有关研究表明，用13~30%二氧化碳气体浓度的条件下气调贮藏荔枝，可在30~40天基本保持荔枝原有的色泽和风味。

2．8 用作饮料添加剂

饮料行业曾经是我国二氧化碳产业的最大市场，近年来所占市场比重逐渐减少是因为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、可口可乐等碳酸饮料充气添加剂。广州氮肥厂年产10kt的食品级二氧化碳全部供给健力宝饮料使用。据统计，1998年美国人均消耗饮料为147㎏/a，我国人均消耗饮料为4㎏/a，远低于全球人均21.3㎏/a的水平。二氧化碳在饮料行业的发展前景仍十分乐观。

2．9 用于灭火

二氧化碳是传统的灭火介质之一，但由于液态二氧化碳储存压力较高，消防器具笨重，使用受到了很大的限制。除专用领域外，消防应用大部分被哈龙等灭火介质替代。

2000年11月新建“轻质二氧化碳灭火器瓶体生产线”合同签字仪式在山东维坊举行。该项目利用《蒙特利尔议定书》多边基金赠款605万美元，建立年产60万具轻质二氧化碳灭火器瓶体生产线，充装二氧化碳后替代1211等灭火器具。该项目的建设也标志着二氧化碳将更广泛应用于消防领域。

2．10 用于制冷

二氧化碳作为最早采用的制冷剂之一，在上个世纪并直至30年代得到了普遍使用，但由于技术等原因绝大部分应用被氯氟烃等制冷剂所取代。20世纪七十年代，氯氟烃（氯氟碳化物），氢氯氟烃（HCFCS）因被发现破坏臭氧层及温室效应指数较高而面临全面禁用。在此背景下，及超临界循环的二氧化碳制冷系统以其优良的环保特性、良好的传热性质、较低的流动阻力相当大的单位容积制冷量，在制冷领域重新被采用。以二氧化碳为工质的制冷系统技术一旦成熟，必将使其它制冷工质黯然失色。

2．11 用于生产无机化工产品

二氧化碳与金属或金属氧化物为原料生产的无机化工产品主要有轻质碳酸镁、轻质碳酸氢纳、轻质碳酸氢钠、轻质碳酸钙、轻质碳酸钾、轻质碳酸钡等，这些产品可广泛用于冶金、化工、轻工、建材、医药、电子机械等行业。

此外二氧化碳还能用于“C1化学”的各分支。如可以用来生产轻质氧化镁、制造合成气、生产硼砂，生产白炭黑等。

2．12 用于生产有机化工产品

以二氧化碳为原料可以制造众多的有机化工产品，如可以生产尿素、水杨酸、碳酸丙烯酯、碳酸乙二醇酸、甲醇、甲酸、甲烷等。由于人们对二氧化碳的研究还不充分，有许多产品因催化剂等原因尚未工业化。但其巨大的环保意义和经济价值已经引起各界的关注。随着世界各国“C1化学”研究的深入，二氧化碳的化工应用必将不断获得新的突破。

2．13 用于合成有机高分子化合物

自1979年人类首次发表利用二氧化碳作原料合成高分子化合物的研究报导以来，这方面的开发研究十分迅速。目前已成功合成了许多品种高分子化合物，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，其中不少已进入工业化阶段。

3. 二氧化碳的国内处生产现状

国外二氧化碳主要来源于制氢工厂、合成氨工厂、钢铁厂、石化厂以及酿制业等工业副产，还有少部分来自天然二氧化碳气井。目前全球商品二氧化碳总量约为11.5Mt/a。发达国家二氧化碳主要消费领域是饮料碳酸化、食品加工（冷冻、冷藏、研磨和惰化）、油（气）井操作、焊接保护、铸造、灭火、清漆和油漆溶剂、金属冷加工、化学品和医学品生产、橡胶和塑料加工等。

目前我国二氧化碳产销量约为1Mt/a。接近日本上世纪90年代初的市场规模。

近年，国内二氧化碳市场需要量的快速增长，引起世界各大工业气体公司及二氧化碳消费企业的高度重视，如英国的BOC公司，美国的普来克斯公司，日本的岩谷公司，德国的林德公司，梅塞尔公司以及我国的台湾泾福公司，美国可口可乐。百事可乐公司等先后在资源丰富、市场潜力较大的省市投资建厂。

4. 市场预测

综上所述，二氧化碳既是一种来源广泛、廉价易得的基本化工原料，又是可回收利用的环保型产品，应用领域广泛，市场潜力十分巨大。它的应用价值已经引起人们的高度重视，发展势头十分强劲。随着二氧化碳应用技术的进一步发展完善，将很快形成科学的二氧化碳产业链。二氧化碳变废为宝的梦想一定会实现。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2a133934af45b307e8719795.html