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