二氧化碳综合利用研究

二氧化碳综合利用研究

2013年10月

二氧化碳综合利用研究

CO2是碳及含碳化合物的最终氧化物。CO2在自然界的存在相当广泛，它直接参与大自然的形成，影响人类和生物界的生存，空气中的二氧化碳约占0.039%，二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。随着人们对CO2的深入认识，其生产、应用和研究愈来愈引起人们的重视。

一、二氧化碳的物理化学性质

二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。

CO2相对分子质量: 44

气体相对（空气）密度：1.524 (0℃,1atm)

气体密度： 1.96g/L(0℃,1atm)

液态CO2相对密度：1.101（-37 ℃）沸点：-78.5 ℃。临界温度31.06℃，临界压力 7.382MPa。

固态密度: 1560kg/m3(-78℃)

CO2没有闪点，不可燃，不助燃（镁带在二氧化碳内燃烧生成碳与氧化镁，这是唯一的例外）；可与水、氢氧化钙等反应。

液体CO2和超临界CO2均可作为溶剂，超临界CO2具有比液体CO2更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。

固态二氧化碳俗称干冰，干冰升华后可以吸收周围的热

量使温度迅速降低。

空气中二氧化碳的体积分数为1%时，感到气闷，头昏，心悸；4%-5%时感到眩晕；6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。

二、二氧化碳的产品标准

1、工业液体二氧化碳 GB/T6052-2011

2、焊接用二氧化碳 HGT2537-1993

3、食品添加剂液体CO2 GB10621-2006

三、二氧化碳应用领域

近几年，CO2的应用领域得到广泛的开拓。除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，农业、国防、医疗等部门都使用CO2。以CO2为原料可以合成基本化工原料，比如合成甲酸、

草酸及其衍生物，合成羧酸和内酯；合成高分子化合物与可

降解塑料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；CO2还可应用于采油、激光技术等尖端领域。具体情况如下：

3.1 食品加工行业（食品级CO2）

使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2

饮料行业是国内食品级CO2的主要应用市场。按碳酸饮料行业标准，每吨碳酸饮料CO2的添加量为1.5%-2%，目前，我国碳酸饮料的人均年消费量不到5kg，与发达国家和地区相比有较大的差距，发展潜力较大。

另外，采用液体CO2、干冰速冻及CO2气调法贮存食品，可不添加任何防腐剂，保持适当低温，使水果、蔬菜获得良好的贮存效果，使食品保存期延长并保持其新鲜度。从长远看，为适应国际食品市场竞争的需要，食品冷冻保鲜和贮存粮食的杀虫熏蒸剂，仍将是国内CO2 潜在的广阔市场。

3.2 气体保护焊

使用标准：HGT 2537-1993 焊接用二氧化碳

CO2保护焊是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的焊接方法。早在1964年我国就开始了CO2气体保护焊工艺的推广工作，已经在集装箱、船舶、汽车以及金属结构的焊接中得到应用，其中集装箱工业主要在深圳基地，船舶工业主要集中在大连、上海等基地应用最为广泛。

3.3 石油开采

使用标准：GB/T 6052-2011 工业液体二氧化碳。

由于二氧化碳易于达到超临界状态，处于超临界状态时，其性质会发生变化，其密度近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有较大的溶解能力。原油溶有二氧化碳时，原油流动性、流变性及油藏性质会得到改善。因此，二氧化碳的特殊性质非常适合于低渗透油藏开发。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%-15%，延长油井生产寿命15-20年。二氧化碳被注入井下后，约有50%至60%被永久封存于地下，剩余的40%至50%则随着油田伴生气返回地面。

20世纪80年代以后，二氧化碳驱油技术得到广泛的应用，美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，已成为油田提高采收率的主导技术之一，二氧化碳驱油项目108个，每天产油25万桶。

在国内，利用CO2作为油田注入剂已得到了实际应用，油田试验证实了CO2是一种有效的驱油剂，吉林、新疆、大庆、胜利油田进行的研究试验，均积累一定的实践经验。吉林油田开展了CO2 清洁泡沫压裂研究，形成了CO2清洁泡沫压裂新体系，降低了压裂液成本，提高了压裂液综合性能，并在井现场试验获得成功。

胜利油田利用CO2驱油提高采收率。2007年，中石化决定在胜利油田高89-1块进行二氧化碳驱油先导性试验，二氧化碳的注入使对应的5口生产井产量上升，井组日产油从31.6吨上升至42.1吨，累计增油7500吨。其中高89-9井产量从注

入前的每日4.5吨，上升到目前的9吨，增长了1倍。

3.4 用于烟丝生产

使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2

液体CO2用于烟丝的膨胀处理，可使每箱香烟节约5%-6%烟丝，并可提高烟丝的质量。每箱香烟所需烟丝膨化剂为30kgCO2。目前国内有上海、宁波、昆明、广州等卷烟厂使用这项技术，具有良好的推广应用前景。

3.5 超临界萃取和干洗

使用标准：GB 10621-2006食品添加剂液体CO2

CO2在临界点以上，将会以超临界液体存在，其密度为0.2 -0.7g/cm3，临界温度为31.4℃，接近于室温，无毒、不燃、价廉、可提纯，工作性能相当好，萃取能力远远超过有机溶剂。超临界CO2萃取在一些项目中已获得应用，实例有鲜花生油、麦胚芽油、紫苏类植物油、鱼香精咖啡和高级烷醇等。

目前最普遍的干洗技术是采用烃类（石油类）、氯代烃作为溶剂。但此类溶剂闪点低，易爆易燃，干燥慢，毒性较高。干洗行业一直在寻找一种既清洁卫生安全高效的洗涤溶剂，目前已推出液体二氧化碳新型清洗剂，洗净值比石油溶剂高，略低于四氯乙烯，但在渗色、防污物再凝集等方面比四氯乙烯更好。

3.6 合成可降解塑料（CO2生产脂肪族聚碳酸酯多元醇）

使用标准：聚合级CO2（纯度99.99%）