工业废气二氧化碳的回收利用

工业废气二氧化碳的回收利用

王旭

天津健威泽节能环保科技股份有限公司天津市300403

摘要：我国化工业发展迅速，在生产效率提升的同时，生产排放的废气总量也不断增加，其中二氧化碳是导致全球变暖的主要因素之一。对于化工生产来说，二氧化碳可以进行回收重新利用，不但可以降低对环境的污染，同时也可以提高资源利用效率。本文从技术角度出发，对二氧化碳的回收利用进行了简要分析。

关键词：二氧化碳；回收利用；效益

引言

对二氧化碳进行回收利用，是贯彻节能减排以及资源循环利用理念的要点。想要提高二氧化碳回收利用效率，就需要结合其所具有的特征，从技术角度出发，分析回收、利用现状与要求，选择合适的技术，进行有效分离、回收，最后选择渠道进行重新利用，提高资源利用效率。

1.二氧化碳综合利用的必要性

随着工业发展，我国二氧化碳的排放量也在逐年上升。随着国际碳排放贸易（JT）和清洁开发机制（CDM）在发达国家的实施，温室气体排放的生产元素逐步由发达国家向发展中国家转移。发达国家通过在国外获取温室气体减排抵消额的规模不断加大，速度也不断加快，我国已成为发达国家碳排放贸易交易的主要对象，而我国在2012年以后已经开始旅行高比例的温室气体减排义务，谈贸易的逐步深入、温室气体减排措施的缺乏和国内不断藏家的温室气体排放量的矛盾日趋明显，加快二氧化碳的利用研究已显得日益必要和迫切。

目前，我国二氧化碳的年排放量已超过30亿吨，占世界排放量的10%以上，居世界第二位。搞好二氧化碳的综合利用，对发展循环经济、转变经济增长方式、建设资源节约型和环境保护型社会、环节资源短缺矛盾和环境压力、促进人与自然和谐发展具有重要意义。

2.二氧化碳回收技术在新型化工产品制造企业中的应用

传统的化工产品制造业中，以耐火材料的主要原料氧化镁为例，主要生产方式为镁矿石的高温窑分解，反应为MgCO3→MgO+CO2，在生产过程中二氧化碳作为副产品与氧化镁的产量比约为1：1，回收利用效益价值显著。目前全球范围内现有的窑分解技术主要有两种：一种是立窑（竖窑），一种是内燃式回转窑，由于技术的局限性，两种生产方式不可避免的燃料及空气均需与产品直接接触，二氧化碳产品气体因助燃空气中大量氮气及其他杂质气体的混入，以现有的二氧化碳回收技术手段而言，基本不具备回收利用的价值，大多数企业均作为工业废气利用或直接排放。为此我公司与坐落在被誉为我国镁都“营口大石桥”的辽宁洁镁科技有限公司一起经过多年研究，共同研发出新型的“外燃式回转窑配套余热发电及二氧化碳提纯液化回收技术”，攻破了现行技术瓶颈。

早在2013年中旬，在经过多年的试验阶段顺利通过得到政府支持后，作为省市重点项目，两公司共同投资在大石桥市的南楼经济开发区新建两条15万吨/年氧化镁生产线以及配套余热发电和二氧化碳提纯液化回收系统的厂区，在2015年顺利投产，经过两年的调试运转，于2017年初两公司又进一步扩建了4条氧化镁外燃式回转窑系统（余热发电及二氧化碳提纯液化回收系统已在一期预留），于2018年初顺利投产至今运转稳定，二氧化碳产品品质满足国家食品级指标要求。该技术主要的工艺流程如下：

首先，物料通过外燃式回转窑技术，由回转窑体外侧进行加热煅烧，在窑内侧进行受热分解，分解得到的二氧化碳气体与燃料燃烧的废烟气之间相互隔离，通过引风机直接由回转窑内部抽出，避免空气接触混入，现场实测纯度可达90%以上。

抽出的的二氧化碳气体由于温度较高（800-900℃），先经过二氧化碳余热锅炉系统降温回收废气热量，控制排出气体温度在高于露点温度40℃左右，然后借由引风机及管道系统鼓入二氧化碳预冷却储罐内，控制出口表压力0.02MPa，降温至常温状态，以脱去大部分气体中所携带的水份（原料的游离态水及结晶水）后进入二氧化碳提纯液化系统。

二氧化碳气体在提纯液化系统中依次经过：

a.通过三级压缩由0.02MPa提高至2.6MPa，同时由级间冷却继续脱去绝大部分水份。

b.经过脱硫塔除去大部分硫化物。

c.经过干燥床进一步去除气体夹杂水份，控制水份含量≤20ppm，干燥床一用一备，水份接近指标时启用备用床，运行床退出再生。

d.经过吸附床将气体杂质进行再一次精脱，控制硫含量≤0.1ppm。

e.通过冷却器将二氧化碳气体由氨压缩制冷机组提供冷量冷凝成液态。

f.液态二氧化碳通过精馏塔，利用精馏原理（即：其他气体杂质与二氧化碳沸点不同）实现进一步提纯，从而在塔底得到合格的食品级二氧化碳产品。

g.合格的产品液体经过储罐储存，可直接外销或进一步经过干冰机组制作成干冰外销。

3.二氧化碳的常规应用

二氧化碳在饮料制造行业的用量最大，约占二氧化碳消费量的30%，气体保护焊二氧化碳的用量也较大，约占二氧化碳消费量的30%。

3.1气体肥料

实验表明，在塑料大棚内施二氧化碳6～38天，使空气浓度达到1%～5%，蔬菜产量可提高近2～5倍，成熟期可缩短2～5天。在大豆绿豆芽开始培养12h后向床层通入二氧化碳气体，可刺激豆子胚胎长长、长粗，豆子光泽呈半透明状。目前二氧化碳作为气体肥料已在很多省份大面积推广应用。由于用作肥料的二氧化碳纯度要求不高，制备投资小，因此合成氨厂回收利用二氧化碳并作为肥料供应，可创造出极好的经济效益和社会效益。

3.2果蔬保鲜剂

二氧化碳保鲜是指通过注入高浓度的二氧化碳来降低空间的O2含量以抑制果蔬的生物呼吸，制止病菌生长。有关研究表明，在荔枝贮藏室通入二氧化碳，在浓度达到1%～3%时，可使贮藏期达30日而基本保持原有的鲜泽和风味，把鸡蛋放在二氧化碳浓度为30%～60%的气体中，二氧化碳通过蛋壳渗透至蛋清内，就可延迟形成水样蛋白的速度达到保鲜的目的。二氧化碳还可用于粮食、水产品、花卉的保鲜及防虫等。

3.3超临界萃取

超临界萃取是利用流体处于超临界状态时具有很强的溶解能力而粘度最低的性质来萃取分离某物质。具有分离效率高、可在低温下进行的特点，适用于分离热敏性和易氧化物质。二氧化碳因价廉、安全、超临界温度和压力低、萃取效率高、选择性好而被广泛用于从香料植物中提取香料、从油料植物中提取油脂、从咖啡豆中提取咖啡、从烟草中萃取尼古丁等。近年来，在食品、医药、环保等行业上用于分离、提纯、监测分析，如超临界二氧化碳，可以在很短的时间内从污物中萃取有机化物，亦可从鱼体组织中分离出积累的各种有毒物，以确定环境的污染程度。

3.4用于污水处理

由于二氧化碳呈弱酸性，可用于处理碱性污染物。排出碱性污水的工厂有印染、金属加工、炼油、乙烯生产和造纸行业。用含二氧化碳的烟道气处理纸浆废液，不仅可使废液得到中和，而且还可以从每吨废液中回收200～300kg硫酸盐木质素。德国Hoeel博士发明的二氧化碳再生离子交换法CARIX可对化肥厂的循环冷却水系统进行处理，从而提高水质。

4.二氧化碳作为化工原料的利用

用二氧化碳生产碳铵、尿素、碳酸二甲酯等化工产品是当前国内二氧化碳化工利用的重要方面。

4.1以焦炭为原料，O2和二氧化碳为气化剂生产CO

全国化工煤化工设计技术中心站协同济南石油化工股份有限公司共同开发了以焦炭（无烟煤、石油焦）为原料，O2和二氧化碳为气化剂，常压固定床气化炉制高纯度CO气的成套工业化技术，用于生产甲酸。

4.2二氧化碳和H2为原料制甲醇

韩国科学技术研究院纳米技术研究中心正在开发二氧化碳和H2生产甲醇的新工艺。该工艺生产甲醇的成本预计低于100美元/t。100kg/d的甲醇中试装置已于2004年4月投运。

4.3用二氧化碳和H2直接生产二甲醚

日本关西电力公司和三菱重工业公司正在开发用二氧化碳和H2直接生产二甲醚的新方法，从工业装置排放气中回收的二氧化碳和H2反应生成甲醇，甲醇再脱水生成二甲醚。

结语

虽然伴随着社会化工业发展速度的加快二氧化碳排放量不断增加，但是其具有较高的利用价值，可以选择合适的回收利用技术，提高气体回收效率，然后将其应用到各个领域中，不但可以解决环境影响问题，同时也可以提高资源利用效率。

参考文献

[1]田树杰.脱碳解吸气提纯食品级二氧化碳在我公司的应用[J].化工设计通讯.2006，32（4）：13-15.

[2]蓝春树，柯钟.环氧乙烷/乙二醇装置二氧化碳的回收与利用[J].化工进展，2009（S1）：297-300.