二氧化碳的排放现状及减排技术
二氧化碳的排放现状及减排技术
二氧化碳的排放现状及减排技术
摘要
二氧化碳排放引发的环境问题引起国际社会的广泛关注。本文介绍了物理法、化学法、生物法回收二氧化碳的现有技术，指出了适用范围，并对烟气二氧化碳回收技术进行了展望。物理性回收二氧化碳技术可分为溶剂吸收法、物理吸附法两类；化学性回收二氧化碳技术可分为化学固定技术、化学吸收法、化学吸附法、薄膜分离法和二氧化碳重组法；生物性回收二氧化碳技术可分为微生物回收技术。埋存主要选择的是枯竭的油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层和深海埋存等方式。本文还介绍了二氧化碳资源化利用的重要意义和主要方法。综述了将二氧化碳催化转化成高附加值的燃料、高分子材料、精细化工中间体的各类反应以及二氧化碳作为环境友好介质的研究进展。对二氧化碳资源化利用的发展前景和面临的挑战进行了展望。
1.背景意义无限视距
人类社会进入工业文明发展模式后，大量使用化石燃料(如煤、石油等)，排放相当多的以CO2为主的温室气体，产生温室效应，导致全球变暖。全球变暖使得自然生态系统平衡受到危害，威胁人类的食物供应和居住环境。所以，世界气候变化引起各国政府和学术界等广泛的关注。在1977年第1次世界气候大会上，气候变化成为重要议题；1997年在日本京都召开的第3次缔约方大会通过具有法律约束力和时间表的减排义务的《京都议定书》，表明经济和环境政策的全球化合作。目前大力发展低碳经济以应对全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战，成为世界各国经济发展的共识。其中，低碳经济指以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。
自从改革开放以来，中国经济快速增长，经济规模迅速扩大，已成为世界经济发展的主要动力源之一，并预计在本年末成为世界第二大经济体。中国经济处
于工业化和城镇化的发展阶段，对化石能源需求量持续增长，而二氧化碳排放主要来自化石燃料燃烧和水泥、石灰、钢铁等工业生产过程，所以中国二氧化碳排放量也将逐年增加。
2.烟气中二氧化碳减排技术
二氧化碳是在人类活动中大量产生的，主要来自于火力发电、制造业和交通运输业。以化石燃料为主要能源的电力生产中，排放的CO2量约占世界人类排放的所有CO2量的30％。同时，它也是最大的单点CO2排放源。因此，减缓与控制火力发电厂CO2的排放是减缓全球变暖的重要措施。这可以从下面三个方面考虑：
(1)提高电力生产的效率，如采用超高参数的发电机组、联合循环等；
(2)促进能源替代，如大力发展可再生能源，发展核电、水电、风电等；
(3)直接从火力发电厂的烟气中分离CO2，然后对其进行储存或加以利用。
第一种方法是首选的，它既节约了能源，降低了发电成本，同时也有效地减少了CO2的排放。但是如果要进一步大量的减少CO2的排放，而又不较大程度地改变当前的能源结构，从目前来看，只能从第三方面寻求方法和技术。
台上月下比高低打一字2.1二氧化碳的分离
(1)吸收分离法
过年的风俗习惯吸收分离法是利用吸收剂溶液对混合气体进行洗涤来分离CO2的方法。按照吸收剂的不同，它可以分为化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法是指：CO2与吸收剂在吸收塔内进行化学反应而形成一种弱联结的化合物。处理后的烟气直接排出，富CO2的吸收液被通入还原塔内，加热后将CO2释放，同时吸收剂得以再生。典型的吸收剂有单乙醇氨(MEA)，N—甲基二乙醇胺(MDEA)等，适合于中等或较低CO2分压的烟气。物理吸收法的过程跟化学吸收法的过程相似，只是吸收剂对CO2的吸收是按照物理溶解的方法进行的。主要的吸收剂有甲醇等，此法较适合高CO2分压的烟气。
十一放假安排2022年(2)吸附分离法
吸附分离是基于气体与吸附剂表面上活性点之，间的分子间引力实现的。
CO2的吸附剂一般为一些特殊的固体材料，如：沸石、活性碳、分子筛等。吸附过程又分为变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)。
(3)膜分离法
膜分离法又分为气体分离膜技术和气体吸收膜技术两类。
因为膜分离技术结构简单，操作方便，所以已经成功用于石油、天然气、化工、食品、海水淡化等等。但是在CO2分离方面还处于试验阶段。炸酱面怎么做
(4)低温分离法
在31℃和7．39 MPa下，或在23～12℃和1．59~2．38 MPa下，CO2具有液化的特性。
低温法利用CO2这一特性对烟气进行多级压缩和冷却，使CO2液化，从而达到分离的目的。
此方法优点是CO2分离效率和纯度都很高，不过由于多次压缩等原因，此方法的能耗非常高。
(5)O2／CO2循环燃烧方法
采用纯氧或富氧燃烧可以改善燃烧速度，提高燃烧温度，从而提高热效率。这样产生的烟气富含CO2，可以作为再循环烟气调和燃烧温度。用这种方法产生的烟气中CO2浓度非常
高，使分离更加容易。这时候再应用比较成熟的MEA法可以大大的降低分离能耗。
2.2二氧化碳的储存
储存的主要问题是如何合理选择储存点。按照目前的观点，较为合适的储存点有枯竭的油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层和深海等。
2.2.1枯竭油气藏埋存
油气藏包括多孔储层、盖层。超过一个世纪的开发，数以千计的油气藏接近经济开发界限，成为枯竭油气藏，一些油田可以成为埋存二氧化碳的场所。枯竭的油气藏对于埋存二氧化碳均具有以下优势：埋存二氧化碳开发成本低；储层证实是圈闭，可埋存油气几百万年；储层地质特征清楚；部分原有油气生产装置可以用于注入二氧化碳。
2.2.2深部盐水储层埋存
许多地下的含水层可以埋存二氧化碳，这些含水层在较深的地下且含有盐水，这些水不能作为饮用水。二氧化碳溶解在水中，部分与矿物质缓慢发生反应，形成碳酸盐，从而实现
二氧化碳的永久埋存。适合的含水层还必须有低渗透的盖层，使二氧化碳的泄漏减少到最低。深部含水层二氧化碳的注入技术与枯竭油气藏的相同。
2.2.3不能开采的煤层埋存
二氧化碳若被注人于合适的煤层，会被吸附，实现永久埋存。二氧化碳有选择地替换煤层中的甲烷。尽管甲烷已经采用减压法被开采，但是采收率只有50％。注入二氧化碳可使更多的甲烷被采出，同时二氧化碳被吸附。煤层可吸附2倍于甲烷的二氧化碳。如果燃烧再次开采的甲烷，燃烧后的二氧化碳再回注煤层，就可提供高纯度的二氧化碳。
2.2.4深海埋存
深海是二氧化碳最大的埋存场所，研究表明目前80％的二氧化碳排放量最后被海洋吸收。从20世纪70年代起，捕获的二氧化碳直接注入深海，它只是加速了相关的自然过程。
深海埋存二氧化碳有两种方式：①使用陆上的管线或移动的船只将二氧化碳注入到水下1500m，这是二氧化碳具有浮力的临界深度。在这个深度二氧化碳将被有效地溶解和驱散。②使用垂直的管线将二氧化碳注入到3000m深处，由于二氧化碳的密度比海水大，二
氧化碳不能溶解，只能沉人海底，形成二氧化碳液体湖。移动船可将固体二氧化碳投入二氧化碳液态湖中，由于固体二氧化碳密度高且具有传热特性，在下沉过程中只有非常小的溶解量。
2.3二氧化碳的利用
2.3.1CO2转化为燃料
CO2催化氢化可以生成甲醇。甲醇是化学工业中非常重要的产品，由于它易于储存和运输，被视为可以替代化石燃料的新型燃料之一，同时也是合成其他燃料的重要中间体。用于催化转化合成气的CuO／ZnO／ZrO2催化剂对于CO2与H2直接氢化合成甲醇也非常有效，用不同的金属氧化物作为添加剂修饰这种碱性催化剂，可以增加催化剂的活性和稳定性。除Zr02，A1203，Ti02，Ga203外，
暑假日记大全100字含有B，Cr，V，W，Mn的化合物及其氧化物也被广泛用作添加剂用于对上述催化剂的改性研究。
最近研究发现|，氮杂卡宾可有效催化CO2还原转化为甲醇。该方法是以羟基硅烷作为氢给
体，CO2在常温、常压下选择性地转化为甲氧基硅烷产物，且进一步在碱性条件下进行水解，获得甲醇的收率大于90％。与过渡金属催化剂相比，氮杂卡宾表现出更高的催化效率，且反应条件更温和。
2.3.2CO2转化为高分子材料
CO2与环氧化物共聚合成的聚碳酸酯具有许多优良的性能，被广泛应用于工程塑料、生物降解的无污染材料、汽车工业以及医药卫生等领域。研究最早的用于CO2与环氧化物共聚的催化体系是金属锌类催化体系(包括烷基锌和羧酸锌催化剂等)。在此基础上，人们开发了多种基于金属锌的催化体系(包括苯氧基锌镉催化剂、 —二亚胺锌催化剂和吡啶—锌催化剂等)用于CO2与环氧化物的共聚。其中，金属锌类催化剂是研究最多、最深入、催化活性最高的催化剂。

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