浅谈CO2的分离与回收
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摘 要：由于石油、煤、天然气等化石燃料的使用，排除了大量的co2含量逐年增加。据计算，目前每年排入大气的CO2高达290亿吨，而约有一半的CO2存留于大气之中，工业化前空气中CO2的浓度是280 ×10-6 moI/1，现已高达 360×10-6 moI/1。CO2已造成严重的污染，引起全球的温室效应，温室效应引起的生态环境变化又威胁着人类的生存与发展。因此，防治CO2浓度继续上升已成为保护地球环境的重要课题。
中图分类号：TQ116.3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）03-0277-01
一、分离和脱除C02的意义及应用
1.CO2的温室效应。近年来，被称为空中死神的“酸雨”已在我国长江以南广大地区频频降临，目前，酸雨区面积已占国土总面积的近50%，并正在日益扩大。酸雨是指pH值小于5―6的雨雪或以其他方式形成的大量的大气降水，如雾、露、霜等，是一种严重的大气污染现象，主要是由空气中的SO2、CO2等酸性气体溶入其中而造成的。
2.燃料中酸气的危害。天然气是重要的化工原料和清洁能源，人类的需要量不断增加。在能源结构中，我国天然气约占能源总量的2%，而国外的比例达20%。但是新采集的天然气通常含有6―14% CO2和大于10%H2S（某些地区高达71%）。另外水煤气和高炉气中也都含有大量的酸性气体，这些酸性气体不仅影响商品气体质量，而且在温度低时与其中的水分结合形成酸液，严重腐蚀设备、管线。
3.三次采油中的CO2利用。石油采集中由于压力不断下降，为提高采出率常采用注入CO2的强化采油技术（Enhancedoil Recovery，简称EOR）来提高石油采收率，近年在发达国家推广运行很快。高压CO2注入油田后，有助于提高采油率，特别是经过一次和二次采油后的衰老油井，通过压入CO2对残留在井下的石油可进行第三次开采。但被采集到石油及泾类气体中含有相当高浓度的CO2（一般50―80%），为了降低采油成本，提高采油量，必须从伴生气中把CO2分离出来再注入油中，而回收和分离CO2直接关系到石油产品的质量和成本。
4.封闭场所CO2的脱除。在密封或半密封的可居住环境中（如潜艇及空间站），不断除去由生理活动产生的CO2非常重要。即从呼出空气中分离高浓度的CO2、循环利用有限空间也是一个相当重要的课题。
5.碳资源。20世纪70年代的全球能源危机使人们已清楚的认识到地球上的矿产资源是有限的，目前世界上应用最广的碳源―石油与天然气到下世纪中叶将枯竭，必须有新碳源补进去，而丰富的CO2完全可以作为新碳资源。另外CO2未做碳源，其最大优点是可以同时解决由CO2累计后产生的温室效应问题，使地球上CO2达到良性循环，所以CO2的利用越来越受到人们的重视，许多国家都在研究把CO2作为“潜在碳资源”加以利用。
世界上许多国家对CO2的资源利用十分重视，如加拿大、美国、英国和日本等积极开展回收和转化CO2的研究工作，有的国家还通过立法（如挪威对排放CO2征税）及国家财政支持引导人们加快CO2转化工作的开展。因此，CO2的脱除和分离已成为关于能源和环境的重要课题，如何降低CO2排放量使之变废为宝，实现其分离回收与综合利用，已成为本世纪最为重要的能源与环境的问题之一。
二、CO2的分离与回收技术
工业上CO2的分离回收技术种类很多，归纳起来，可分为以下几种：吸收法、吸附法、深冷法和膜法。
1.吸收法：吸收法可分为物理吸收和化学吸收。物理吸收法是在加压下用有机溶剂对酸性气体进行吸收来分离和脱除酸性成分，并不发生化学反应。溶液的再生通过降低实现，因此所需再生能量相当少。该法关键是确定优良的吸收剂。所选的吸收剂必须对CO2的溶解度大，选择性好，沸点高，无腐蚀，性能稳定。典型的物理吸收法有shell公司的环丁砜法、Norton公司的聚乙醇二甲醚法、Lurgi公司的甲醇法，另外还有N―甲基吡咯烷酮法和粉末溶剂法（所用溶剂为碳酸丙烯脂）等。化学吸收法使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应。CO2被吸收至溶剂中称为溶液。富液进入脱吸塔加热分解出CO2从而达到分离回收的目的。所用的化学溶剂一般是K2CO3水溶液或乙醇胺类的水溶液，化学吸收法的关键是控制好吸收塔和解吸塔的温度与压力。
2.吸附法：吸附法是利用固态吸附剂对原料混合中的CO2选择性可逆吸附作用来实现分离回收的。吸附法有两种，一种是加压将吸收剂和含CO2的混合气体接触，选择吸附CO2后加压将吸附的CO2脱附，此法称变压吸附法（PSA）；另一种是在低温下将吸附剂和含CO2的混合气体接触，选择吸附CO2后，加热将吸附的CO2脱附，此法称变温吸附法（TSA）。目前TSA法占大多数，常用的吸附剂有天然沸石，分子筛，活性氧化铝，硅胶，活性碳等。
3.低温蒸馏法：低温蒸馏法即深冷法，是低温下将混合气冷却、蒸馏分离的方法，该法虽原理简单，但设备庞大，耗能较高，一般很少使用，主要用于分离回收油田伴生气中的CO2。整个流程包括乙烷回收，甲醛脱除，添加剂回收和CO2回收。
4.膜分法：膜法气体分离的基本原理是根据混合气体中的各组分在压力的推动下透过的传递速率不同，而达到分离目的。对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。在工业上具有使用价值的酸气分离膜是高分子膜。
上世纪70年代末，美国休斯顿的cynara公司开始实施sacroc计划，内容是大规模的用膜法分离CO2。后来该公司又与道化学公司联合投资，并采用他们的膜分离技术和膜装置，正常运转18个月后未发现分离膜有明显损坏现象。美国Envirogerics system 公司开发一种名为“Gasep”的新型CO2分离装置，是采用醋酸纤维素不对称膜（活性层为10mm，多孔性支撑层约为0.2mm）以螺旋卷式膜组件构成，从天然气中分离回收CO2，该膜使用三年仍无明显损坏。上世纪80年代后期欧洲也制订了旨在发展膜法从天然气中分离H2S、CO2的“Brief”计划；同期日本规划的“Sunshine”计划也制定了“分离膜复合甲烷气制造”的研究项目；德国提出的“Kresiaufgaetz”环保综合开发计划中包括设立CO2膜分离装置，并将由此得到的CO2合成甲醇燃料，实现可用物质的循环使用，达到CO2等气体的“零排放”。
我国对这方面研究起步较晚。目前，对此项研究大多集中在中科院和一些高等院校等单位，且研究内容偏重于膜材料的制备，对组件装置及过程优化等方面研究较少。
参考文献
[1]吴克明，黄松荣，F.Concha. 温室气体CO_2的分离回收及其资源化[J]. 武汉科技大学学报（自然科学版），2001，04：365-369.
[2]王宝群，金红光. 冷能利用与CO_2分离一体化研究进展[J]. 化工进展，2003，11：1150-1155.
[3]毛玉如，张永刚，张国胜，纪秀平. 火电厂CO_2的排放控制和分离回收技术研究[J]. 锅炉制造，2003，01：20-22.
作者简介：崔少冬（1968- ），男，现供职于四平市科普工作队。