CO2的利用
二氧化碳转化高附加值产品及其应用价值
二氧化碳转化高附加值产品及其应用价值2024-03-03二氧化碳（CO2）是一种常见的温室气体，对全球气候变化产生了重要影响。
然而，近年来研究人员一直在寻找将CO2转化为高附加值产品的方法，以减少其对环境的负面影响并创造经济价值。
以下是一些CO2转化为高附加值产品的方法和其应用价值的例子： 1. 化学品合成：CO2可以用作化学品合成的原料，例如用于生产聚合物、有机化合物和燃料。
通过使用适当的催化剂和反应条件，可以将CO2转化为甲酸、甲醇、乙酸、丙酮等有机化合物，这些化合物具有广泛的应用领域。
2. 储能：将CO2转化为化学能源可以实现长期储存和再利用。
例如，通过将CO2与水反应生成甲醇或氢气等可燃气体，可以将CO2作为可再生能源的储存介质，以供后续使用。
3. 碳酸饮料和气泡饮料：CO2被广泛用于碳酸饮料和气泡饮料的制造过程中，为饮料提供起泡和口感。
将CO2回收并重新利用，可以减少对化石燃料的需求，并减少对大气中CO2排放的贡献。
4. 燃料：将CO2转化为可再生燃料是一种重要的研究方向。
例如，通过电化学CO2还原，可以将CO2转化为甲醇、乙醇和甲烷等可燃气体。
这些燃料可以用于交通运输、能源储存和工业应用，以减少对传统石油和天然气的依赖。
5. 建筑材料：一些研究人员正在探索使用CO2作为原料制造建筑材料的方法。
例如，将CO2与碱性材料反应，可以生成碳酸盐矿物，类似于天然石灰石。
这些碳酸盐矿物可以用于生产混凝土、砖块和其他建筑材料，减少对传统水泥的需求，并将CO2永久地储存在建筑材料中。
6. 化学品和中间体：CO2可以用作合成化学品和中间体的原料。
例如，将CO2与氢气反应，可以生成甲醇、甲醛和乙酸等化学品，这些化学品在工业和化工领域有广泛的应用。
7. 温室蔬菜培植：将CO2直接应用于温室蔬菜培植过程中，可以提高植物的生长速度和产量。
通过增加温室中的CO2浓度，可以刺激植物的光合作用，并提供更多的碳源供植物生长，从而增加农作物的产量和质量。
二氧化碳化学利用的主要途径的化学原理
二氧化碳化学利用的主要途径包括以下几种：
1.光合作用：光合作用是利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
在光合作用中，植物吸收二氧化碳，通过叶绿素将光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
2.化学合成：二氧化碳可以作为一种原料用于化学合成。
例如，二氧化碳可以与氢
气反应生成甲烷和水，这个反应被称为甲烷化反应。
此外，二氧化碳还可以与氨气反应生成尿素等化肥。
3.地质封存：二氧化碳可以被注入地下，通过地质封存来减少其排放到大气中。
地
质封存的原理是将二氧化碳注入地下的岩层中，例如油层、煤层和盐水层等，使其被封存起来。
4.燃料电池：二氧化碳可以作为燃料电池的燃料。
在燃料电池中，二氧化碳与氢气
反应生成电能和水。
这些途径的化学原理都是基于二氧化碳的化学性质和反应机理。
通过这些途径，可以将二氧化碳转化为有用的物质或减少其排放到大气中，从而实现对二氧化碳的有效利用和减排。
二氧化碳++利用
二氧化碳++利用
二氧化碳（CO2）的利用可以分为以下几个方面：
1. 化学利用：将二氧化碳转化为有机化合物或其他有用的化学品。
例如，通过催化剂可以将二氧化碳和氢气合成甲酸、甲醇等有机物，这些有机物可以用作燃料或化学原料。
2. 脱碳化：将二氧化碳从烟气中捕捉和分离出来，防止其排放到大气中。
此后，捕获的二氧化碳可以通过储存或利用等方式处理。
脱碳化技术广泛应用于电力行业和化工行业等高碳排放工业。
3. 储存利用：将捕获的二氧化碳储存起来，以防止其进入大气。
二氧化碳可以储存在地下岩石层或深海中的地下空间中。
此外，二氧化碳也可以用于增加油田或天然气储量等增强油田采收技术。
4. 生物利用：通过利用光合作用来减少大气中的二氧化碳含量。
植物和微生物可以将二氧化碳转化为有机物，并释放出氧气。
因此，植树造林、湿地保护等生态修复活动对于吸收和减少大气中的二氧化碳非常重要。
需要注意的是，以上所提到的二氧化碳利用技术仍然面临许多挑战，例如经济性、技术成熟度等问题。
同时，为了有效减缓气候变化，二氧化碳减排仍然是首要任务。
co2地质利用
co2地质利用
CO2地质利用指的是将碳排放物CO2通过地质方式储存或利用的技术。
与传统的CO2排放减少措施不同，CO2地质利用可以将CO2永久封存于地下，以减少对大气环境的影响。
CO2地质利用技术包括CO2埋存、CO2注入地下储气库、CO2利用于增强油气采收、CO2利用于饮用水处理等。
其中，CO2埋存是最为成熟的技术，也是目前应用最多的技术。
通过将CO2储存于地下深层岩石中，可以实现对CO2的持久封存。
CO2地质利用具有多重优点。
首先，可以有效地减少大气中的CO2排放，达到缓解气候变化的目的。
其次，通过将CO2储存于地下，还可以减少温室气体对人类健康的影响，降低地震等环境风险。
此外，CO2地质利用还可以促进能源的可持续发展，提高能源的利用效率。
当然，CO2地质利用也存在一些挑战。
首先，技术的成本较高，需要大量的投资。
其次，需要建立完善的监测和管理机制，以确保CO2的安全存储。
此外，CO2地质利用还需要解决法律和政策等方面的问题。
总的来说，CO2地质利用是一项具有广阔前景的技术，可以为人类应对气候变化和能源安全等问题提供有效的解决方案。
我们需要通过技术创新和政策支持，加速CO2地质利用技术的发展和应用。
- 1 -。
二氧化碳相互转化的方程式
二氧化碳相互转化的方程式
二氧化碳（CO2）是推动全球能量平衡的一种重要物质。
二氧化碳不仅是驱动全球能量平衡机制的产物，也是由生物体排出的重要碳源与污染来源，因此其循环转化规律十分重要。
二氧化碳的生物循环机制可以用下面三个方程式表示：
1. 吸收二氧化碳：由于植物有光合作用可以将其吸收，可以写作 CO2 + H2O
→ C6H12O6 + O2
2. 利用二氧化碳：利用光合作用，可以写作C6H12O6 + O2→ CO2 + H2O + 食物
3. 排放二氧化碳：有的生物体有呼吸作用，可以将二氧化碳排出，可以写作
C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O
从上述三个方程式可以看出，生物体在生物循环中，有胶质代谢作用、脂质代谢作用和氧化挥发作用，其交互作用使得CO2形成循环，并参与这一环节。
另外，二氧化碳还可以通过碳燃烧发电、碳矿化及碳く回收等方法来参与全球能量平衡。
碳燃烧发电是目前最为普遍的一种碳利用方法，燃烧碳素物质将产生
CO2，CO2的流动能被利用来推动火力发电机的旋转，从而产生电能。
碳矿化也可以改善碳的循环，CO2イ碳ミ可以通过放进深海储存起来，这样CO2イ碳ミ就不
会释放到空气中。
最后，碳く回收也是一种利用二氧化碳的有效方法，其通过将
CO2イ碳ミ捕获、杀灭或变异，来阻止二氧化碳的污染。
由此可见，二氧化碳在全球能量循环中起着重要作用，通过不同的交互过程及利用方法，可以有效的控制全球的CO2浓度，为实现全球的平衡做出巨大的贡献。
co2回收利用技术及在煤化工领域的发展
co2回收利用技术及在煤化工领域的发展随着全球温室气体排放量的增加，开发和推广二氧化碳（CO2）的回收利用技术变得越来越重要。
CO2回收利用技术可以将大气中的CO2捕捉和转化成有用的化学品或其他可再生能源。
在煤化工领域，CO2回收利用技术的发展可以提高工艺效率，减少温室气体排放，实现绿色低碳的煤炭利用。
CO2回收利用技术主要分为捕获、转化和储存三个步骤。
首先是CO2的捕获和分离。
其中一种常见的方法是利用化学吸收剂捕获CO2，常见的吸收剂包括胺类化合物，如Monoethanolamine （MEA）、Diethanolamine（DEA）等。
这些吸收剂可以吸收CO2并形成稳定的盐或络合物，然后通过升温或减压来释放CO2。
此外，还有膜分离技术、吸附技术、离子液体等技术也可以用于CO2的捕获和分离。
其次是CO2的转化。
经过捕获和分离后的CO2可以通过化学或生物转化重新利用。
在化学转化方面，CO2可以被还原成一氧化碳（CO）或甲烷（CH4）等有用化学品。
此外，CO2还可以被电化学还原为其他有机化合物，如甲酸、乙烯等。
在生物转化方面，利用嗜热菌、微生物等能够利用CO2进行光合作用的生物体，将CO2转化为有机物，如生物燃料、生物塑料等。
最后是CO2的储存。
储存是CO2回收利用技术中非常重要的一部分，它可以将CO2长期地储存在地下或海洋中，以防止其重新释放到大气中。
常用的储存方法包括地下封存、海洋封存等。
地下封存是指将CO2储存于地下盐层、油气田等地质层中，利用地质层的密封性和稳定性来保持储存的安全性。
海洋封存是将CO2储存在海洋中，可以使用深海沉积物、纳米颗粒等来固定和稳定CO2。
在煤化工领域，CO2回收利用技术的发展可以减少煤炭加工和利用过程中产生的温室气体排放。
煤化工工艺中常见的CO2回收利用技术包括前端煤气化CO2回收和后端烟气脱硫后CO2的捕获。
前端煤气化CO2回收是指在煤气化过程中捕获CO2，以减少煤气的CO2含量，提高合成气的质量。
二氧化碳的利用
二氧化碳的利用二氧化碳的利用一、简介二氧化碳（CO2）是大气中人类活动产生的重要温室气体，它对环境和气候产生了巨大影响。
近年来，随着气候变化加剧和碳排放抑制要求的增加，人们更加重视二氧化碳的合理利用，因此，利用二氧化碳的研究和技术应用也在不断发展。
二、利用途径1. 二氧化碳植物大棚：将二氧化碳作为植物的新型肥料，通过满足特定条件，在温室当中种植植物，从而更有效地利用二氧化碳。
2. 制造碳钙材料：将二氧化碳及其他成分进行烧结制成含碳钙材料，用于建筑构件和装饰材料。
3. 室内生物处理：利用微生物利用二氧化碳，用于室内空气污染控制，生物处理，动物行为等研究。
4. 碳捕集还原与利用：通过采用某些化学方法，吸附二氧化碳，将其分离出来，然后进行生物处理或过程合成，从而获得可燃燃料的有机物，如甲醇、丙酮等。
三、现状1. 碳捕集能力差：碳捕集与利用是二氧化碳利用应用技术中重要的一环。
但由于技术实现及成本压力，各种技术的碳捕集能力有限，催化剂能力下降快，二氧化碳吸收回收率低，降低了整个系统的利用效率。
2. 成本问题：二氧化碳利用技术落地运行成本要高于工厂排放的碳排放成本，而从后端生产出的产品价格和市场需求也不能保证。
3. 其他问题：二氧化碳的处理过程中产生的副产物污染，投资风险并未得到充分管理。
四、展望1. 综合利用：通过综合利用二氧化碳，把二氧化碳低成本转换为各种可用产物，如天然气，碳抵押物，复合材料，酒精汽油等，从而实现碳排放的有效抑制和经济的双重收益。
2. 加快科技和产业集成：推行跨学科融合，将各学科有机结合起来，实现碳循环，解决二氧化碳的低成本排放与后端的利用问题，同时将市场经济与政府政策有机结合起来。
3. 加强政策支撑：政府采取激励政策，支持可再生能源利用，完善产业经济政策，积极探索二氧化碳反硝化技术，新型利用技术及完善相关制度协调政策，以促进二氧化碳利用技术应用。
二氧化碳的捕集
常用的CO2回收利用方法有：（1）溶剂吸收法：使用溶剂对CO2进行吸收和解吸，CO2浓度可达98％以上。
该法只适合于从低浓度 CO2废气中回收CO2，且流程复杂，操作成本高。
（2）变压吸附法：采用固体吸附剂吸附混合气中的 CO2，浓度可达60％以上。
该法只适合于从化肥厂变换气中脱除CO2，且CO2浓度太低不能作为产品使用。
（3）有机膜分离法：利用中空纤维膜在高压下分离 CO2，只适用于气源干净、需用CO2浓度不高于90％的场合，目前该技术在国内处于开发阶段。
（4）催化燃烧法：利用催化剂和纯氧气把CO2中的可燃烧杂质转换成CO2和水。
该法只能脱除可燃杂质，能耗和成本高，已被淘汰。
上述方法生产的CO2都是气态，都需经吸附精馏法进一步提纯净化、精馏液化，才能进行液态储存和运输。
吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术。
美国电力研究院（EPRI）所作的研究指出，在发电厂中采用氨洗涤可使CO2减少10%，而较老式的MEA（胺洗涤）法可使CO2减少29%。
世界新的CO2回收和捕集技术正在加快发展之中。
1? 脱除CO2新溶剂巴斯夫公司和日本JGC公司已开始联合开发一种新技术，可使天然气中含有的CO2脱除和贮存费用削减 20%。
该项目得到日本经济、贸易和工业省的支持。
CO2可利用吸收剂如单乙醇胺（MEA）从燃烧过程产生的烟气中加以捕集，然而，再生吸收剂需额外耗能，对于MEA，从烟气中回收CO2需耗能约 900kcal/kgCO2，通常这是不经济的。
日本三菱重工公司（MHI）与关西电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可给CO2回收途径带来新的变化。
MHI发现的CO2新吸收剂是称为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量约少20%。
因为KS-1和 KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此操作时胺类的总损失约为常规吸收剂的1/20。
对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。
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CO2 废气
电厂烟气 煤化工驰放气 煤层气 油田气 水泥窑气 冶金烟气
…
Ø 组份调控 Ø 提浓净化
Ø 催化转化制备能源化学品 合成气、甲醇
Ø 直接聚合转化： 可降解共聚塑料
Ø 高附加值产品链： 碳酸二甲酯→异氰酸酯→聚氨酯
Ø 碳酸化转化： 大宗无机碳酸盐
针对我国排放特点，大规模化学转化有望每年利用CO2过亿吨
……
TDI MDI
2003
2004 年份
2005
2006
2007
（MDI)是量大面广、
技术代表性强的异
45 氰酸酯
40
TDI
MDI
35
30
25
20
15
10
5
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
年份
2、利用二氧化碳作氧化剂氧化甲烷
2.1、制备合成气 2.2、制备乙烯
CO2制备碳酸二甲酯工业化技术发展迅速
生产工艺
光气法
技术特点
过程采用剧毒原料
酯交换工艺 尿素醇解
原料成本高，技术成熟 原料成本低、分离能耗高
甲醇氧化羰化 工艺路线突破、尚存技术问题
成熟度
淘汰技术 广泛应用 5000吨放大
3000吨
• 全国酯交换工艺产能31万吨，在建14万吨，拟建12.5万吨； • 尿素醇解工艺路线处于产业化推进阶段，成本较低（5k元/吨）； • DMC行业进入微利时代，企业竞争激烈，急需开发下游产品。
R'OH
2ROH
CO2
化
化
工
+CO2
(R'O)2CO
(H2N)2CO
工
2NH3
R''OH
聚碳酸酯
2R'OH
聚合物单体
(R''O)2CO
异氰酸酯是重要的大宗有机化工中间体
六大工程材料 900万吨/年
异氰酸酯 90％
二苯甲烷二异氰酸酯（MDI)
甲苯二异氰酸酯（TDI）
HDI、单异氰酸酯等
400
可到40%
选择性能优越的催化剂是研究的重点
烃类燃料合成
• 费托反应是合成烃类燃料的主要途径。 • F.J.Perez-Alonso等采用Ce（5wt%）改性的Fe基催化剂进
行CO2 加氢实验，结果表明采用改性后催化剂与未改性催 化剂相比，催化剂活性没有明显变化，但是C1-C10的选择 性明显增加。 • Tomoyuki Inui等采用Pd-Na-modified Cu-Cr-Zn和H-ZSM-5 催化剂进行合成甲醇和MTG实验，反应产物中的碳氢化合 物中为71.8% C2-C7烃类物质和28.2%甲醇。
CO2 + H2 CO +H2O, H = 41 kJ/mol
• 过程中同时伴随水气变换逆反应 • 得到的合成气中H2/CO比值往往小于1
2.1、制备合成气
• 甲烷的二氧化碳重整是一个强吸热过程 ，需要在较高的温度（～800℃）才能 进行。
• 如何维持高效催化剂的稳定性？ • 开发低温高效催化剂
C02的直接聚合
• C02催化共聚是指C02和其他化合物共聚以合 成高分子材料的过程。
• 目前报道的催化体系主要有二乙基锌助剂体系、 卟啉体系、稀士配位催化体系、双金属催化体系
等。
C02直接羧化法制备2，4，6— 三甲基苯甲酸
• 利用C02气体直接羧化制备2，4，6—三甲基 苯甲酸，在反应过程中不使用任何有机溶剂， 该反应是一个标准的“原子经济”和“绿色化 学”反应。
日本三井化工中试装置——目前唯一的CO2 生产甲醇装置
日本本土各公司
规模：100 t/a，投资15亿日元 催化剂：铜基催化剂 甲醇选择性：99.8% 时空得率：600 kg/m3cat h 原料来源：本工厂排出的气体 同时还生产：烯烃和芳香族化合物 该技术面临的挑战：稳定的氢气供给
上海分公司
二甲醚的市场应用
Today
Future
CO2加氢制取二甲醚
• CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O (1) • 2CH3OH = CH3OCH3 + H2O (2) • CO2 + H2 = CO + H2O (3)
反应(1) 和反应(2) 的总反应式为: • 2CO2 + 6H2 = CH3OCH3 + 3H2O (4)
1、CO2制备碳酸酯实现碳氧资源同时利用 CO2工业废气
油品添加剂
植物保护剂
食品添加剂
DMC等有机碳酸酯
……
有机合成的“新基块”
药物中间体
羰基化剂 替代光气
绿色溶剂
聚碳酸酯 （五大工程塑料之首， 2008年
需求97万吨，80％进口）
异氰酸酯 （聚氨酯的主要原料，2009年需
求98万吨，30％进口）
CO2的结构特点
•Lewis碱， 亲核中心
•Lewis酸， 亲电中心
- + -
Ø CO2可以直接加氢
Ø CO2可以用作羰基化试 剂，具有活泼氢的有机 物既具有亲核中心, 又 具有亲电中心，具有与 之相匹配的活性位
热力学上非常稳定
Ø CO2结构稳定，需要合 适的反应途径
把二氧化碳作为一个整体加以利用
CO2制备高值化学品分离提纯技术成本趋向成熟
CO2生产化学品的成功实例： 尿素：世界9000万吨/年，中国1000万吨/年（CO2用量700万吨） 碳酸二甲酯：我国年产能40万吨（ CO2用量20万吨）
西南化工研究院（ “天一科技”）：
采用以变压吸附的CO2捕集技术，已在 26个省市及东南亚地区建立了200多套
万吨级装置。
捕集CO2成本（99.99%，聚合级）：
水泥厂：350－450元/吨（蒙西2万吨） 合成氨：160－200元/吨（中海油万吨） 油田伴生气：200－260元/吨（吉林2万吨）
华能上海石洞口第二电厂
二氧化碳捕集装置（10万吨/年） US$30–35 /吨 CO2
Nature 469, 276-277 (2011)
CO2的利用 化工品及液体燃料
本节内容
• 二氧化碳制聚碳酸酯 • 二氧化碳制气体燃料 • 二氧化碳制液体燃料
CO2废气大规模资源化利用制备化学品是研究重点与前沿
美国环保署2009年12月将温室气体列为空气污染物 美国、日本、欧盟等发达国家启动了CO2资源化利用研究计划 CO2废气大规模转化利用制备化学品是研究重点与前沿
六通阀
PC
色谱工作站
冷
凝
分
预混罐 固定床
离
放
器
空
N2
背压阀
合成气制备醚、醇固定床工 艺流程图
皂膜流量计
CO2加氢制取烃类燃料
CO2 + H2
合成甲醇和MTG反应
甲醇 铜基和分子筛 复合催化剂
主要得到C1产物， 其次是C2-C3烷烃
烃类燃料
Fe基催化剂 合成气
逆水煤气和F-T反应
CO2转化率可达到 30%，C2-C5选择性
MM
MM
反应历程二
OCH3 + OH H2
M
M
CH3OH + H2O
CO2加氢制取甲醇研究进展
催化剂
反应条件
Cu/ZnO/La2O3 300C 11MPa
H2/CO2=3
Pd/La2O3
305C 11MPa
H2/CO2=3
Cu/Zn/Cr/Al 250C
+Ag/Al2O3
5MPa H2/CO2=3
2.1、制备合成气
CH4 + CO2 2CO + 2H2
H = 247 kJ/mol
• 从环境角度上来讲，此反应同时有效地利 用了两大温室气体
• 可以从根本上缓解温室效应，改善人类的 居住环境
与传统的水蒸气重整相比 二氧化碳重整过程具有投资少、 效率高、以及所得合成气中 碳氢比例合适 对后续工艺的适应性强等优势
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l)
Go = -29.9 kJ/mol
三个反应共存
在热力学上反应容易发生，增大 压力有利于CO2加氢制取甲醇反应
CO2加氢制取甲醇反应历程
CO2
H
反应历程一
H2 C=O H2 CH2OH H2
MCO
M
M
CH3OH
CO2
HH
C
O=C=O H2 O O H2
• 一般CO2的转化率和选择性 在20-30%左右，仍处于探索 阶段。 • 计算结果表明，在250C, 3 MPa和CO2/H2＝1∶3的反应 条件下，当体系达到热力学平衡状态时，CO2的平衡转化 率为26.49%，二甲醚和平衡收率为14.9%。
微量调节阀
H2 质量
流量计
温控仪
气相色谱仪
减压阀 CO2
• 日原料本生关产西甲电醇力所公用司的和铜三、菱锌重、工铝也氧开化发物了催以化CO剂2 为,在 247 ℃、9.0 MPa 条件下反应,甲醇选择性为95%。 缺点：压力高
• 鲁奇公司与SudChemie 公司联合开发了C7925GL 催再化配剂以不,在同甲比醇例装的置惰上性采气用体C进O2与行H试2组验成,结的果合表成明气该, 催化剂活性优异,使用寿命为4 a。经反复试验得 出醇以合下成结 装论 置的:除操操作作条温件度与外传,统以的CO甲2和醇H2合为成原无料显的著甲 差别。
• 超临界CO2 • 酸性反应试剂 • 嵌入聚合物
超临界CO2:
Ø Tc = 31.5°C, Pc = 7.37Mpa, Ø 临界条件下，性质会发生变化，其密度近于液