浅谈二氧化碳的综合捕集技术

一、二氧化碳的构造与性质

C原子以sp杂化轨道形成δ键。分子形状为直线形。非极性分子。在CO2分子中，碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角，并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠，生成两个∏三中心四电子的离域键。因此，缩短了碳―氧原子间地距离，使CO2中碳氧键具有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道，CO2为直线型分子式。二氧化碳密度较空气大，当二氧化碳少时对人体无太大危害，但其超过一定量时会影响人（其他生物也是）的呼吸，但并不会中毒。二氧化碳的气体密度：1.96g/L 液体状态，表面张力：约3.0dyn/cm ，密度：1.8kg/m3，粘度：比四氯乙烯粘度低得多，所以液体二氧化碳更能穿透纤维。） 二氧化碳分子结构很稳定，化学性质不活泼，不会与织物发生化学反应。它沸点低(-78.5℃)，常温常压下是气体。特点：没有闪点，不燃；无色无味，无毒性。

二、二氧化碳的产生

凡是有机物（包括动植物）在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出CO2，石油、石腊、煤炭、天然气燃烧过程中，也要释放出CO2，石油、煤炭在生产化工产品过程中，也会释放出CO2，所有粪便、腐植酸在发酵，熟化的过程中也能释放出CO2，所有动物在呼吸过程中，都要吸氧气吐出CO2，所有绿色植物都吸收CO2释放出氧气，进行光合作用。CO2气体，就是这样，在自然生态平衡中，进行无声无息的循环。

1.工业制法

高温煅烧石灰石 CaCO3=高温=CaO + CO2

2.实验室制法

大理石或石灰石和盐酸反应通常需要对气体进行除杂干燥，盐酸反应时会挥发出氯化氢(HCl)气体，所以要通过饱和碳酸氢钠(NaHCO3)溶液除去气体中的氯化氢。溶液中的反应，气体溢出时会带出水蒸气，所以要求严格或必要时要对气体进行干燥，通常用装有浓硫酸的洗气瓶进行干燥。

CaCO3+ 2HCl =CaCl2+ H2O + CO2

点燃 C+O2=CO2

另外，不能用碳酸钠和盐酸反应制取，因为反应速率太快，不易收集；不能用碳酸钙和浓盐酸反应，因为浓盐酸易挥发出大量氯化氢气体，使碳酸氢钠无法完全去除，制得的二氧化碳纯度会下降；也不能用碳酸钙和稀硫酸反应收集，因为反应会生成难溶的硫酸钙，硫酸根会附着在碳酸钙表面，使碳酸钙无法与酸接触，影响反应的继续。

附：CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2

Na2CO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+CO2

(上文实验室不适用的三种方法）

3.民间制法

小苏打（碳酸氢钠）和白醋反应

NaHCO3+ CH3COOH =CH3COONa + HO + CO2

三、工业废气中低浓度二氧化碳综合捕集技术

对于二氧化碳含量只有10～60％左右的工业废气，开发了系列化二氧化碳捕集提浓技术，用于回收低浓度气源的二氧化碳，再结合吸附精馏法精制技术，使其达到国家食品级标准和工业气体标准。系列化二氧化碳捕集提浓技术有以下三种工艺方法：

1.溶剂吸收法

电厂锅炉烟道气、钢铁厂冶炼尾气、石灰窑和水泥厂尾气、矿石分解气等燃烧过程产生的气源中，二氧化碳浓度12~40％之间。针对以上气源开发的一种化学复合溶液（已获得专利受理），使原料气在吸收塔中与溶液充分接触，二氧化碳被反应吸收，再在解吸塔中加热解吸，释放出浓度96％以上的二氧化碳，通过吸附精馏法提纯，得到高纯度二氧化碳产品。对于有压力的低浓度气源，采用物理复合溶剂，使其在吸收塔中和原料气接触，溶解二氧化碳后再在闪蒸塔中通过降压把二氧化碳释放出来，也可以得到高纯度二氧化碳产品。其中低温甲醇洗回收二氧化碳技术是正在被广泛推广应用的专利技术。

2.变压吸附法：

对于化肥厂转化气，二氧化碳浓度在12~20％之间必须脱除，采用变压吸附法脱碳技术，用条形活性炭和球形小孔硅胶作吸附剂，把二氧化碳富集到60％左右排空。这种脱碳技术只适用于转化气脱碳，不宜用于生产高纯度二氧化碳气体产品。

3.催化燃烧（催化氧化）法

对于二氧化碳气田气，含量在83～89％之间，其余11％左右是以甲烷为主的饱和烃，利用催化氧化法技术，加入纯氧在钯碳催化剂作用下，把烃类杂质烧掉。这种方法要加入过量纯氧来助燃，催化燃烧要在300℃以上操作，流程比较复杂，能耗较高，还有一些硫化物等不燃烧的杂质难以除尽，因此除了气田气外，其他气源一般不使用该技术。

总之，CO2是温室气体中一种排放量最大的气体。就世界范围的CO2减排而言，重点应放在减少化石性燃料的使用、清洁可再生能源的开发、CO2的分离回收技术和CO2的综合利用上。CO2的综合利用将是今后重点开发和研究的对象。

参考文献：

[1]刘新颖.刘志国.酒精生产过程中二氧化碳的回收利用《黑龙江科技信息》 2009年05期.

[2]方明强.冯尚华.超临界二氧化碳技术与绿色化工过程 《广东化工》 2005年01期.

[3]李先碧.一种小型超临界CO2萃取装置的开发与实验研究《重庆大学》 2007年.