吉立鹏刘建华王铁平易近王莉
工业革命前大气中的CO2浓度为270×10-6，2013年大气中的CO2浓度已经达到400×10-6，并且仍以每年0.4%的速度增长。2013年我国排放CO2大约30亿吨，居世界第二，估计2025年我国排放总量将跨越美国居世界第一。
CO2的分子量为44g/mol、熔点为-78.46℃、沸点为-56.56℃、气态密度为1.977g/L、液态密度为1.816kg/L，是一种无色、无味、无毒的气体，该气体具有强烈的接收红外辐射才能，在地球上空形成一层“玻璃”可使地球赓续变暖，被称为温室气体。
今朝，CO2日益增长的排放使全球气候变暖已成为国际社会必须面对的核心问题，我国于2009年11月26日颁布了控制温室气体排放的行动目标，即到2020年全国单位国内临盆总值CO2排放比2005年降低40%—45%。个中工业临盆的减排对我国全部控制温室气体排放的行动目标完成具有重要意义，冶金行业是能源消费大户，也是工业临盆中CO2排放量最大的来源，仅冶金行业的CO2排放量比例就占工业总排放量的30.4%，冶金行业的节能减排工作是全部工业临盆过程CO2减排的关键之一，深刻研究CO2的收受接收应用技巧已成为钢铁行业节能减排的急切需求。
钢铁企业CO2的重要来源及收受接收办法
CO2的来源主如果焦炉、烧结机、带式焙烧机、高炉、转炉、白灰窑、燃气锅炉和加热炉等。尽管钢铁企业经由过程收受接收焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气进行综合应用，但最终仍经由过程燃烧排放到大气中。
焦炉、烧结机、带式焙烧机、高炉、转炉、燃气锅炉和加热炉产生CO2重要来自燃烧，而白灰窑产生CO2来源是转炉煤气燃烧和分化石灰石两部分，其产生的CO2的浓度最高（实测约30%，理论约40%），硫含量最低，收受接收应用价值最高。
按照理论计算，京唐公司的5座套筒窑年产生CO2100万吨阁下。
CO2的收受接收重要有6种办法：液相接收法、变压吸附法、化学轮回燃烧法、空气分别/烟气再轮回法、膜分别法和低温液化分别法。
液相接收法。液相接收法可分为物理接收法和化学接收法。个中物理法如加压水洗法、低温甲醇洗法和聚乙二醇二甲醚洗法等；化学法如烷基醇胺法（MEA、MDEA）、热钾碱溶液法和氨水法等。
变压吸附法。变压吸附法也可分为物理吸附法和化学吸附法，个中物理吸附法重要用活性碳和活性氧化铝吸附材料等；化学吸附法重要用活性CaO等吸附材料。
变压吸附法比较成熟的技巧是西南化工院开辟的物理吸附法（PressureSwingAdsorption，简称PSA）工艺。
化学轮回燃烧法。化学轮回燃烧法主如果通
过金属氧化物做为载氧体将燃烧过程分成两步：金属先与空气中的氧反响，然后金属氧化物再与燃料进行反响。
空气分别/烟气再轮回法。空气分别/烟气再轮回法就是将燃烧后的尾气再返回燃烧室进行再次燃烧的技巧。
膜分别法。膜分别法重要依附CO2气体与薄膜材料之间的化学或物理感化，使得CO2快速穿过薄膜的技巧。
低温液化分别法。低温液化分别法重要分为级联式液化分别法和N2膨胀液化分别法。个中级联式能耗低，设备投资大；N2膨胀液化能耗高，设备投资少。
今朝国内CO2收受接收技巧重要有化学接收法和物理变压吸附法，个中化学接收法重要应用于尾气CO2浓度（不大于20%）较低的电厂，物理变压吸附法重要应用于CO2浓度（20%—90%）较高的合成氨变更气、石灰窑气、甲醇裂解气等。以上两种办法均可临盆工业用CO2。
临盆食等级高纯度的CO2收受接收技巧主如果低温液化分别法，其应用于CO2浓度不小于99%的气体，经由处理的CO2纯度可达到99.99%以上（从市场调研情况来看，国内收受接收CO2成本在300元/吨阁下）。
CO2在炼钢流程的应用
CO2替代底吹N2和氩气。CO2替代底吹N2
和氩气化学反响式如下：
CO2+[C]=2CO+Q吸
在炼钢流程CO2替代底吹N2和氩气的好处有：可加强炉内钢水搅拌，进步冶金后果。CO2替代底吹的N2和氩气可使底吹气体量增长1倍；因为CO2与铁水中的碳反响是吸热反响，是以有利于进步脱磷效力；因为CO2与铁水中的碳反响生成CO，进步了转炉煤气的收受接收量。
顶吹O2中混入必定比例的CO2。在顶吹
O2中混入必定比例的CO2，可降低吹炼时火点区的温度，削减金属铁的挥发，削减了粉尘的产生。
精华精辟CO2替代氩气。在精华精辟冶炼高碳钢时，可用CO2替代氩气增长钢水搅拌，进步精华精辟效力。
应用AOD炉（氩氧脱碳精华精辟炉）冶炼不锈钢时，应用CO2替代氩气可进步去碳保铬冶金后果，可削减10%的氩气消费。
中心包覆盖气体。因为CO2在标准状况下密度为1.977g/L，高于N2和Ar（N2为1.16g/L，Ar为1.78g/L），约是空气的1.5倍，是以作为钢液的覆盖气体在钢水外面的覆盖机能具有优胜保护钢水的后果，可削减钢水增氮和二次氧化，削减中心包覆盖剂的应用。
某钢厂应用CO2替代底吹N2和在顶吹气体中混入少量的CO2进行混淆喷吹进行数百炉实验发明，烟尘量平均降低了11.15%，炉渣中的TFe平均削减了3.1%，钢液中氮和磷含量较惯例工艺分别降低50%，23.33%；用CO2替代底吹氩气脱硫效力平均进步22%，搀杂物当量密度降低了2.87%。
二十世纪六七年代，德国和日本已经将CO2应用于转炉冶炼。日本住友金属和歌山钢铁厂在脱磷转炉应用CO2替代N2做为底吹气源，脱磷率达到90%以上。京唐公司若转炉底吹气体全部用CO2和顶吹O2混入必定比例CO2，估计年可应用10万吨CO2，同时可较大幅度进步冶金后果，降低炼钢临盆成本。
CO2在海水淡化流程的应用
及经济效益
CO2和海水中的H2O在必定前提下可生成固态水和物，过滤后经由过程加热分化可获得淡水，其化学反响式如下：
CO2（g）+nwH2O（l）=CO2·nwH2O（s）
别的，因为海水淡化后浓盐水中NaCl（不小于20g/m3）含量较高，是以制成饱和浓盐水后，CO2可与其生成NaCO3（应用侯氏制碱法）。
侯氏制碱法的道理如下：
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl
NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2
某电厂应用余热进行海水淡化，日产生20万吨的浓盐水供天津汉沽盐场制盐，实现了浓盐水零排放。京唐公司海水淡化年产浓盐水3000多万吨，个中NaCl含量60万吨，如全部制成NaCO3年可应用50万吨CO2，同时可临盆85万吨Na2CO3和54万吨NH4Cl。
如按照Na2CO31500元/吨、NH4Cl1000元/吨计算，可形成年产值18.15亿元的范围。
CO2在石油开采方面的应用及经济效益
中国低渗入渗出油藏天然产能低，动用率不足50%，一般油藏开辟都要经历靠弹机能量开采的“一次采油”阶段，采收率较低（5%—20%）；厥后为灌水开辟的“二次采油”阶段，采收率可达20%—40%。假如要再进步采收率，只有经由过程注入聚合物或混相驱等“三次采油”办法，其采收率可达90%以上。
CO2的重要长处是易于达到超临界状况。CO2在温度高于临界温度31.26℃和压力高于临界压力7.2MPa状况下，处于超临界状况时，性质会产生变更，其密度近于液体、黏度近于气体、扩散系数为液体的100倍，因而具有较大的消融才能，有助于地层油膨胀，可充分发挥地层油的弹性膨胀能。
大庆油田注入CO2驱油实验，取得较好的技巧后果：采收率进步6.0%，增采1吨原油耗气4吨CO2；吉林油田、江苏富平易近油田、山东成功油田、江苏洲城油田和河南华夏油田等纷纷应用CO2驱油进行了实验，均取得了可喜后果。
如按照CO2收受接收成本为300元/吨、运输和油井打压成本为100元/吨和4吨CO2增长1吨原油计算，每吨原油须要消费成本1600元，而市场原油为100方管/桶阁下，每吨原油大约相当4400元，相当于每吨原油可节俭2800元成本。
如年收受接收CO225万吨，按照CO2500元/吨发卖，可形成年产值1.25亿元的范围。
将来几年，即便我国只有十分之一的油田采取CO2驱油，每年所需的CO2也将跨越3000万吨。跟着原油采出的难度逐渐增大，CO2驱油技巧会逐渐推广开来。
京唐公司距离冀东油田南堡功课区（探明原油储量4亿吨）仅相距30公里阁下。经由过程对南堡油地步面前提和油藏前提进行定性分析，初步筛选出有杆泵、电泵和蔼举等三种采油方法，经由过程定量评价得出气举方法（气举采油就是在地面注入高压气体与油层中的流体在井筒中混淆，然后经由过程气体膨胀降低原油密度从而使井筒中的原油举出）最佳。是以京唐公司与冀东油田将来有广阔的合作前景。
CO2在工业方面的应用
CO2保护焊接是一种公认的高效力、低成本且省时省力的焊接办法，并具有可形性小、油锈敏感性低、抗裂和致密性好等特点。与手工电弧焊比拟，主动CO2气体保护焊接的功能可进步2—5倍，半主动CO2气体保护焊接的功能可进步1—2倍，能耗降低50%。
应用CO2气体保护焊接在全部焊接的比例，我国仅占5%、蓬勃国度占67%、全球平均为23%，成长前景十分乐不雅。因而近几年在汽车、造船和化工设备等大型制造业获得了广泛的应用，我国现有1万余台CO2气体保护焊机，往后还将持续增长，对CO2的用量将一向持续增长，往后5年估计年均增长在11%阁下。
以大连为例，大连造船厂、造船新厂、大连湾造船厂、大连机车厂、起重机厂、重型机械厂、大连锻造厂以及多家锅炉厂、机床厂和电机厂等机械工厂都须要必定量的CO2，总计年消费量在4万吨以上。
CO2在食物方面的应用
CO2在食物加工行业的花费量占国内CO2市场的15%阁下，重要用于食物的冷冻、冷藏、灭菌、防霉和保鲜等，为适应国际食物市场竞争和国内高等食物保鲜的须要，这将是液体和固体CO2潜在的巨大市场。
今朝，河北省内及周边地区CO2的总临盆才能在110万吨/年阁下，因为产量低和质量不稳定，大部分销往工业范畴，食等级CO2的总临盆才能在35万吨/年阁下，重要发卖给碳酸饮料企业和啤酒企业。而北京、天津和河北省唐山地区人口相当较为集中的周边，食等级CO2的需求仍较为紧俏。京唐公司处于京津冀经济圈，发卖食物CO2有必定潜力。
CO2在农业方面的应用
CO2可应用于蔬菜大棚，在日间光合感化较强时，棚内CO2浓度在很长一段时光内处于低程度（100×10-6阁下），出现CO2严重不足，影响蔬菜的发展。一般日间CO2浓度在600×10-6—1500×10-6时有利于植物的快速发展，如通入恰当的CO2可进步蔬菜的产量和缩短发展周期，一般可增产10%—40%。据测算CO2需求为200kg/（亩·月），如按照1年生经久为6个月，1万亩蔬菜大棚则须要1.2万吨/年。
综上所述，若每年CO2应用——炼钢10万吨、浓盐水制碱60万吨、驱油应用25万吨、工业和农业3万吨，食物CO22万吨，则年可消纳CO2100万吨。
跟着《京都议定书》的签订，中国开端承担CO2减排义务，征收碳税也势在必行，钢铁行业做为CO2排放大户肯定首当其冲。而如今钢铁行业已经处于吃亏边沿，如再征收碳税必定是落井下石。当然征收碳税既是挑衅又是机会，假如合理有效应用排放的CO2，不只不是包袱，反而成为新的利润增长点。
京唐公司可经由过程CO2在炼钢中应用、CO2与海水淡化浓盐水制碱、与油田合作应用CO2驱油、外销工业级和食等级CO2等办法将CO2资本化应用，不仅明显降低CO2的排放，还可大幅进步企业的盈利才能，加强企业的竞争力。
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