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二氧化碳在各行各业的应用情况

来源: http://www.grainyq.com/  类别:实用技术  更新时间:2014-01-06  阅读
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  二氧化碳的应用其实有很多方面的,除了能是地球气候变暖以外,二氧化碳的其他功能也是广泛应用在各个行业与领域,今天我们就来简单说说二氧化碳在各行各业的应用情况。

  基于二氧化碳的物理、化学特性,在国民经济中用途甚广,液体二氧化碳及干冰已较广泛地应用于烟丝膨胀、代替氟氯烃用作聚苯乙烯泡沫板材的发泡剂、气体保护焊接、食品的冷藏保鲜、冷藏运输、植物气肥、杀菌气、饮料添加剂、气雾剂、驱雾剂、驱虫剂、中和含碱污水、氰废水解毒剂、水处理的离子交换再生剂、抑爆充加剂、树脂发泡剂、人工降雨、消防灭火、轴承装配、染料生产、低温试验、木材保存剂、爆炸成型剂、混凝土添加剂、核反应堆净化剂、冶金操作中灰尘遮蔽剂、超临界萃取剂、超临界清洗剂、石油助采剂、胶合板的防腐等;同时,二氧化碳是潜在的碳资源,以二氧化碳为化工原料生产的无机化工产品有尿素、白炭黑、碳酸钡、晶体碳酸钙、硼砂、轻质氧化镁、轻质碳酸镁、轻质磷酸钠、轻质碳酸氢钠、轻质碳酸钾等;有机化工产品有水杨酸、双氰胺等;处于研究开发的化工过程有二氧化碳催化加氢合成甲醇、乙醇、甲烷、醋酸、天然气与二氧化碳合成烃、二氧化碳转化为碳、CO等。甲烷和CO2制取清洁柴油、石脑油和石蜡、生物降解塑料、多糖、碳酸丙烯酯等。

  CO2作为有机合成的基本原料,进行化工合成关键是解决CO2的活化问题。各国科学工作者多年来致力于CO2活化研究,做出了不懈的努力,在CO2的活化新途径、新工艺,发展新产品等方面取得了一些进展,为CO2的化学加工奠定了一定的基础。

  CO2与CO一样,通过适当的方式活化可用作有机合成的起始原料,进而合成许多有机产品。有些CO2化工利用技术已经成熟,例如合成尿素、制取脂肪酸和水杨酸及其衍生物、生产碳酸盐、调整水蒸气变换气中的CO与H2比例。此外,还发展了许多新的工艺方法。例如,在一定条件下,CO2可以被氢化还原为甲烷、甲醇、甲醛、甲酸及其衍生物;合成天然气、乙烯、丙烯等低碳烃类;合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、内醋及芳烃的烷基化产物;合成高分子单体及其进行二元或三元共聚;制备一系列高分子材料等。原则上,CO2可以转化为碳、醇、合成气、低烯烃、醛、酸、醚、酯等物质。

  CO2不同的活化方式和活化态决定着可能被利用的反应路线。CO2的活化方式主要有生物活化、配位活化、光化学辐射活化、电化学还原活化、热解活化及化学还原活化等。CO2在金属或金属氧化物催化剂表面上化学活化是最常用也是最有效的活化方式之一,例如CO2经配位活化可以发生CO2插入M—L键、C—H键及与过渡金属络合物直接配位的反应。

  CO2催化加氢合成甲烷CO2甲烷化反应是由法国化学家PaulSabatier首先提出的。因此,该反应又叫做Sabatier反应(方法、技术)。其反应过程是:将CO2和H2按照一定的比例通入装有催化剂的特殊反应器内,在一定的温度和压力等条件下,CO2和H2发生反应生成水和甲烷。该反应在航天领域已有应用。在航天舱室中人员呼出的CO2可转化为甲烷和水,生成的水汽经冷凝、分离、储存供电解产氧使用,而甲烷则作为废气排出,或收集起来供作它用。该反应通常177—527℃的范围进行。当反应温度超过595℃时,反应就向反方向进行。为维持反应器内温度在要求的范围内,必须对反应器进行温度控制。

  担载在三氧化二铝上制备的担载钌催化剂是目前最好的一种二氧化碳甲烷化还原催化剂。在常压下,H2和CO2的摩尔比为4—5,CO2的流量为0.35—1.75L/min,反应气体一次通过,CO2的转化效率可达到81.1%—94.5%[19]。通过对催化剂及Sabatier反应器的优化改进,其反应起动温度可降到110℃,起动时间为8min;在温度为200—300℃时,CO2一次通过转化率均达95%。

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