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二氧化碳减排技术的基本原理

CO2减排的途径有很多种，分为控制CO2，排放源头与CO2排放后处理两大类。控制CO2排放源头意指采取政策、技术、人文等手段充分挖掘CO2减排的潜力和尽量降低碳排放的可能。CO2排放后处理针对化石能源系统产生的碳排放，采取后处理方式延缓或阻止CO2进入大气，主要途径包括CO2资源化利用和CO2捕捉与封存。

主要介绍CO2排放后处理:

这类控制二氧化碳:排放的措施也可称为外延式减排，是指针对化石能源系统产生的碳排放，采取后处理方式延缓或阻止二氧化碳:进入大气，主要途径包括:CO2的资源化利用和CO2的捕捉与封存(CarbonCaptureandSequestration，CCS)。

CO2的资源后利用：

CO2的资源化利用意在将:CO2变废为宝，将其作为保护气、原料气等应用于工业过程。根据:CO2利用时的物理形态不同，其利用可分为液态利用、周态利用和超临界利用三类。图分别展示了CO2以液态、固态和超临界状态的应用范围.

作为有希望大规模资源化利用的途径，CO2在化工中的应用越发引起了科学界和工业界的高度重视，主要包括四类应用:生产化肥、生产无机化工产品生产精细化工产品以及合成有机碳酸酯。

在生产化肥方面，CO2是生产尿素、碳酸氢铵和纯碱的主要原料。对于目前一个中等规模的化肥厂，生产每吨尿素耗CO，730~780kg，每吨碳酸氢铵耗(0)。560~650kg，每吨纯碱耗C()。310~400kg。

在生产无机化工产品方面，以CO2与金属或非金属氧化物为原料可生产等无机化学品。

在生产精细化工产品方面.CO2与胺、醇、活性亚甲基、烯烃、二烯烃等有机物进行合成反应可得到氨基甲酸、碳酸酯、环内酯、唑酮或哗烷的衍生物，CO2还可与环氧化物、直链或环状醚、胺、乙烯基醚、烯烃等共聚制得脂肪族聚碳酸酯，它具有生物可降解性能，是一种医用高分子材料，亦可用于氧的富集。CO2催化加氢则可获得诸多产品，下面举例说明：

（1）合成甲烷

在0.IMPa，273℃下，氧化铝负载羰基钌催化剂可促进CO2烷化反应收率高达60%~70%。日本东北电力公司与日立公司合作，于常压和300℃下，在类似汽车尾气催化剂结构的载Mn-Rh催化剂上，当原料气CO2:H2为1:4时。CO2转化率可高达90%。

（2）合成烃类

CO2可在Ni、Rh、Ru等金属催化剂上吸附解离，在H存在下合成低级烃以CO和CH经两步高效合成高级，再经简单蒸馏可制得汽油、煤油、柴油等，但目前因催化剂的原因，转化率不高，尚未能工业化。

（3）合成甲醇和合成高级醇等等

CO2的封存

尽管存在多种途径对CO2进行资源化处理，但其总的利用规模还十分有限。据政府间气候变化组织(IntergovernmentPanelofClimateChange.IPCC)统，在全球范围内，每年对CO2资源化处理的规模占不到年度总碳排放的1%。此外，大多数的CO2资源化处理方式只是对碳排放起到了放慢脚步的作用。并不能从根本上阻止向大气排放CO2原因在于经过资源化处理后的产品仍然含碳，其后续的利用不可避免地伴随着等量的碳排放，除非采取进一步的减排措施。所幸的是CO2捕捉与封存技术有望实现大规模的碳减排。

CO2捕捉与封存(下面简称CCS)的思路最早是由Marchetti于1977年提出来的，只是在近十年来才引起人们对其相关技术工艺的广泛重视CCS是指从电厂或其他CO2排放大点源中分离回收CO2，而后运输至封存地，并注入地质结构中封存起来。因此CCS由三部分组成:CO2的分离回收、CO2的运输和CO2的封存，下文将分别加以描述：

（1）CO2的分离回收

CO2的分离回收指从含有CO2的混合气体(如电厂烟气)中分离出CO2的过程。对于不同性质的混合气体(或称原料气)适合分离回收CO2的方法不同。目前分离CO2的方法主要有化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、吸附分离、膜分离和低温分离五种，其中以化学溶剂法和物理溶剂法应用得最为广泛。

（2）CO2的运输

从国际运行经验来讲，目前CO2的运输主要有管道、罐车和油轮等方式为了减小体积、提高运输效率，通常将集中回收得到的CO2压缩至超临界状态运输，运输压力为10.3~17.2MPa。相比之下，管道运输是最为有效的运输手段，尤其对于像CO2封存这样的大规模运输情况，另外，CO2管道的事故率同天然气及其他危险气体管道相比，是比较少的。目前，世界上有6000多千米长的CO2运输管道，主要分布在美国和加拿大，其用途大多是油田封存以强化石油开采。美国目前每年使用管道运输CO2约为1.14亿吨。罐车运输(铁路和公路)可以用于小型的示范项目，油轮运输CO2类似于液化天然气(LNG)的运输，就长途运输而言比较有竞争力。

（3）CO2的封存

CO2封存主要有直接封存和间接封存