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工業用二氧化碳是指通過工業化手段制備、提純并應用于各產業領域的二氧化碳（CO?），其性質穩定且用途廣泛，已成為現代工業生產中不可或缺的原料或輔助材料。

一、工業二氧化碳的制備與提純

1. 主要制備方法

• 煅燒石灰石副產物：
  • 原理：高溫煅燒石灰石（CaCO?）生成氧化鈣（CaO）和 CO?，反應式為：CaCO? ═高溫═ CaO + CO?↑。
  • 特點：產量大、純度較高（可達 99% 以上），是工業級 CO?的主要來源之一，常見于水泥、石灰生產企業。
• 化工生產副產物回收：
  • 來源：石油煉制（催化裂化、加氫精制）、煤燃燒、天然氣處理（脫除 H?S 和 CO?）、合成氨等過程中釋放的 CO?。
  • 技術：通過胺吸收法（如乙醇胺溶液）、變壓吸附法（PSA）、低溫蒸餾法等捕獲并提純 CO?。
• 發酵過程回收：
  • 場景：啤酒釀造、酒精生產（如葡萄糖發酵生成乙醇和 CO?）、味精制造等微生物發酵工藝。
  • 特點：CO?純度約 99%，但需去除發酵產生的微量有機物（如醇類、醛類）。

2. 提純與純度分級

• 提純工藝：
  • 粗 CO?經水洗、堿洗去除酸性氣體（如 H?S），再通過活性炭吸附、低溫精餾去除水、烴類等雜質。
• 純度等級（工業常用）：
  • 工業級：純度≥99.0%，允許含少量水、一氧化碳等雜質，適用于一般工業場景。
  • 食品級：純度≥99.9%，需符合 GB 1886.228-2016 標準，雜質（如 CO、H?S）含量嚴格限制，可用于食品加工。
  • 高純級：純度≥99.99%，主要用于科研、電子氣體等高端領域。

二、核心工業應用場景

1. 化工與石化工業

• 合成化工原料：
  • 尿素生產：CO?與氨氣在高溫高壓下反應生成尿素，反應式為：CO? + 2NH? ═高溫高壓═ CO (NH?)? + H?O，是氮肥生產的關鍵環節。
  • 甲醇合成：通過 CO?加氫反應（CO? + 3H? ═催化劑═ CH?OH + H?O），將 CO?轉化為甲醇，可作為燃料或化工中間體。
  • 碳酸鹽制備：與氫氧化鈣、碳酸鈉等反應生成碳酸鈣、碳酸鈉等，用于造紙、建材、洗滌劑行業。
• 石油開采強化（EOR）：
  • 將高壓 CO?注入枯竭油田，利用其低黏度、易溶于原油的特性，降低原油黏度并膨脹油層，提高原油采收率（可提升 10%-20%）。

2. 金屬加工與焊接

• 焊接保護氣：
  • 單獨或與氬氣混合（如 80% Ar+20% CO?）作為 MIG 焊（熔化極惰性氣體保護焊）的保護氣，隔絕空氣防止焊縫氧化。
  • 注意：CO?在高溫下分解為 CO 和 O?，可能導致焊縫產生氣孔，需配合低氫焊絲使用。
• 金屬熱處理：
  • 在可控氣氛爐中通入 CO?，調節碳勢，用于低碳鋼滲碳或表面硬化處理。

3. 食品與醫藥工業（工業級延伸應用）

• 食品加工：
  • 碳酸飲料充氣（如可樂、蘇打水），賦予氣泡口感并抑菌。
  • 食品冷凍與保鮮：干冰（固態 CO?）用于冰淇淋運輸，或充入包裝抑制果蔬呼吸。
• 醫藥領域：
  • 制備氣霧劑推進劑（如吸入式藥物載體），或用于實驗室培養微生物（調節 CO?濃度模擬體內環境）。

4. 消防與安全系統

• CO?滅火系統：
  • 利用 CO?不可燃、密度大的特性，通過高壓鋼瓶釋放覆蓋燃燒物，隔絕氧氣滅火，適用于：
    • 數據中心、圖書館等忌水場景（避免設備損壞）；
    • 油庫、加油站等易燃液體火災。
• 礦山防爆：在煤礦中注入 CO?抑制瓦斯爆炸（稀釋可燃氣體濃度）。

5. 環保與能源領域

• 碳捕集與封存（CCUS）：
  • 捕獲工業排放的 CO?，注入地下咸水層或枯竭油田封存，減少大氣溫室氣體濃度，如中國鄂爾多斯 CCUS 項目年封存 CO?超 100 萬噸。
• 環保清洗：
  • 干冰清洗技術：利用干冰升華時的低溫和沖擊力，去除模具、設備表面的油污、涂層，無需溶劑。

6. 其他工業應用

• 煙草加工：用 CO?對煙草進行膨脹處理，增加煙葉體積，減少煙草用量。
• 塑料工業：作為發泡劑生產微孔塑料（如泡沫包裝材料），降低產品密度。
• 電子工業：高純 CO?用于半導體制造中的刻蝕、清洗工藝，要求純度≥99.999%（5N 級）。

三、儲存與運輸安全規范

1. 儲存方式

• 氣態儲存：
  • 高壓鋼瓶（壓力 10-15MPa），存放于陰涼通風處，遠離火源、熱源，避免陽光直射，鋼瓶需固定以防傾倒。
• 液態儲存：
  • 低溫儲罐（溫度 - 40℃以下，壓力 2-3MPa），采用絕熱材料保溫，配備壓力監測和泄壓裝置（如安全閥）。
• 固態儲存（干冰）：
  • 保溫箱或專用容器存放，避免密閉空間（干冰升華產生的 CO?氣體可能導致窒息），操作時佩戴防凍手套。

2. 運輸要求

• 氣態 / 液態 CO?：
  • 采用專用槽罐車運輸，罐體需符合《固定式壓力容器安全技術監察規程》，運輸途中避免顛簸、撞擊，夏季需防曬。
• 干冰運輸：
  • 航空運輸時需遵守 IATA 規定（每公斤干冰釋放 160 升氣體），包裝需透氣，且單人攜帶量有限制（如民航允許不超過 2.5kg）。

3. 安全風險與防護

• 窒息風險：
  • 液態 CO?泄漏時迅速氣化，體積膨脹約 600 倍，可能在低洼處形成高濃度 CO?區域，導致氧含量低于 18% 時引發窒息，需配備氧含量檢測儀。
• 低溫危害：
  • 液態 CO?接觸皮膚會導致凍傷（沸點 - 78.5℃），操作時需穿戴防護服、護目鏡。
• 壓力爆炸：
  • 儲存容器受熱時，液態 CO?氣化使壓力驟升，需定期檢查容器耐壓性，避免超壓。

四、行業標準與法規

• 中國標準：
  • 工業級 CO?：GB/T 6052-2011《工業液體二氧化碳》，規定純度≥99.0%，水分≤0.2%，不得檢出易燃氣體。
  • 食品級 CO?：GB 1886.228-2016《食品添加劑 二氧化碳》，要求純度≥99.9%，CO≤5×10??，H?S≤1×10??。
• 國際標準：
  • 美國壓縮氣體協會（CGA）標準：如 CGA G-6.2 規定工業級 CO?純度≥99.0%，醫用級≥99.5%。

五、工業二氧化碳的發展趨勢

• 碳資源化利用：通過電催化、光催化等技術將 CO?轉化為高附加值化學品（如乙烯、丙酮），減少碳排放的同時創造經濟價值。
• 低成本捕集技術：開發新型吸附材料（如金屬有機框架 MOFs）和膜分離技術，降低工業 CO?捕集成本，推動 CCUS 規模化應用。
• 氫能與 CO?結合：利用綠氫（可再生能源制氫）與 CO?合成甲醇、甲烷等 “綠色燃料”，助力交通和工業脫碳。