工業(yè)用二氧化碳是指通過工業(yè)化手段制備、提純并應(yīng)用于各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的二氧化碳(CO?),其性質(zhì)穩(wěn)定且用途廣泛,已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的原料或輔助材料。

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煅燒石灰石副產(chǎn)物:
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原理:高溫煅燒石灰石(CaCO?)生成氧化鈣(CaO)和 CO?,反應(yīng)式為:CaCO? ═高溫═ CaO + CO?↑。
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特點:產(chǎn)量大、純度較高(可達 99% 以上),是工業(yè)級 CO?的主要來源之一,常見于水泥、石灰生產(chǎn)企業(yè)。
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化工生產(chǎn)副產(chǎn)物回收:
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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?。
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技術(shù):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?。
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發(fā)酵過程回收:
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場景:啤酒釀造、酒精生產(chǎn)(如葡萄糖發(fā)酵生成乙醇和 CO?)、味精制造等微生物發(fā)酵工藝。
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特點:CO?純度約 99%,但需去除發(fā)酵產(chǎn)生的微量有機物(如醇類、醛類)。
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提純工藝:
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粗 CO?經(jīng)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(zhì)。
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純度等級(工業(yè)常用):
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工業(yè)級:純度≥99.0%,允許含少量水、一氧化碳等雜質(zhì),適用于一般工業(yè)場景。
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食品級:純度≥99.9%,需符合 GB 1886.228-2016 標準,雜質(zhì)(如 CO、H?S)含量嚴格限制,可用于食品加工。
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高純級:純度≥99.99%,主要用于科研、電子氣體等高端領(lǐng)域。
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合成化工原料:
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尿素生產(chǎn):CO?與氨氣在高溫高壓下反應(yīng)生成尿素,反應(yīng)式為:CO? + 2NH? ═高溫高壓═ CO (NH?)? + H?O,是氮肥生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
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甲醇合成:通過 CO?加氫反應(yīng)(CO? + 3H? ═催化劑═ CH?OH + H?O),將 CO?轉(zhuǎn)化為甲醇,可作為燃料或化工中間體。
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碳酸鹽制備:與氫氧化鈣、碳酸鈉等反應(yīng)生成碳酸鈣、碳酸鈉等,用于造紙、建材、洗滌劑行業(yè)。
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石油開采強化(EOR):
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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%)。
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焊接保護氣:
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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。
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注意:CO?在高溫下分解為 CO 和 O?,可能導致焊縫產(chǎn)生氣孔,需配合低氫焊絲使用。
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金屬熱處理:
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在可控氣氛爐中通入 CO?,調(diào)節(jié)碳勢,用于低碳鋼滲碳或表面硬化處理。
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食品加工:
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碳酸飲料充氣(如可樂、蘇打水),賦予氣泡口感并抑菌。
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食品冷凍與保鮮:干冰(固態(tài) CO?)用于冰淇淋運輸,或充入包裝抑制果蔬呼吸。
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醫(yī)藥領(lǐng)域:
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制備氣霧劑推進劑(如吸入式藥物載體),或用于實驗室培養(yǎng)微生物(調(diào)節(jié) CO?濃度模擬體內(nèi)環(huán)境)。
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CO?滅火系統(tǒng):
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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:
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數(shù)據(jù)中心、圖書館等忌水場景(避免設(shè)備損壞);
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油庫、加油站等易燃液體火災(zāi)。
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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)。
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碳捕集與封存(CCUS):
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捕獲工業(yè)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。
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環(huán)保清洗:
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干冰清洗技術(shù):利用干冰升華時的低溫和沖擊力,去除模具、設(shè)備表面的油污、涂層,無需溶劑。
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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。
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塑料工業(yè):作為發(fā)泡劑生產(chǎn)微孔塑料(如泡沫包裝材料),降低產(chǎn)品密度。
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電子工業(yè):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)。
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氣態(tài)儲存:
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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。
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液態(tài)儲存:
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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(jiān)測和泄壓裝置(如安全閥)。
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固態(tài)儲存(干冰):
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保溫箱或?qū)S萌萜鞔娣牛苊饷荛]空間(干冰升華產(chǎn)生的 CO?氣體可能導致窒息),操作時佩戴防凍手套。
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氣態(tài) / 液態(tài) CO?:
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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(shù)監(jiān)察規(guī)程》,運輸途中避免顛簸、撞擊,夏季需防曬。
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干冰運輸:
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航空運輸時需遵守 IATA 規(guī)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)。
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窒息風險:
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液態(tài) 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(qū)域,導致氧含量低于 18% 時引發(fā)窒息,需配備氧含量檢測儀。
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低溫危害:
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液態(tài) 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。
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壓力爆炸:
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儲存容器受熱時,液態(tài) CO?氣化使壓力驟升,需定期檢查容器耐壓性,避免超壓。
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中國標準:
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工業(yè)級 CO?:GB/T 6052-2011《工業(yè)液體二氧化碳》,規(guī)定純度≥99.0%,水分≤0.2%,不得檢出易燃氣體。
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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??。
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國際標準:
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美國壓縮氣體協(xié)會(CGA)標準:如 CGA G-6.2 規(guī)定工業(yè)級 CO?純度≥99.0%,醫(yī)用級≥99.5%。
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碳資源化利用:通過電催化、光催化等技術(shù)將 CO?轉(zhuǎn)化為高附加值化學品(如乙烯、丙酮),減少碳排放的同時創(chuàng)造經(jīng)濟價值。
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低成本捕集技術(shù):開發(fā)新型吸附材料(如金屬有機框架 MOFs)和膜分離技術(shù),降低工業(yè) CO?捕集成本,推動 CCUS 規(guī)模化應(yīng)用。
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氫能與 CO?結(jié)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(yè)脫碳。
工業(yè)二氧化碳的應(yīng)用貫穿多個產(chǎn)業(yè)鏈條,其價值已從單純的工業(yè)原料延伸至環(huán)保與能源領(lǐng)域。隨著全球 “碳中和” 目標的推進,工業(yè) CO?的捕集、利用與封存技術(shù)將成為減排關(guān)鍵,同時推動其在高端制造、新能源等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。