本书围绕二氧化碳捕集与资源化技术特点，结合国内外有关二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）领域的最新研究进展和笔者及其团队多年在二氧化碳捕集与资源化利用领域的科研经历、技术经验，系统地梳理了该技术的现状、挑战与前景，全面分析了二氧化碳捕集及资源化技术的原理、应用及未来发展趋势。全书共13章，全面介绍了二氧化碳排放及减排技术，吸附法、吸收法、膜分离法等二氧化碳捕集技术，二氧化碳合成燃料及化学品技术，二氧化碳生物利用技术，二氧化碳地质利用技术，以及其他新型二氧化碳捕集及资源化技术等，通过列举大量实例和数据，展现出了CCUS技术与传统能源、可再生能源等多个领域的深度耦合。 本书注重二氧化碳捕集和资源化技术工艺的基础性、实用性及其研究开发的新颖性，具有较强的针对性、技术应用性和可操作性，可供从事二氧化碳捕集与资源化利用等方向的科研人员、工程技术人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、能源与动力工程、碳储科学与工程、化学工程及相关专业的师生参阅。

第1章概述1 1.1CO2排放现状1 1.1.1能源结构1 1.1.2排放现状2 1.2CO2减排技术5 1.2.1政策导向5 1.2.2技术进展10 1.3CO2减排潜力分析15 参考文献16 第2章CO2捕集技术概论18 2.1燃烧前CO2捕集技术19 2.1.1燃烧前CO2捕集技术原理19 2.1.2燃烧前CO2捕集工艺流程19 2.1.3燃烧前CO2捕集技术特点20 2.2富氧燃烧/烟气再循环技术20 2.2.1富氧燃烧/烟气再循环技术原理20 2.2.2富氧燃烧/烟气再循环工艺流程21 2.2.3富氧燃烧/烟气再循环技术特点21 2.3燃烧后CO2捕集技术22 2.3.1吸收法捕集技术22 2.3.2吸附法捕集技术25 2.4新型CO2捕集技术27 2.4.1膜分离法27 2.4.2化学链燃烧技术27 2.5CO2捕集技术分析33 2.5.1CO2捕集技术对比33 2.5.2CO2捕集技术发展趋势34 参考文献35 第3章吸附法二氧化碳捕集技术38 3.1吸附法分离二氧化碳技术38 3.1.1吸附机理38 3.1.2二氧化碳吸附剂41 3.2固体吸附法分离二氧化碳工艺流程48 3.2.1变温吸附法49 3.2.2变压吸附法55 3.2.3变温变压吸附法60 3.2.4变电吸附法62 3.3气体吸附设备64 3.3.1固定床吸附工艺64 3.3.2流化床吸附工艺66 3.3.3移动床吸附工艺68 3.4应用案例68 3.4.1循环流化移动床吸脱附CO2技术68 3.4.2多级变压CO2吸脱附示范70 3.4.3转轮吸附捕集技术72 3.4.4CO2 MENT项目73 参考文献73 第4章吸收法二氧化碳捕集技术79 4.1物理吸收技术及其原理79 4.1.1加压水洗法80 4.1.2低温甲醇洗法81 4.1.3碳酸丙烯酯法85 4.1.4聚乙二醇二甲醚法87 4.2化学吸收技术及其原理89 4.2.1化学吸收剂及其分离原理89 4.2.2CO2化学吸收剂分类93 4.2.3CO2化学吸收分离工艺流程99 4.3应用案例107 4.3.1国外案例107 4.3.2国内案例111 参考文献122 第5章膜分离法二氧化碳捕集技术126 5.1CO2膜分离概述126 5.1.1膜及膜分离的概念126 5.1.2气体膜分离的原理129 5.2CO2膜分离材料134 5.2.1致密聚合物膜134 5.2.2多孔无机膜141 5.2.3混合基质薄膜142 5.3CO2膜分离工艺设计143 5.3.1膜分离器143 5.3.2膜分离工艺流程149 5.4应用实例150 5.4.1烟道气膜法碳捕集150 5.4.2CO2/CH4分离150 5.4.3CO2/N2分离151 5.4.4H2/CO2分离152 参考文献153 第6章其他二氧化碳捕集技术162 6.1低温蒸馏法162 6.1.1低温蒸馏法定义162 6.1.2低温蒸馏工艺162 6.1.3低温蒸馏法能耗163 6.1.4低温蒸馏技术的优缺点163 6.1.5国内外研究现状164 6.2CO2吸附精馏法164 6.3直接空气捕集技术165 6.3.1直接空气捕集定义165 6.3.2直接空气捕集技术常用的二氧化碳捕集材料167 6.3.3直接空气捕集技术常用的捕集方法176 6.3.4直接空气捕集能耗176 6.3.5总结与展望177 6.4移动源CO2捕集技术177 6.4.1移动碳捕获技术在乘用车中的应用178 6.4.2移动碳捕获技术在重卡中的应用178 6.4.3移动碳捕获技术在航运业中的应用179 6.5应用实例179 6.5.1低温蒸馏法实例179 6.5.2直接空气捕集技术实例180 6.5.3吸附精馏技术实例185 参考文献185 第7章二氧化碳合成燃料187 7.1CO2加氢合成甲醇187 7.1.1理论基础188 7.1.2催化剂193 7.1.3应用实例198 7.2CO2加氢合成油品204 7.2.1理论基础204 7.2.2催化剂209 7.2.3应用实例214 7.3CO2与甲烷重整制合成气216 7.3.1理论基础218 7.3.2催化剂223 7.3.3应用实例230 7.4CO2加氢合成甲烷232 7.4.1理论基础232 7.4.2催化剂240 7.5CO2加氢合成烯烃248 7.5.1理论基础248 7.5.2催化剂258 参考文献264 第8章二氧化碳合成化学品279 8.1CO2合成脲类化合物279 8.1.1理论基础279 8.1.2发展概况281 8.2CO2矿化制备无机碳酸盐296 8.2.1CO2矿化钢渣/电石渣296 8.2.2CO2矿化磷石膏300 8.3CO2铵化合成三聚氰胺304 8.3.1工艺路线304 8.3.2应用场景305 8.4CO2合成水杨酸306 8.4.1理论基础306 8.4.2催化剂308 8.4.3应用实例312 8.5CO2辅助氧化低碳烷烃脱氢制低碳烯烃313 8.5.1理论基础313 8.5.2催化剂315 8.5.3反应机理322 8.6CO2和丙烯直接合成甲基丙烯酸325 8.6.1理论基础325 8.6.2催化剂328 8.6.3反应机理335 8.7CO2催化合成酯类化学品339 8.7.1合成聚氨酯339 8.7.2合成碳酸二甲酯342 8.7.3合成氨基甲酸酯348 8.7.4合成环状碳酸酯351 8.7.5合成异氰酸酯369 8.8CO2合成其他高值化学品371 8.8.1合成N-甲(酰)胺化合物371 8.8.2合成氮杂环化合物375 8.8.3合成羧化产品380 8.8.4CO2加氢合成对二甲苯383 8.9CO2光/电催化合成化学品385 8.9.1CO2光催化合成化学品385 8.9.2CO2电催化合成化学品392 参考文献400 第9章二氧化碳生物利用技术426 9.1CO2生物转化合成燃料426 9.1.1第三代（3G）生物炼制技术概述426 9.1.2生物固碳427 9.1.3碳固定途径的能量来源433 9.1.4CO2生物转化合成燃料438 9.1.5影响CO2生物转化的因素440 9.1.6CO2生物转化合成燃料存在的挑战442 9.2CO2合成脂肪酸443 9.2.1CO2-MES技术合成脂肪酸的概述和原理443 9.2.2CO2-MES合成中链脂肪酸444 9.2.3CO2-MES技术合成MCFAs的影响因素445 9.2.4CO2-MES技术合成MCFAs的应用前景447 9.3CO2合成葡萄糖447 9.3.1概述447 9.3.2传统植物光合作用产葡萄糖448 9.3.3利用空间耦联的电生物系统合成葡萄糖448 9.3.4利用空间耦联的电生物系统合成葡萄糖的影响因素450 9.3.5CO2电生物系统合成葡萄糖的应用前景451 9.4CO2合成淀粉451 9.4.1概述451 9.4.2传统植物光合作用合成淀粉452 9.4.3人工合成淀粉452 9.5CO2生物转化合成甲酸456 9.5.1概述456 9.5.2CO2加氢制甲酸反应体系的热力学457 9.5.3CO2转化合成甲酸的传统和生物工艺457 9.5.4CO2生物转化合成甲酸的机理458 9.5.5CO2生物转化合成甲酸的研究现状460 9.6CO2气肥利用462 9.6.1概述462 9.6.2CO2气肥的种类和开发462 9.6.3CO2气肥技术的应用464 9.6.4CO2气肥的科学施用466 参考文献466 第10章二氧化碳地质利用技术469 10.1强化采油（EOR）469 10.1.1CO2-EOR技术简介469 10.1.2CO2-EOR工程设计471 10.1.3CO2-EOR气注过程的影响因素472 10.1.4CO2-EOR过程常见问题及解决措施479 10.2驱替煤层气（ECBM）481 10.2.1CO2-ECBM的工作流程和储存理论482 10.2.2CO2-ECBM的影响因素483 10.2.3CO2-ECBM的弊端486 10.3驱替页岩气开采(ESGR)487 10.3.1CO2-ESGR的背景487 10.3.2CO2-ESGR的定义与气体吸附机理487 10.3.3各因素对甲烷吸附的影响488 10.3.4甲烷和二氧化碳之间的竞争性吸附489 10.3.5CO2-ESGR的关键组成部分490 10.3.6CO2-ESGR的特点与发展趋势491 10.4增强型地热系统（EGS）492 10.4.1CO2-EGS技术简介492 10.4.2CO2-EGS的研究现状494 10.4.3超临界CO2的物理特性497 10.4.4CO2作为携热介质的优势498 10.4.5CO2-EGS的应用前景499 10.5铀矿浸出增采（EUL）499 10.5.1CO2+O2地浸采铀技术概述499 10.5.2CO2+O2地浸采铀技术工艺500 10.5.3CO2+O2地浸采铀中影响渗透性的主要因素502 10.5.4CO2+O2地浸采铀中增渗的方法504 10.6强化深部咸水开采(EWR)506 10.6.1CO2-EWR技术506 10.6.2CO2-EWR技术工艺流程507 10.6.3CO2-EWR技术的经济性分析509 10.6.4CO2-EWR系统优化研究的意义510 10.6.5CO2地质利用(CGU)技术总结与发展前景510 参考文献511 第11章二氧化碳其他利用技术513 11.1CO2在食品中的应用513 11.1.1高密度CO2在食品杀菌中的应用513 11.1.2超临界CO2在食品杀菌中的应用516 11.1.3CO2在食品挤压膨化中的应用517 11.1.4CO2在食品中的其他应用519 11.2CO2在制冷领域的应用519 11.2.1CO2制冷技术519 11.2.2CO2制冷过程520 11.2.3影响CO2制冷的主要因素520 11.2.4CO2在制冷中的应用522 11.2.5CO2在制冷中的优势524 11.3CO2在气体保护焊中的应用524 11.3.1CO2气体保护焊的定义和技术原理524 11.3.2CO2气体保护焊的背景525 11.3.3CO2气体保护焊的分类和特点525 11.3.4CO2气体保护焊的焊接电源控制技术526 11.3.5CO2气体保护焊的工艺参数528 11.3.6CO2气体保护焊和传统焊条电弧焊的对比529 11.3.7CO2气体保护焊技术应用的新领域529 11.4CO2用于超临界萃取531 11.4.1超临界CO2流体萃取技术531 11.4.2SFE-CO2技术的原理及工艺流程532 11.4.3影响SFE-CO2技术的主要因素535 11.4.4SFE-CO2技术的应用537 11.4.5SFE-CO2技术存在的问题与发展趋势538 11.5CO2在干洗领域的应用539 11.5.1液态CO2(LCO2)干洗技术概述539 11.5.2LCO2干洗的工作原理及操作设备539 11.5.3LCO2干洗中添加剂的作用541 11.5.4LCO2干洗的工艺优势及技术挑战541 11.6CO2在医疗领域的应用542 11.6.1CO2在医疗领域的概况542 11.6.2CO2用于治疗疾病及医学研究542 11.6.3CO2用于医疗器械543 11.6.4CO2作为医用材料合成的原料544 11.7CO2用作高精密器件的清洗剂544 11.7.1CO2清洗技术简介544 11.7.2干冰清洗544 11.7.3CO2雪清洗545 11.7.4超临界CO2清洗546 参考文献547 第12章新型CO2捕集及资源化技术548 12.1CO2原位捕集及转化一体化技术548 12.1.1概述548 12.1.2CO2吸收和转化一体化549 12.1.3CO2吸附和转化一体化552 12.1.4CO2电化学膜分离和转化一体化555 12.2CO2捕集及固废减污降碳协同技术556 12.2.1概述556 12.2.2碱性工业固废矿化固碳557 12.2.3含碳固体废物用于吸附固碳562 12.2.4固体废物用于生态修复及生态固碳567 12.3CO2与气体污染物协同脱除569 12.3.1概述569 12.3.2CO2和氮氧化物协同转化570 12.3.3CO2和硫化氢协同转化571 12.4新型CO2捕集和资源化技术的应用案例573 参考文献577 第13章CO2捕集及资源化技术存在的问题与挑战580 13.1CO2捕集及资源化技术目前存在的问题580 13.1.1经济方面的挑战580 13.1.2技术方面的挑战581 13.1.3政策方面的挑战586 13.1.4产业化机制的挑战587 13.1.5环境方面的挑战587 13.1.6标准和规范方面的挑战588 13.2CO2捕集及资源化技术发展目标与路径588 13.2.1我国CCUS技术发展愿景与目标588 13.2.2我国CCUS技术发展路径588 13.3CO2捕集及资源化技术未来展望590 13.3.1加强顶层设计和规划590 13.3.2发展全产业链高效低成本技术591 13.3.3加快推进超前部署技术研发和大规模集成示范591 13.3.4完善政策支持体系591 13.3.5加强国际合作592 13.3.6加强学科建设和人才培养592 13.3.7完善财政与金融体系592 参考文献593