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废塑料化学回收技术发展前沿

2021-04-20 17:47:09来源：财讯网

在4月8-9日举办的“ChinaReplas2021第二十四届塑料回收和再生大会”上，应主办方邀请，废塑料化学循环技术方案提供商科茂环境的代表发表了《废塑料化学回收技术发展前沿》主题演讲。

以下为演讲的主要内容：

一、废塑料化学回收发展历史

（一）起始阶段

1.20世纪60年代：废塑料化学回收的历史可以追溯到20世纪60年代。当时全世界发生能源恐慌，美国、欧洲和日本等发达国家和地区开始研究将产品回收起来的方法，借此节约和替代一部分石油，这是循环经济的早期雏形。

2.20世纪70年代：因为战争等原因，油价上涨，引发石油危机。仍是美国、欧洲和日本等发达国家和地区，试图提高原油利用率，从而诞生了一些技术和研究，尤其在自然资源匮乏、危机意识强烈的日本，甚至出现过一些小型的工业化装置。

3.20世纪80年代：80年代的中东战争导致第二次石油危机，当时第一次出现“废塑料催化裂解技术”的研究成果。

（二）扩散阶段

1.20世纪90年代：战争导致三次石油危机，油价再次上涨，再一次引起世界对石油安全和石油利用率的担忧，因为石油价格提升和产量减少产生的经济驱动力，人们想把塑料回收起来。一些小型装置开始兴起，现称之为“土法炼油”，多以个体户形式存在，产品品质差、环境污染高。

2.21世纪初：21世纪伊始至经济危机前，油价持续上涨，同时美国、欧洲和日本等发达国家和地区面临严重的白色污染。当时垃圾处理的核心发展方式是焚烧减量，顺带可解决一部分塑料问题，因为废塑料化学回收的收益不高，所以商业化方面没有突破。同时2007年发生一个重要事件，国家环保总局（现生态环境部）发布《废塑料回收与再生利用污染控制技术规范》，明文规定“不宜以废塑料为原料炼油”，将“土法炼油”一棍打死，废塑料化学回收的研究和工业化陷入谷底。

（三）提速阶段

21世纪10年代至今：艾伦麦克阿瑟基金会促成了品牌、零售和包装等巨头企业的全球承诺，这些企业涵盖了全世界20%以上的塑料使用量，终结塑料废弃物联盟也促使国际化工巨头解决塑料污染的问题。这些企业的CEO承诺目标，“可持续”由过去的口号变成了真实的战略目标，由可持续发展部门推动目标的达成，这是真实的动力，他们也真实在推进和投资化学回收，因为化学回收可以得到与原生料同等质量的塑料。

二、废塑料化学回收技术分类

1.过氧化法：即焚烧发电，可处理所有类型废塑料，由氧气完全参与，碳和氢分别生成二氧化碳和水，产出热能导入电力系统。

2.部分氧化法：适用于聚烯烃类废塑料，有氧气参与，生成合成气，产品导入煤化工制甲醇和氨气等。

3.无氧裂解法：适用于聚烯烃类废塑料，一是液化工艺，主要有热解、催化裂解和加氢裂解三种类型，热解一般产出重油和蜡，催化裂解可产出轻油，产出物均可导入石油化工制燃料或化工产品（如塑料）；二是炭化工艺，可产出焦炭、活性炭或RDF，产品可导入炼焦化工制功能碳（如纳米碳）。

4.解聚法：又叫萃取法，适用于缩聚类塑料，主要有醇解、水解、溶剂解三种类型，可产出单体（如DMT、PTA、CPL等），产品可导入化纤和塑料产业制化纤和塑料。

目前来看，技术较为成熟、经济效益较好的是液化工艺。

三、废塑料化学循环产业链

（一）产业链讲解

1.物理循环产业链：品牌商和零售商把产品卖给个人和企业消费者，消费者产生垃圾，环卫企业收集垃圾，垃圾中有价值的部分被回收企业拿走，剩余部分由固废运营商处理，其中品类单一、较为干净的塑料垃圾（主要是PET、HDPE和PP，重量大、密度高、宜运输）进行物理回收，得到降级的PCR PET、PP、PE等（无法用于食品和医疗等高质量领域），去到包装企业，由包装企业再次做成新的包装物，再到品牌商和零售商，由此完成塑料的循环。

2.化学循环产业链：前端与传统产业链相同，仍是从品牌商和零售商到消费者，再到环卫、回收和固废处理企业之后，低值的、混合的、受污染的塑料垃圾进入化学循环，产出塑料油或者单体，塑料油可通过化工企业进一步裂解，产出乙烯和丙烯，进而做成原生质量的PCR PP和PE，单体可直接由化工企业做成聚合物，同样是原生质量的PCR PP和PE，之后由包装企业做成可用于食品和医药等高价值领域的包装物，从而回到品牌商和零售商，由此完成塑料的循环。

（二）产业链案例

1.SABIC+联合利华：两家巨头联合推出梦龙冰淇淋包装盒，这是世界上第一个上市的食品级塑料化学循环案例。他们的供应商用化学回收的方式，将回收回来的塑料重新生成原生品质的食品级塑料。虽然体量不大，但具有划时代意义。

2.BASF：有四个产业链合作伙伴，包括汽车、电器、一般包装和食品包装等。尽管并没有上市，但这样的企业和案例逐渐增多，尤其是巨头企业都在努力实现。

四、聚烯烃类废塑料化学回收技术进化

代际划分的标准是处理方式，由人工，到机械、热、化学和复杂化学。将废塑料转化成高品质产品的，一定是极其复杂的化学反应。分类不一定准确，还请业内人士指教。

（一）原始阶段

就是土法炼油，已经被国家禁止了。处理橡胶和轻度混合的塑料，产出重油和蜡。

（二）第一代

釜式热裂解，没有催化剂，明火加热，处理橡胶和轻度混合的塑料，产出重油和蜡。曾经在山东、河南等地大规模盛行。

（三）第二代

1.管式热裂解：处理橡胶和轻度混合的塑料，反应深度不够，产出轻油（少量）、重油和蜡。

2.溶剂热裂解：用溶剂加热融化塑料的裂解，处理轻度混合的塑料，产出轻油（少量）、重油和蜡。

3.超临界水热裂解：在高温高压下，用水作为加热载体并起到微催化作用，处理重度混合的塑料，产出轻油（少量）、重油和蜡。

4.釜式催化裂解催化重组：催化效果不错，可处理中度混合的塑料，由于热效率有限，产物中还有少量重组分。

（四）第三代

第三代以后，产物就不应该有重油组分了，而且可以处理重度混合的塑料，包含其他有机质和复杂组分。

（五）第四代

运用气体介质内热的加热方式，效率高，一条线日产能可上百吨。处理重度混合的塑料，产出轻油。

（六）第五代

循环流化催化裂解烯烃重组，处理重度混合的塑料，可直接产出单体，距离聚合物仅有一步聚合。科茂已过中试。

五、技术经济性核心要素

一项技术是否具有经济性，要把投入和产出拆解开来详细探讨。

（一）产出要素

1.产品价格：热解产出的重油价格在1500~2000元之间。催化裂解催化重组技术产出的轻汽柴油（塑料油）价格比重油高得多，若用于生产循环塑料，则有更高溢价。

2.高价值产品收率：因为有催化剂的参与，反应效率更高，催化裂解催化重组技术的高价值油品收率会高于热裂解。

3.单条线日产能（连续性）：欧洲一些做得不错的企业，实际上不是连续生产，而是釜式生产，先将反应釜加热，反应完全后降温排渣，之后再进料加热，因此能耗很高，投资较大。第3代以后的催化裂解催化重组技术可实现连续生产，因此能耗及投资较低。

（二）投入要素

1.设备投资：如果对原料要求高、反应条件高、工艺流程长，设备投资就会高。催化裂解催化重组技术对原料要求低、反应条件低、工艺流程短，设备投资低。

2.温度相关的能耗及投资：温度高意味着能耗高。生产所需温度上升100℃，每吨塑料能耗成本可能会增加100~150元，同时对设备的要求和投资成本也会上升。催化裂解催化重组技术所需温度较低，对设备要求不高，因此能耗成本及设备投资较低。

3.进料要求和预处理：如果对进料要求高，比如只能处理单一塑料，或者需要清洗、预处理等等，都意味着更多的投资。催化裂解催化重组技术对进料要求较低，不需精分和清洗，且预处理简单，因此投资较低。

4.催化剂生产和处理：催化剂有成千上万种，在石油炼化行业，许多催化剂含有贵金属和重金属，成本高昂，而且如果重金属催化剂进入尾渣，尾渣会被判定为危废，后续处理费用同样很高。科茂催化裂解催化重组技术所用的催化剂无贵金属和重金属，对环境无害，可以回收。

六、发展较快的塑料化学回收企业

根据部分公开信息显示（投资和承购协议等），目前发展较快的废塑料化学回收企业大致有上面几家，从工艺上看，炭化和气化基本没有发展较好的。这是抢赛道的过程，数家巨头都有投资或合作。尽管目前中国还没那么激烈，但随着政策的放开，市场会逐渐打开。

以上是个人基于部分公开信息的初步判断，若有错误，请大家批评指正。

七、化学回收工厂的场景和未来

（一）垃圾分选厂+废塑料化学回收工厂

1.简介：可能建立干垃圾、湿垃圾、装修垃圾分选厂等，也有可能单独在焚烧厂旁建分选厂，分选出垃圾中的高价值塑料做物理回收，混合低值废塑料做化学回收，生成高价值原料油或新塑料原料，剩下的垃圾该焚烧的焚烧，该填埋的填埋。随着垃圾分类标准和回收率目标逐渐清晰，未来这种业态可能很多城市都会有。

2.发展趋势：目前分选厂的业态已经出现，我国某些城市已经存在湿垃圾和装修垃圾等分选厂。这种业态未来几年会大幅度增长，且我国极有可能会成为全球最大的市场，甚至三五年时间就会实现。以上海为例，每天产生的低值废塑料在五六千吨左右，一年就是200万吨左右，相较于欧洲几十吨的小工厂，我国的市场潜力更大。另外我国可能会成为PCR PP、PE的出口国，因为我国人口密度大、垃圾体量大，少量大城市已经开始启动了。

（二）垃圾焚烧厂+废塑料化学回收车间

1.简介：在焚烧前将混合垃圾经过分选设备，分选出其中的塑料，进入化学回收设备，生成高价值原料油或新塑料原料，剩余垃圾进入焚烧设备。这样可以很好地实现减量化和资源化。

2.发展趋势：对一部分处理量饱和的焚烧厂有积极意义，分出塑料垃圾单独处理，相当于增加焚烧厂的处理量，即增加收入，通过化学回收处理塑料垃圾，又增加一笔收入；对另一部分处理量不饱和的焚烧厂有消极影响，分选掉热值高的塑料垃圾后，可能炉子都烧不起来。因此情况差别很大，要看具体情况。目前我国现有四五百座焚烧厂，未来的饱和度预估在900座左右，其中一定比例的可以用化学回收升级改造。

3.利润来源：现在的焚烧厂把塑料当垃圾烧掉，产值大约数百块一吨，而塑料制品成本上万快，焚烧是极大的浪费，化学回收可让每吨塑料产生两三千块甚至更高收益，这是技术革新带来的利润增加。

八、分选+低值废塑料化学回收

（一）自动化分选工厂

该图来自陶朗的伙伴，这是未来自动分选的蓝图。未来的垃圾大概率不是靠人工分拣，而是大规模机械分选，由此诞生一系列垃圾分选厂，高质量的塑料垃圾（PET、HDPE等）做物理回收，低值混合脏塑料（包括含有塑料的纸基复合包装）做化学回收，金属和混合纸单独回收，RDF用作燃料等等。这种工厂在欧洲已经有100多个，我国已经开始建了，这很有可能是未来的趋势。

（二）垃圾资源化枢纽

未来分选中心才是城市生活垃圾资源化利用的枢纽，只有分选，才有后面的资源化。前端混合收集或优化的垃圾分类收集，经过自动化智能化的分选厂，各类垃圾有不同的再生利用和处理方式，塑料可物理回收或化学回收，纸、金属等可回收，有机垃圾可堆肥或发酵，生物质可作燃料，不可回收的可焚烧发电或通过水泥厂、火电厂协同处置，无法处置的填埋。这就是未来垃圾资源化的蓝图，很清晰很明确，也有很长的路要走。

塑料垃圾有三种回收方式，互相并不冲突，而是互补关系。物理回收处理高价值的、品类单一的、较为干净的塑料，化学回收处理低价值的、混合的、受污染的塑料，能源回收处理太脏太乱无法资源化回收的，以及未能分离出来的塑料。目前我国的物理回收相对较为成熟，能源回收发展比较充分，化学回收才刚刚起步。而化学回收的价值，不仅在于减少焚烧产生的二噁英等污染，还可以减少碳排放50%以上，更多的是充分回收资源，终结塑料垃圾。

作者：科茂环境董事副总裁李金城博士

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