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塑料化學(xué)回收的現狀及未來(lái)展望

發(fā)布日期:2024-02-01 08:37:19 來(lái)源:免責聲明:所載內容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng),微信公眾號等公開(kāi)渠道,我們對文中觀(guān)點(diǎn)持中立態(tài)度,本文僅供參考、交流。轉載的稿件版權歸原作者和機構所有,如有侵權,請聯(lián)系我們刪除。

塑料自從上世紀五六十年代大規模使用以來(lái),以其輕便,廉價(jià),使用方便等優(yōu)點(diǎn)迅速走入了人們生活的各個(gè)方面。現代社會(huì )的發(fā)展更是離不開(kāi)塑料,從家居到汽車(chē),從日化到食品,塑料在幾乎每個(gè)領(lǐng)域都扮演著(zhù)重要的作用。據統計,現在每年有近4億噸各種塑料被化工行業(yè)生產(chǎn)出來(lái),然后被加工從各種類(lèi)型的塑料制品。這些塑料的生產(chǎn)、使用和廢棄處理都消耗了大量的資源。在氣候變化的大背景下,塑料行業(yè)也在積極尋找低碳化的路線(xiàn)。

在這些降低塑料碳排放的實(shí)踐中,使用再生塑料,也就是人們常說(shuō)的物理回收,已經(jīng)成為行業(yè)的共識。但物理回收存在一定的局限性,例如其對塑料回收的來(lái)源有一定的限制,再生塑料的性能一般且品質(zhì)不穩定,大部分情形都是用在一些降級使用的場(chǎng)合。為了提升其性能,往往需要增加較多的成本。
塑料生產(chǎn)的單體大部分都是來(lái)自石油煉制的副產(chǎn)物,例如石腦油。隨著(zhù)雙碳目標的推進(jìn),鑒于新能源和電動(dòng)汽車(chē)的普及,未來(lái)對于石油煉制主要產(chǎn)品,也就是汽柴油的需求將會(huì )到頂甚至降低。在這一大背景下,短期內會(huì )有更多的化石能源被轉化成塑料,但是長(cháng)期來(lái)看塑料行業(yè)依靠化石能源提供原材料的格局將會(huì )產(chǎn)生變化。于是,人們將目光對準了化學(xué)回收,也即是說(shuō),考慮將地球上的存量塑料進(jìn)行裂解,然后將單體提純后重新聚合。
據不完全統計,人類(lèi)已經(jīng)生產(chǎn)了近100億噸塑料,大部分存在于我們周?chē)沫h(huán)境中。化學(xué)回收的主要目標就是將這些存量塑料,特別是無(wú)法進(jìn)行物理回收的,通過(guò)降解的形式將其變成單體,然后再重新聚合成塑料或者其他有用的化學(xué)品。目前國內外對于化學(xué)回收的討論和研究非常熱烈,但是其商業(yè)化都處在探索階段。根據麥肯錫咨詢(xún)的預測,到2050年,接近60%的塑料都來(lái)自于物理或者化學(xué)回收。尤其是化學(xué)回收,在不久的將來(lái)會(huì )獲得極大的增長(cháng)。
化學(xué)回收的分類(lèi):針對聚酯和聚烯烴
從技術(shù)上講,化學(xué)回收可以分為兩大類(lèi),一是以PET為代表的聚酯行業(yè),其特點(diǎn)是這類(lèi)塑料一般為縮聚反應所得,它可以被水解或者醇解;二是以PP和PE為代表的聚烯烴,其特點(diǎn)是這類(lèi)塑料一般是自由基聚合而來(lái),其降解只能依靠熱裂解來(lái)進(jìn)行。聚酯行業(yè)的化學(xué)回收發(fā)展較快,目前來(lái)看,很有可能實(shí)現大規模生產(chǎn);而聚烯烴行業(yè)的熱裂解依舊處于探索階段,其發(fā)展依賴(lài)于和后端聚合裝置的深度整合。
由于歷史發(fā)展的原因,國內的聚酯塑料,特別是PET回收之后,主要被制備成了再生滌綸用在了紡織行業(yè)。但是,近些年來(lái)由于歐美,日韓以及東南亞對于“瓶到瓶”的政策放開(kāi),用于食品飲料行業(yè)的再生PET需求量猛增。當食品飲料行業(yè)重新審視PET的回收再利用,化學(xué)回收就體現出了較大的優(yōu)勢。首先,物理回收即使能夠將雜質(zhì)去除得比較干凈,也很難保證批次之間質(zhì)量的穩定,這主要是由于回收環(huán)節對于瓶片質(zhì)量的把控很難做到完全均一化;而化學(xué)回收通過(guò)解聚,單體純化及再聚合,能夠獲得與原生塑料一樣的性能和品質(zhì)穩定性。其次,當需求量增加的時(shí)候,物理回收的產(chǎn)能擴張比較困難。目前市場(chǎng)上較大的PET物理回收單線(xiàn)產(chǎn)能一般是3-5萬(wàn)噸/年,而化學(xué)回收的產(chǎn)能可以根據反應釜大小直接到30-60萬(wàn)噸/年。再次,物理回收的再生PET經(jīng)過(guò)固相增粘造粒之后,粘度有所提升,可以用在礦泉水瓶中,但是還是無(wú)法滿(mǎn)足碳酸瓶的粘度需求,因此對于高粘度再生聚酯的應用場(chǎng)景,還是要依靠化學(xué)回收。最后,由于化學(xué)回收可以極大地擴大產(chǎn)能,從而將單噸加工成本有效降低,最終實(shí)現與原生料類(lèi)似甚至較低的成本。
國際品牌商可口可樂(lè )目標在2030年將50%的包裝切換成再生塑料,而其他品牌商諸如寶潔,百事,聯(lián)合利華等,也制定了相應的再生塑料使用目標。對于食品飲料以及日化行業(yè)來(lái)說(shuō),再生PET的需求量在2030年初步估算將超過(guò)400萬(wàn)噸。當供應鏈意識到化學(xué)回收在質(zhì)量,性能以及成本方面的優(yōu)勢之后,這一巨大的潛在市場(chǎng)將大大推動(dòng)PET化學(xué)回收的發(fā)展。
聚烯烴的化學(xué)回收一般來(lái)說(shuō)分為兩種,一種是熱裂解(Pyrolysis),也就是將聚烯烴為主的廢雜塑料在400-450度左右,無(wú)氧條件下裂解成粗制合成油。這個(gè)合成油中一般而言,成分復雜,如果要使用的話(huà),需要后期做純化和加氫處理。根據經(jīng)驗,此類(lèi)合成油的組分與廢舊塑料的成分有一定關(guān)系。如果廢舊塑料僅為聚烯烴,也就是PP和PE,那么合成油的組分也是以直鏈烴為主,顏色為淡黃至深黃色。如果廢舊塑料中還有PC,PET,PS等帶有苯環(huán)的廢雜塑料,那么合成油的組分除了直鏈烴也有一部分芳香烴,顏色一般為黑色。國內有多家企業(yè)在嘗試用熱裂解的方式來(lái)制備合成油,然后通過(guò)工藝,催化劑及加氫等,來(lái)調整最終合成油產(chǎn)品的結構,并嘗試作為初始原料用在化工行業(yè)。國際上,一些歐美石化公司采購這種裂解油,加氫重整后與石腦油混合進(jìn)行裂解,制備出烯烴單體,然后再聚合,生產(chǎn)所謂的循環(huán)聚合物(circular polymer)。這種循環(huán)聚合物由于碳排放較低,因此獲得了一部分品牌和用戶(hù)的青睞。
聚烯烴的化學(xué)回收第二種就是氣化(Gasification),也就是在1200度以上,將廢塑料直接氣化成合成氣(一氧化碳和氫氣),然后再通過(guò)合成氣制備相應的化工和塑料產(chǎn)品。氣化的路線(xiàn)由于對設備要求較高,因此目前國外僅有試驗裝置,尚未有商業(yè)化裝置。國內在這個(gè)方面也是剛剛起步。
化學(xué)回收的現狀及挑戰
相對于物理回收,化學(xué)回收由于涉及到化學(xué)反應,而且裝置一般較大,有的還需要在高溫高壓下操作,因此化學(xué)回收的實(shí)踐者一般都應該是大型石化企業(yè),常規的物理回收再生企業(yè)要進(jìn)入該行業(yè)門(mén)檻較高。歐美的化工公司,諸如埃克森美孚,陶氏化學(xué),沙特基礎工業(yè)公司,利安德巴塞爾等,都已經(jīng)在化學(xué)回收方面做了相應的嘗試,也向市場(chǎng)推出了循環(huán)聚合物,但是都不大。很多情況下都是通過(guò)與小型創(chuàng )業(yè)公司合作或者直接收購完成。例如巴斯夫公司向Quantafuel投資2000萬(wàn)歐元,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和改進(jìn)利用混合塑料廢料來(lái)生產(chǎn)熱解油的工藝;沙特基礎工業(yè)公司與Plastic Energy建立了一座商業(yè)化的工廠(chǎng)來(lái)提升循環(huán)聚合物的產(chǎn)量;陶氏化學(xué)與Mura合作使用超臨界蒸汽將消費后的家用塑料垃圾(包括柔性和多層塑料包裝)轉化為轉化為工業(yè)級液態(tài)碳氫化合物產(chǎn)品。
國內華潤化學(xué)是較早開(kāi)展聚酯化學(xué)回收的廠(chǎng)家,已經(jīng)在布局了20萬(wàn)噸的PET化學(xué)回收再生產(chǎn)能。考慮到國外諸如“瓶到瓶”的食品級再生料應用已經(jīng)放開(kāi),相關(guān)的需求將推動(dòng)PET化學(xué)回收的產(chǎn)生釋放。對于聚烯烴的熱裂解而言,國內有不少企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了若干年的探索,但均未能夠打通從熱解油到循環(huán)聚合物的路線(xiàn),大部分情形下熱裂解油被拿去加工成了燃料,這也影響了人們對于熱裂解這條化學(xué)回收路線(xiàn)的信心。最近,中石化開(kāi)始嘗試在這方面開(kāi)展工作,希望能夠打通從廢塑料到熱解油,再到聚合物單體,最后完成循環(huán)聚合物的閉環(huán)。
化學(xué)回收項目的實(shí)現一般需要幾個(gè)重要條件:首先是足夠的低值廢塑料來(lái)源,其次是擁有化工裝置運行的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗,最后是對應于化學(xué)回收產(chǎn)品的市場(chǎng)。
具體而言,國外由于缺乏物理回收的基礎以及相關(guān)物理回收料的市場(chǎng),因此除了聚酯之外,大部分的廢塑料都可以用作化學(xué)回收;國內則大部分廢塑料要先經(jīng)過(guò)初步的分選,相當部分進(jìn)入了物理回收的渠道,只有被挑剩下的低值廢塑料才會(huì )被用到化學(xué)回收過(guò)程中。因此,國內的低值廢塑料來(lái)源對于化學(xué)回收就非常重要。考慮到單個(gè)化學(xué)回收裝置規模較大,因此需要配套的政策來(lái)支持這些低值廢塑料從目前的焚燒和填埋環(huán)節,進(jìn)入到化學(xué)回收過(guò)程中。
化學(xué)回收的裝置可以認定是一般化工裝置,因此相關(guān)的審批,環(huán)評以及運行等,都需要專(zhuān)門(mén)的化工裝置運行管理經(jīng)驗。這和物理回收相比,技術(shù)上需要更多的積累和開(kāi)發(fā)。不論是聚酯還是聚烯烴,相關(guān)的化學(xué)回收剛剛起步,中小規模裝置的運行商在摸索中,大型裝置的建設和運行還需要一些時(shí)間。
最重要的是,目前國內對于化學(xué)回收產(chǎn)品缺乏相應的政策和市場(chǎng)支持。我們看到歐盟關(guān)于塑料循環(huán)和低碳化的一系列政策法規,以及歐盟公眾對于塑料循環(huán)的成熟理解,已經(jīng)形成了一個(gè)關(guān)于化學(xué)回收的市場(chǎng)。國內很多關(guān)于化學(xué)回收的裝置目標也是歐盟市場(chǎng)。但是我們國內由于大家對于化學(xué)回收還存在一定的爭議,很多人認為從化石原料制備的原生塑料產(chǎn)能尚未充分利用,再去開(kāi)發(fā)成本更高的化學(xué)回收顯得得不償失。
化學(xué)回收的下一步
對于化學(xué)回收而言,最重要的是政府,行業(yè)以及消費者要達成一個(gè)共識,那就是化學(xué)回收的目標是為了解決塑料的低碳化,是為塑料循環(huán)進(jìn)行兜底,也是解決塑料污染的關(guān)鍵路徑之一。在這個(gè)共識之上,我們要逐步建立國內自己的化學(xué)回收市場(chǎng),通過(guò)市場(chǎng)行為來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈要素的集聚,以及相應的技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。我們認為,在化學(xué)回收發(fā)展的前期,國外產(chǎn)能的需求能夠起到一定的推動(dòng)作用,但是最終還是要靠國內市場(chǎng)以及供應鏈的完善,才能更好地促進(jìn)化學(xué)回收的發(fā)展。
除此之外,化學(xué)回收本身是一個(gè)高分子解聚的過(guò)程,它本身是一個(gè)放熱反應,對于能耗的需求并不大。但是,公眾需要對于化學(xué)回收過(guò)程的碳排放以及相關(guān)廢物處理有一個(gè)更加清晰的認識,這些都需要行業(yè)同仁繼續努力,在完善化學(xué)回收工藝和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的同時(shí),和上下游一起對于公眾進(jìn)行科普,打造一個(gè)更加低碳,綠色,可持續的化學(xué)回收未來(lái)。


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