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        1. 塑料化學回收的現狀及未來展望

          發布日期:2024-02-01 08:37:19 來源:免責聲明:所載內容來源于互聯網,微信公眾號等公開渠道,我們對文中觀點持中立態度,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,請聯系我們刪除。

          塑料自從上世紀五六十年代大規模使用以來,以其輕便,廉價,使用方便等優點迅速走入了人們生活的各個方面?,F代社會的發展更是離不開塑料,從家居到汽車,從日化到食品,塑料在幾乎每個領域都扮演著重要的作用。據統計,現在每年有近4億噸各種塑料被化工行業生產出來,然后被加工從各種類型的塑料制品。這些塑料的生產、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,塑料行業也在積極尋找低碳化的路線。

          在這些降低塑料碳排放的實踐中,使用再生塑料,也就是人們常說的物理回收,已經成為行業的共識。但物理回收存在一定的局限性,例如其對塑料回收的來源有一定的限制,再生塑料的性能一般且品質不穩定,大部分情形都是用在一些降級使用的場合。為了提升其性能,往往需要增加較多的成本。
          塑料生產的單體大部分都是來自石油煉制的副產物,例如石腦油。隨著雙碳目標的推進,鑒于新能源和電動汽車的普及,未來對于石油煉制主要產品,也就是汽柴油的需求將會到頂甚至降低。在這一大背景下,短期內會有更多的化石能源被轉化成塑料,但是長期來看塑料行業依靠化石能源提供原材料的格局將會產生變化。于是,人們將目光對準了化學回收,也即是說,考慮將地球上的存量塑料進行裂解,然后將單體提純后重新聚合。
          據不完全統計,人類已經生產了近100億噸塑料,大部分存在于我們周圍的環境中?;瘜W回收的主要目標就是將這些存量塑料,特別是無法進行物理回收的,通過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品。目前國內外對于化學回收的討論和研究非常熱烈,但是其商業化都處在探索階段。根據麥肯錫咨詢的預測,到2050年,接近60%的塑料都來自于物理或者化學回收。尤其是化學回收,在不久的將來會獲得極大的增長。
          化學回收的分類:針對聚酯和聚烯烴
          從技術上講,化學回收可以分為兩大類,一是以PET為代表的聚酯行業,其特點是這類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,其特點是這類塑料一般是自由基聚合而來,其降解只能依靠熱裂解來進行。聚酯行業的化學回收發展較快,目前來看,很有可能實現大規模生產;而聚烯烴行業的熱裂解依舊處于探索階段,其發展依賴于和后端聚合裝置的深度整合。
          由于歷史發展的原因,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。但是,近些年來由于歐美,日韓以及東南亞對于“瓶到瓶”的政策放開,用于食品飲料行業的再生PET需求量猛增。當食品飲料行業重新審視PET的回收再利用,化學回收就體現出了較大的優勢。首先,物理回收即使能夠將雜質去除得比較干凈,也很難保證批次之間質量的穩定,這主要是由于回收環節對于瓶片質量的把控很難做到完全均一化;而化學回收通過解聚,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穩定性。其次,當需求量增加的時候,物理回收的產能擴張比較困難。目前市場上較大的PET物理回收單線產能一般是3-5萬噸/年,而化學回收的產能可以根據反應釜大小直接到30-60萬噸/年。再次,物理回收的再生PET經過固相增粘造粒之后,粘度有所提升,可以用在礦泉水瓶中,但是還是無法滿足碳酸瓶的粘度需求,因此對于高粘度再生聚酯的應用場景,還是要依靠化學回收。最后,由于化學回收可以極大地擴大產能,從而將單噸加工成本有效降低,最終實現與原生料類似甚至較低的成本。
          國際品牌商可口可樂目標在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來說,再生PET的需求量在2030年初步估算將超過400萬噸。當供應鏈意識到化學回收在質量,性能以及成本方面的優勢之后,這一巨大的潛在市場將大大推動PET化學回收的發展。
          聚烯烴的化學回收一般來說分為兩種,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,無氧條件下裂解成粗制合成油。這個合成油中一般而言,成分復雜,如果要使用的話,需要后期做純化和加氫處理。根據經驗,此類合成油的組分與廢舊塑料的成分有一定關系。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。國內有多家企業在嘗試用熱裂解的方式來制備合成油,然后通過工藝,催化劑及加氫等,來調整最終合成油產品的結構,并嘗試作為初始原料用在化工行業。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行裂解,制備出烯烴單體,然后再聚合,生產所謂的循環聚合物(circular polymer)。這種循環聚合物由于碳排放較低,因此獲得了一部分品牌和用戶的青睞。
          聚烯烴的化學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),然后再通過合成氣制備相應的化工和塑料產品。氣化的路線由于對設備要求較高,因此目前國外僅有試驗裝置,尚未有商業化裝置。國內在這個方面也是剛剛起步。
          化學回收的現狀及挑戰
          相對于物理回收,化學回收由于涉及到化學反應,而且裝置一般較大,有的還需要在高溫高壓下操作,因此化學回收的實踐者一般都應該是大型石化企業,常規的物理回收再生企業要進入該行業門檻較高。歐美的化工公司,諸如??松梨?,陶氏化學,沙特基礎工業公司,利安德巴塞爾等,都已經在化學回收方面做了相應的嘗試,也向市場推出了循環聚合物,但是都不大。很多情況下都是通過與小型創業公司合作或者直接收購完成。例如巴斯夫公司向Quantafuel投資2000萬歐元,進一步開發和改進利用混合塑料廢料來生產熱解油的工藝;沙特基礎工業公司與Plastic Energy建立了一座商業化的工廠來提升循環聚合物的產量;陶氏化學與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)轉化為轉化為工業級液態碳氫化合物產品。
          國內華潤化學是較早開展聚酯化學回收的廠家,已經在布局了20萬噸的PET化學回收再生產能??紤]到國外諸如“瓶到瓶”的食品級再生料應用已經放開,相關的需求將推動PET化學回收的產生釋放。對于聚烯烴的熱裂解而言,國內有不少企業已經進行了若干年的探索,但均未能夠打通從熱解油到循環聚合物的路線,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回收路線的信心。最近,中石化開始嘗試在這方面開展工作,希望能夠打通從廢塑料到熱解油,再到聚合物單體,最后完成循環聚合物的閉環。
          化學回收項目的實現一般需要幾個重要條件:首先是足夠的低值廢塑料來源,其次是擁有化工裝置運行的相關技術和經驗,最后是對應于化學回收產品的市場。
          具體而言,國外由于缺乏物理回收的基礎以及相關物理回收料的市場,因此除了聚酯之外,大部分的廢塑料都可以用作化學回收;國內則大部分廢塑料要先經過初步的分選,相當部分進入了物理回收的渠道,只有被挑剩下的低值廢塑料才會被用到化學回收過程中。因此,國內的低值廢塑料來源對于化學回收就非常重要??紤]到單個化學回收裝置規模較大,因此需要配套的政策來支持這些低值廢塑料從目前的焚燒和填埋環節,進入到化學回收過程中。
          化學回收的裝置可以認定是一般化工裝置,因此相關的審批,環評以及運行等,都需要專門的化工裝置運行管理經驗。這和物理回收相比,技術上需要更多的積累和開發。不論是聚酯還是聚烯烴,相關的化學回收剛剛起步,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間。
          最重要的是,目前國內對于化學回收產品缺乏相應的政策和市場支持。我們看到歐盟關于塑料循環和低碳化的一系列政策法規,以及歐盟公眾對于塑料循環的成熟理解,已經形成了一個關于化學回收的市場。國內很多關于化學回收的裝置目標也是歐盟市場。但是我們國內由于大家對于化學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能尚未充分利用,再去開發成本更高的化學回收顯得得不償失。
          化學回收的下一步
          對于化學回收而言,最重要的是政府,行業以及消費者要達成一個共識,那就是化學回收的目標是為了解決塑料的低碳化,是為塑料循環進行兜底,也是解決塑料污染的關鍵路徑之一。在這個共識之上,我們要逐步建立國內自己的化學回收市場,通過市場行為來推動產業鏈要素的集聚,以及相應的技術和產品開發。我們認為,在化學回收發展的前期,國外產能的需求能夠起到一定的推動作用,但是最終還是要靠國內市場以及供應鏈的完善,才能更好地促進化學回收的發展。
          除此之外,化學回收本身是一個高分子解聚的過程,它本身是一個放熱反應,對于能耗的需求并不大。但是,公眾需要對于化學回收過程的碳排放以及相關廢物處理有一個更加清晰的認識,這些都需要行業同仁繼續努力,在完善化學回收工藝和產品開發的同時,和上下游一起對于公眾進行科普,打造一個更加低碳,綠色,可持續的化學回收未來。


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