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废塑料变油?真的!有这项航天技术加持

来源:中国环境网 时间:2022-05-26 11:27:50

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塑料,作为一种重要的基础材料,日常生活中随处可见。塑料污染的本质是塑料垃圾进入到土壤、水体等自然环境中且难以降解,带来视觉污染、土壤破坏、微塑料等环境危害。


在废塑料治理中,除了熟知的物理回收,还有化学回收,主要运用热解、解聚等方式。那么航天热解SHCP®技术,这项军用技术转民用的项目,具备什么样的优势?将如何发挥作用?未来,废塑料化学回收又会朝着什么样的方向发展?


记者专访北京航天动力研究所副所长、研究员,SHCP®技术主要发明人张彦军。


废塑料化学回收正当时


“我国废塑料化学回收刚起步。”张彦军说。


2021年4月,生态环境部组织编制了《废塑料污染控制技术规范(征求意见稿)》,并于今年4月审议并原则通过。其中指出,废塑料的化学再生指利用化学技术使废塑料重新转换为树脂单体、低聚物、裂解油或合成气的方法,适用于处理低价值、成分复杂,较难进行物理再生的废塑料。


2021年7月,国家发改委印发《“十四五”循环经济发展规划》,提出到 2025 年,废旧物资回收网络更加完善,再生资源循环利用能力进一步提升,覆盖全社会的资源循环利用体系基本建成。


2021年9月,国家发改委、生态环境部印发了《“十四五”塑料污染治理行动方案》,主要任务之一就是加快推进塑料废弃物规范回收利用和处置,包括加强塑料废弃物规范回收和清运、建立完善农村塑料废弃物收运处置体系、加大塑料废弃物再生利用、提升塑料垃圾无害化处置水平等。


2021年11月,工业和信息化部印发《“十四五”工业绿色发展规划》,其中提到落实塑料污染治理要求,实施废塑料综合利用行业规范条件,鼓励开展废塑料化学循环利用。推进低值废塑料热裂解。


废塑料化学再生在困境中前进


据张彦军介绍,废塑料化学回收的方式可减少化石能源消耗,实现废塑料同级再生利用,具有显著的减碳效果。“但尚未有成功的商业化应用案例。”


症结到底在哪儿?


产业链仍面临困境。“在《国民经济行业分类》中,并没有对废塑料化学回收产业进行准确的分类,缺乏明确的定位和监管;部分地区政府要求项目落地在非常稀缺的化工园区或者化工聚集区;同时废塑料的化学回收技术参差不齐易与‘土法炼油’混淆,由此导致此类项目落地困难。”张彦军说。


除此之外,原料端、生产端、产品端,关关都有难题。


原料收集难——目前大部分低值废塑料主要流向了填埋场和焚烧厂,在地理分布上较为分散。


生产难以规模化发展——一是技术不成熟。以热解技术为例,无论是间歇操作设备,还是连续外热管式和回转式设备,都存在传热速度慢、传热不均匀的问题,导致设备处理规模小,结焦严重,对原料适应差等。二是技术规范缺位。技术路线、耗能等方面只能借鉴焚烧发电或者化工行业标准,设计建造成本高。三是技术瓶颈有待突破。低品质废塑料成分复杂,污染程度高,塑料热解油中Cl、Si等杂质含量高,不能直接进入炼厂深加工。


终端产品仍需“闯关”——例如《废塑料污染控制技术规范》(征求意见稿)提到,未进行加工的裂解油和不符合相关产品质量标准的加工产物应按照危险废物管理。鉴于缺少废塑料热解油标准,则需将产物加工达到相关燃料油的标准,提高了生产成本。


然而,若想顺利进入下游炼厂生产环节制新塑料,还需解决对废塑料热解油的除杂提质问题。


即便经过一番回炉造血,终端产品再生塑料(PCR)也会因缺乏使用领域、比例等的明确规定和相关财税政策鼓励而无法阔步前进。


航天技术突破重围用于环保


作为中国航天科技集团公司重大创新研发项目,已申报发明专利49项的航天热解SHCP®技术,究竟是一项怎样的技术?在废塑料化学回收领域会如何发挥作用?


“它依托火箭发动机燃烧、传热和密封技术, 原创研发采用了固体热载体循环机械流化加热的有机固废热解处理技术(SHCP®),进而将废塑料在绝氧环境中加热分解,生成热解油、热解气、热解碳。”张彦军回答道。


“热解气和热解碳作为燃料,为系统自身提供热解反应所需要的能量,同时利用分离后高温烟气余热产生蒸汽用于装置自用和外供,最终输出热解油、蒸汽。热解油可作为燃料油,也可作为炼厂原料深加工为成品油或化工品,实现废塑料同级循环利用。”张彦军补充道。


“整个流程包括废塑料预处理单元、热解单元、热解油气分离净化单元、热解油精制单元、烟气净化单元以及其他辅助单元。”张彦军说。


那么优势如何体现?张彦军进行了详细解读:


技术具备领先性。


一是原料适应性广:热解设备可吃“粗粮”,处理各类混杂塑料时无需分类、清洗。真正解决了物理回收不能处理的低残值废塑料的无害化和资源化利用问题,丰富了应用场景,从源头适应性上推动了产业发展。


二是避免结焦:与外热式热解技术相比,采用固体热载体加热,升温速度快,传热均匀,可有效减少裂解焦前驱体形成(主动预防结焦),同时高温流态化介质与废塑料研磨混合,反应器内不发生结焦现象,清焦功能彻底(流化动态清焦)。


规模化发展可实现。


一方面,相较其他企业一般单套装置在10—30 t/d,SHCP®技术可实现单机350t/d的规模化生产。提高了经济效益,增强了项目相关方信心,为下游石化企业突破热解油深加工技术和规模化使用增添动力,助力废塑料化学再生闭环产业链的实现;


另一方面,热解反应速率快,二次反应程度低,热解油收率高,可自供热。大大提高了废塑料的利用价值,从经济驱动角度上吸引资本关注废塑料的高附加值利用,改变废塑料化学回收行业现状。


据张彦军介绍,航天热解SHCP®技术经过6年的技术研发和中试验证,已经开始布局商业化示范装置建设。


图为航天热解SHCP®技术示范装置 北京航天动力研究所供


“2018年7月在河北霸州建成了一套10吨每天规模的中试装置,实现了不同有机固废的连续进料、连续产油、排渣等‘全流程、自闭环、满负荷’和168小时连续运行的目标。”张彦军说。


“产出的热解油经过分馏调和后可满足SH/T 0356-1996 4#燃料油标准指标要求,精制后可作为GB17411-2015船用燃料油的调和油,也可作为原料油进行深加工。”张彦军回答道。


在谈到应用推广时,张彦军表示,3万吨每年的回收装置总投资约1亿元,内部收益率大于20%,投资回收期为5年,经济效益良好。


“这项技术可实现对生活垃圾分选废塑料、填埋场陈腐垃圾塑料、快递包装物、造纸厂尾渣塑料、工业拆解废塑料,以及危废包装物、油泥等的无害化和资源化处理,市场前景可期。”张彦军说。


未来废塑料化学回收行业如何发展?


在有关部门鼓励和支持下,以航天科技、中石化、中石油为代表的高科技企业和以石化联合会、再生资源协会、合成树脂协会为代表的协会机构都在积极推动废塑料化学回收。


谈及未来发展,张彦军提出了他的看法:


制定废塑料化学回收行业相关标准和规范势在必行,明确化学回收行业分类,同时引导和建设一批化学回收示范产业集聚园区。


应进一步健全生活垃圾分类收集设施,如设立配套废塑料垃圾分选设施、建立废塑料资源交易中心等,建立低值废塑料的回收体系,保障原料供应。同时,规范工业源废塑料的收集处置,限制废塑料的填埋、焚烧等污染严重处置方式。


鉴于目前欧洲各国出台了包装税从经济驱动层面推进废塑料化学回收和PCR塑料使用。我国可以出台关于化学回收PCR的使用领域和比例以及热解油等相应政策,并运用经济手段鼓励废塑料再生,规避PCR原料油按危废管理;探索建立塑料中间产品和终端产品的绿色认证体系,构建绿色全生命周期体系,鼓励和规范终端应用。


面对“卡脖子”的技术难题,加大政策支持,支持拥有创新技术企业新建或利用现有装置开展工业化示范,引导头部企业加强攻关,推动建立产学研合作、产业链协作;在金融支持方面,除了争取地方财政,还可设立专业的产业基金和绿色金融渠道,对废塑料化学回收项目给予直接投资和优先发行债券等。


相信在全社会对低碳经济和废塑料污染治理的关注下,在政策的推动下,废塑料化学回收产业的蓬勃发展将很快到来。