废旧塑料回收利用技术进展
近年来,随着塑料工业的高速发展,塑料制品在为人们的工作和
生活带来舒适与便利的同时,由于废弃塑料数量不断增加,引发的环
境问题也日益引起人们的高度重视。废弃塑料的回收利用,作为变废
为宝和解决生态环境污染的重要途径,已经受到各国关注,竞相投入
大量人力物力进行研究。
据欧洲塑料制造商协会(APME)统计,欧盟2002年回收利用废
弃塑料约770万t,占总量38%。其中65%回收用作能源或再转化成
单体用作原料。日本废弃塑料回收利用工作也做得较好,据日本废弃
塑料管理协会统计,日本1020万t废弃塑料中,约52%(530万t)
回收利用,其中2%用作化工原料、3%用作再熔化固体燃料、20%用作
发电燃料、13%用于焚烧炉热能利用。目前,国外回收利用方法主要
包括分类回收、制取单体原材料、生产清洁燃油和作为燃料用于发电
等技术。
制取单体原材料
PVC
索尔维公司投资1060万欧元,在意大利建成投产世界第一套软
PVC树脂回收装置。该装置采用VinyLoop批量工艺,每年可从1万t
废塑料(大多由PVC组成)再生出8500t PVC。该技术采用甲乙酮混
合物为溶剂,在100~140℃和加压条件下,选择性地将PVC和添加
剂溶解,该溶液经沉淀可得到含添加剂的软PVC。该装置的原料主要
由电缆绝缘PVC组成,至少80%的物料是使用后的废料。该工艺回收
生产PVC的费用与生产新PVC相当,而且所得PVC中含有添加剂,所
以树脂售价较高。采用VinyLoop工艺可减轻PVC,尤其是软PVC对
环境的影响。第二套VinyLoop装置将于2004年在法国投运,设计用
于回收涂覆PVC的漆布和织物。
PET
美国伊士曼化学公司1999年中期开发出PET废弃塑料回收工艺。
该工艺将粉末状PET溶解并解聚成单体,替代用作PET生产的原材料,
现已在北欧和日本工业化应用。
日本帝人公司开发了从废弃PET瓶回收对苯二甲酸二甲酯(DMT)
和乙二醇(EG)的循环利用工艺。首先,将PET瓶粉碎和清洗后溶解
于EG中,在EG沸点和0.1MPa下,PET解聚为对苯二甲酸双羟基乙
二醇酯(BHET);过滤除去脏物和添加剂后,在甲醇沸点和0.1Mpa下,
BHET与甲醇进行酯交换生成DMT和EG。经蒸馏分离、重结晶等得到
DMT和EG。该工艺得到的产品纯度达99.99%,费用与生产DMT和EG
的常规工艺相当。
日本AIES公司和日本洁净化中心(CJC)联合开发的PET回收工
艺,产品为高纯度BHET。首先,将废PET瓶粉碎、洗涤;然后,与EG
和专用催化剂混合,在200~220℃下解聚为BHET,产率约为99.5%。
回收费用为每千克几美分。PET Pebirth公司与日本AIES公司的合
资企业将该工艺推向工业化,2003年在川崎建成投产2.7万t/a废
弃PET瓶回收装置。
日本月岛机械(TSK)公司推出回收PET废料工艺,该工艺可从
废弃PET瓶回收高纯度对苯二甲酸(PTA)和EG。PET树脂粉碎后,
在EG中、170~185℃和0.1MPa条件下,与碳酸钠反应40~60min,
PET被解聚生成EG和对苯二甲酸钠(NaTP)。NaTP不溶于EG,经过
滤分离后,EG可循环使用。然后,NaTP溶于水中,在稍高于90℃下
分两步加入硫酸得到PTA结晶。该法得到的PTA纯度大于99.9%。TSK
公司已完成100t/a规模中试,PTA回收率约98%。该工艺在低压下进
行,反应时间短,投资费用较低,8000t/a工业化装置投资约1100
万美元。
PS
日本东芝Kensetsu公司建成1000t/a从废弃聚苯乙烯(PS)泡
沫生产苯乙烯单体试验装置。熔融废PS送入管式反应器,在500~700
℃和约6kPa压力下分解;分解得到的物料依次经过2座减压蒸馏塔
(第1座塔分离较轻组分,第2座塔去除重质组分),生产的苯乙烯
单体纯度为99.83%。苯乙烯单体产率约为70%,其余30%大多为重油
产品。据估算,处理能力3000t/a的PS回收装置约需投资300万美
元,投资偿还期为2~4年。
PU
陶氏化学和Mobius技术公司在瑞士梅林的陶氏技术开发中心建
成废旧PU回收利用示范系统。该工艺将PU泡沫塑料粉碎成50μm的
颗粒,混合多元醇再生产新的泡沫塑料。据称,粉末状废旧泡沫塑料
可替代12%以上多元醇,从而可节减PU生产费用。
PC
日本Victor公司与日本先进工业技术研究院(AIST)及日本清
洁化中心合作,开发出从废弃光盘(如CD、CD-ROM、DVD等)中回收
高纯度双酚A的工艺。该工艺以环己酮为溶剂,碳酸钠为催化剂。在
氮气保护下,PC在约200℃、2MPa条件下分解产生成粗双酚A及少
量其他酚类。经蒸馏精制得到的双酚A的纯度可达到99.9%。在日本
清洁化中心进行的模拟试验表明,双酚A收率可达80%,纯度可达
99.9%。
其他
日本昭和电工公司投资6200万美元,在川崎建成1套以废旧塑
料作为氨等化学品原料的生产装置。该装置的废旧塑料处理能力约为
6.4万t/a,可年产约5.8万t液态氨等化学品,标志宇部工业公司
和Ebara公司开发的二段气化法工艺正式实现商业化应用。废弃塑料
粉碎后送入流化床,600~850℃条件下用氧和蒸汽进行部分氧化气
化,产生含CO、H2、CO2、焦油及炭黑等的混合物;第二气化设施在
1300~1500℃下气化焦油和炭黑。该装置制得的所有产品都将被售
出,包括炉渣(用作建筑材料),不会产生任何废物。
生产清洁燃油
美国燃料加工公司环境燃料开发公司(EFD)开发的专利技术,
可从混合废塑料回收清洁燃料级柴油。接近真空条件下,将废塑料加
热至700℃以上气化后喷向催化板块,即可产生柴油和天然气。该工
艺可生产的柴油含硫量为1×106,远低于直馏柴油,可用作柴油机
燃料。EFD公司已向澳大利亚Ozmotech公司转让该工艺,Ozmotech
公司计划在澳大利亚建设10套小型装置。这种小型装置每套的费用
约250美元,每天处理7t废塑料,可回收柴油约7350L,投资偿还
期约为1年。
作为燃料
日本Sanix公司利用废弃塑料为燃料,在日本苫小牧建成工业化
发电装置。该装置每天焚烧704t废弃塑料,发电74MW。废弃塑料切
碎成小于50mm的颗粒后,送入发电装置的循环流化床锅炉,物料在
850℃以上燃烧。中试结果表明,排气中NOX含量小于200×106、SOX
小于50×106、烟尘小于0.04mg/m3、二 英小于0.1mgTEQ/m3。该
工业化装置投资约8300万美元,电力收入约4600万美元/a。该公司
计划再建2套以上同类装置。
日本神户钢铁公司与Riken和Waseda大学合作,开发了1种新
工艺,可选择性地脱除混合塑料废物中PVC的氯,从而可将混合塑料
废物用作高炉焦炭替代物,不会腐蚀高炉耐火衬里。新技术用微波
(2.45GHz)照射塑料废物,仅有PVC吸收该波段微波,被加热到300
℃,其中的氯以HCl形式释放,可用水或石灰水吸收释放出的HCl。
1.2kW微波处理约10min,可去除PVC中约90%的氯,处理后塑料废
物的氯含量不足0.5%,低于0.5%的高炉最高允许氯含量。该公司已
计划在今后5年内开发连续化微波处理过程。
相关链接
我国废旧塑料回收利用点滴
我国每年产生塑料垃圾约3000万t,处理和回收废旧塑料已刻
不容缓。
兰州爱德华实业公司已自主研制开发出“废旧塑料油化成套技术
及设备”。该技术的最大特点在于,对废弃塑料制品无任何要求,不
须分拣处理即可用于直接生产高品质油品,生产出的90#汽油和0#柴
油符合我国国家标准,可直接用于生产。该废旧塑料油化技术出油率
很高;视塑料类型不同,出油率一般在70%~90%。而且由于采用了
独特的催化剂,生产加工残余物全部可作为工业炭黑使用,避免了废
弃物的排放,不产生二次污染。
深圳绿色环保科技公司在废旧塑料炼油技术方面也已经取得初步
突破,以废旧塑料为原料,裂解生产出90#无铅汽油和0#柴油。目前
该公司已在深圳、兰州等地建成17个生产基地,形成消化废旧塑料
25万t、生产汽柴油2万t的处理和生产能力。
我国每年耗用几十万吨泡沫塑料,废旧泡沫塑料对环境造成严重
的污染。中科院广州化学研究所通过对废旧泡沫塑料进行化学改性,
变废为宝,制成水泥减水剂,使水泥砂浆搅拌用水量节约20%,并使
混凝土强度增大38%。中科院广州化学研究所、广州荔湾区生产力促
进中心和中国轻工原料广州公司三方已签订合作生产协议,共同投资
组建企业,利用废旧泡沫塑料生产水泥减水剂产品。
