廢棄塑料包裝資源綠色高值化解決方案的持續創新（一）

張友根

(上海浦東新區，上海 201200)

0 前言

《中國石化工程科技2035發展戰略研究》指出，全面支持廢舊高分子材料高附加值回收利用。廢棄塑料包裝資源綠色高值化解決方案的持續創新成為新時代生態環境保護可持續發展的重要組成。日益增長的廢棄塑料包裝垃圾增添了生態環境的沉重的負擔，同時也造就了高值化的“人類的第二資源”。歐洲再生塑料平均回收率在45%以上，德國塑料回收率達60%，我國塑料回收利用率僅占30%，而且焚燒、填埋等浪費資源的低值化處理方法占了很大比例，不但造成了巨大的經濟損失，而且更重要的是給生態環境保護健康發展埋下了嚴重的隱患。

習近平總書記說變廢為寶循環利用是朝陽產業，垃圾是放錯位置的資源，把垃圾資源化是化腐朽為神奇，既是科學也是藝術。新時代基于生態環境保護準則的循環經濟的科學發展觀，變革了傳統的廢棄塑料包裝資源處理的理念，“人類的第二資源”低值化回收利用的傳統模式已不符合生態環境保護的基本國策，“變廢為寶”綠色高值化“化腐朽為神奇”的持續創新解決方案拓展了“人類的第二資源”廣闊的發展空間。

根據循環經濟及塑料壽命周期的特點，廢棄塑料包裝資源可化為終結塑料壽命周期資源和再生塑料資源，本文圍繞廢棄塑料包裝的兩類資源綠色高值化的解決方案的創新驅動，結合新技術、新裝備、新工藝、新材料、新應用，進行研究和論述，發表了作者的見解，供讀者參考。

1 廢棄塑料包裝資源綠色高值化解決方案的持續創新的內涵

國家及有關部門對廢棄塑料的回收利用制定了一系列法律法規：《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國固體廢物污物環境防治法》、《清潔生產促進法》、《循環經濟促進法》、《固體廢物污染環境防治法》、《水污染防治法》、《礦產資源法》、《廢塑料回收與再生利用污染控制技術規范(試行) 》、《關于加快推進再生資源產業發展的指導意見》 等，奠定了廢棄塑料資源綠色高值化解決方案持續創新遵循的準則。

1.1 綠色高值化及其解決方案的持續創新的價值觀

“綠色”表征廢棄塑料包裝資源回收利用以生態環境保護為準則；“綠色高值化”的“值”指“綠水青山”的環保價值和“金山銀山”的經濟價值，“高”表征了廢棄塑料資源循環利用持續創新才能獲得更高的價值，同時也表征了“高”無頂點，只有更高，沒有最高。“綠色高值化”的“化”表征了廢棄塑料包裝資源回收利用的必須實現規模化、多元化、集約化、多樣化、社會化，才能提高社會的資源節約型的循環經濟的應用價值，持續生態環境保護的創新驅動。

綠色高值化解決方案必須具有環保的策略、風險預測、評估標準、環保風險防范及處理預案。環保價值統帥經濟價值，經濟價值無條件服從于環保價值。

1.2 綠色高值化解決方案的持續創新的永續發展觀

塑料遵循物質滅定律，物質存在，持續創新綠色高值化的空間存在。塑料在自然界中，在不同的環境下，存在的形式發生物理變化或化學變化，發生物理變化即塑料的屬性沒有變化，即塑料在物理范疇內變化；塑料發生化學變化即塑料的屬性發生變化，但組成塑料的基本粒子依然存在且沒有變化，即塑料在化學范疇內變化。物理變化再生塑料資源的應用領域沒有變化，但應用的價值可發生變化；化學變化再生非塑料物質其屬性發生變化，其應用領域及價值都發生變化。

塑料具有特有的壽命周期屬性，再生資源屬性與壽命周期屬性相關。在壽命周期內、有再生利用價值的廢棄塑料，應最大限度延長壽命周期，提高循環利用次數，實現再生塑料資源高值化，實質上是在塑料范圍范圍內“小”循環即原級再循環；達到壽命周期、現技術不能延長壽命周期、沒有再生塑料資源商業價值的三類廢棄塑料，延長塑料的壽命周期已毫無價值，采用化學變化再生為其他高值應用的物質，終結塑料的壽命周期，實質上是在自然界范圍內的“大”循環即次級再循環。在壽命周期的各個階段，采用不同的策略，獲得“高值化”。

1.3 綠色高值化解決方案的持續創新范疇

根據塑料壽命周期，廢棄塑料包裝資源的綠色高值應用解決方案的持續創新主要包含二個方面：廢棄塑料包裝資源終結塑料壽命周期綠色高值化解決方案；廢棄塑料包裝資源在塑料壽命周期內再生塑料資源綠色高值化解決方案。

1.4 綠色高值化解決方案的持續創新的策略

習近平指出，綠水青山就是金山銀山。廢棄塑料回收再生的環保高值化就是經濟效益高值化，經濟效益高值化來自環保高值化，經濟效益高值化為環保高值化的解決方案提供經濟支撐。環保高值化需要科技創新和新的解決方案。解決方案的持續創新基于生態環境保護準則，資源循環利用高值化為導向，以現代環保技術、資源再生技術、能源技術、材料技術、生物技術、環境監測技術、 “互聯網 +”、數字技術等為指導，以關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新為突破口，預先防止廢棄塑料資源應用工程對生態環境保護產生負作用，“百花齊放、百家爭鳴”創新驅動綠色高值化應用再生塑料資源的新策略、新技術、新設備、新工藝、新材料、新應用、新領域，全方位達到人、自然環境、社會環境的和諧共生。

1.5 綠色高值化解決方案的持續創新的原則

基于生態環境保護的持續創新原則，防范二次污染風險，升級循環利用的技術與設備，滿足“現實需求”和“潛在需求”應用高值化。

廢氣、廢水由無害化排放創新驅動為循環利用資源化的“新時代”模式。

持續資源利用高效化、能源低碳化、資源再生高值化、應用拓展高值化、壽命周期永續化的創新。

2 終結塑料壽命周期廢棄塑料包裝資源綠色高值化解決方案的持續創新

熱裂解技術是世界上高分子質能研究的前沿技術之一。該技術能以連續的工藝和工廠化的生產方式將高分子聚合物（廢輪胎、廢塑料、油泥、生物質）轉化為高品質的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方便的高附加值能源產品及高分子單體。2017年初國家工信部、商務部、科技部三部委發布的《關于加快推進再生資源產業發展的指導意見》（工信部聯節[2016]440號）文件中把“熱裂解生產技術與裝備”列入重點領域，大力推進廢塑料回收利用體系建設，鼓勵對固廢能源化利用，逐步減少對固廢的粗放處理。

熱裂解是終結塑料壽命周期的終極利用。熱裂解技術真正實現廢塑料的無害化、資源化處理，安全環保、高效節能優勢突出。

廢棄塑料包裝材料雖然可以實現回收再生高分子材料資源，但再生塑料壽命周期受到限制，不能一而再、再而三地無限次再生為塑料，但這并不意味著喪失了資源價值。大量的混雜廢棄塑料的城市垃圾塑料資源難以分揀再生為塑料資源，但并不意味著喪失了資源利用價值。這些終結“塑料”壽命周期的廢棄塑料資源華麗轉變到新領域內繼續發揮資源價值，開始新領域內的壽命周期，實現新的資源價值。

傳統的對終結塑料壽命周期的廢棄塑料實施填埋、焚燒的浪費資源的處理方法，以及作燃料原料的低值利用方法，污染禍害、隱患比較大，不符合生態環境保護的處理準則。

2.1 終結塑料壽命周期廢棄塑料包裝資源熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

熱裂解油化在無氧氣工況下，從原理上阻止了二噁英的產生，減少氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)排放，保護了生態環境；高值化高效的回收油品，實現環保高值化。熱裂解主要適用于聚烯烴類廢棄塑料。廢棄塑料包裝資源熱裂解油化成為終結“塑料”壽命周期“來自石油回歸石油”的自然循環的綠色高值化應用解決方案的首選。

廢棄塑料包裝資源熱裂解油化高值化應用解決方案的持續創新的創新重點：清潔環保“高值”裂解油化裝備的開發及應用；綠色經濟“高值”裂解油化技術的開發及應用。

2.1.1 廢棄塑料包裝塑料熱裂解油化工藝綠色高值化解決方案的持續創新[1]

熱裂解油化工藝主要分為催化熱裂解油化工藝和熱裂解—催化油化工藝。

催化熱裂解油化工藝，熱裂解與催化裂解同時進行，以催化裂解為主反應速度快、時間短，油品中異構化、芳構化產物較熱解工藝所得油品多，經催化蒸餾獲得油品，效率高。目前，廢棄塑料的材料催化裂解受到限于催化劑的功能，所以，催化裂解的廢棄塑料需分類及清洗，才能催化熱裂解。同時也提出了高值化創新的課題：開發適應混雜型廢棄塑料催化熱裂解的多功能催化劑，提高熱裂解適應性能。

熱裂解—催化油化工藝。熱裂解和催化油化分步進行，即廢棄塑料先熱裂解，然后熱裂解生成物在催化劑的作用下生成油品。熱裂解在沒有催化劑條件下進行，反應速度慢，效率低，設備易結焦，連續生產難度大。熱裂解對廢棄塑料沒有特殊要求，所以，廢棄塑料垃圾不需分揀分類及清洗，免去了清洗和污水處理工程，降低了由此產生的二次污染風險。同時也提出了高值化創新的課題：開發適應混雜型廢棄塑料催化熱裂解的多功能催化劑，提高熱裂解效率。

學習效果評價指標內化于課程教學項目之中，通過項目實施過程、項目完成情況、期末考核等步驟實施評價，根據各部分比例加權給出總評成績。由于學生的個體差異，能力側重點不一，表格中的權重值可視情況進行調整。

由此可見，兩種熱裂解油化工藝的主要區別是熱裂解對廢棄塑料的潔凈度、清潔度不同。催化熱裂解油化，創新熱裂解的加熱技術，開發適于混雜型廢棄塑料的催化裂解的多能化催化劑。實現兩種熱裂解工藝合為一。

2.1.2 廢棄塑料包裝塑料催化熱裂解連續油化綠色高值化解決方案的持續創新

催化熱裂解油化工藝易結焦，清洗結焦影響了連續工作周期，成為持續創新的重點。

河南亞太能源科技股份有限公司在深入研究加拿大Laval大學的真空移動床工藝、比利時ULB大學的兩段移動床工藝、德國漢堡大學開發的流化床熱裂解工藝及我國浙江大學自行開發的中試回轉窯熱裂解系統等行業領先技術的基礎上，突破了催化熱裂解設備不能連續式生產的世界性難題，自主開發出了我國第一套連續式催化熱裂解綜合處理工藝技術及整套設備，實現了工業化、規模化生產。目前國內外行業中第一套連續式催化熱裂解綜合處理工藝技術及設備，此項技術的應用推廣必將帶來一次世界性的環保巨變。

創新二步加熱技術，熱裂解不結焦：

（1）預熱分離PVC夾雜物。破碎的混合型廢舊塑料經送料機送入裂解器，并在輸送過程中初步受熱，將其中的PVC低熔點塑料裂解，使HCl與其他物料分離。獨有、完善的HCl吸收系統，可避免混合廢塑料分揀帶來的巨大成本。

（2）催化裂解恒溫加熱。 預熱分離處理的材料被連續送進裂解器，并由分散系統將其分散，由恒溫供熱系統為裂解器提供熱量，在高效催化劑的作用下完成裂解裂化反應。精確的熱分散恒溫供熱。 精確的熱分散恒溫供熱系統和物料分散系統使被裂解物料受熱極為均勻并大大增加了受熱面積，配合使用專利結構，徹底解決了全世界范圍內任何工藝及設備所無法解決的結焦這一世界難題。

二步法催化油化工藝及廢氣物循環利用高值化。 裂解油氣經分餾塔分餾，以及固定床二次氣相催化、脫臘等工藝處理后，得到高品質的燃料油與少量可燃氣（系統自用）。

整套系統采用PLC可編程邏輯控制系統，對控制點可實現自動控制，具有數據采集、運算、記錄、打印報表、報警等多種功能。加熱速度快、反應迅速、氣相停留時間短，熱利用效率高，同時可以減少二次反應的發生，產油率高。

2.1.3 廢棄塑料包裝塑料柔性熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

北京福海藍天公司歷經9年開發的廢棄塑料熱裂解“柔性油化技術”，整個工藝流程使固體廢棄塑料從低、中、高三種溫度，緩慢熱裂解爐內廢棄塑料熔融成液體狀，全部實現液態的流體化。柔性油化工藝通過合理控制溫度、壓力等反應條件，使廢舊塑料在200～250℃就開始裂化反應，逐步過渡到高溫，有步驟地對各類油品分類收集，避免了過度高溫熱裂解產生的結焦、縮聚反應芳烴化，降低了原料的結焦率，減少了油品中雜質的含量。整套工藝設備實現連續化、規模化作業，油化過程幾乎不產生“二次污染”，排出的煙塵、氮氧化物、二氧化硫、氯化氫的排放濃度分別為 4.5 mg/m3、28 mg/m3、4 mg/m3、0.34 mg/m3，遠低于國家標準。

福海特種設備制造有限公司研發出“柔性油化技術”設備，實現了98%的廢棄塑料油化為柴油或汽油，出油率最高達80%，初級油品可比進口的原油質量，油品的閃點、密度、黏度、灰分等指標都高于國家標準。油品不含硫，經過精煉就成為優級環保燃料油。福海公司在三河市投資建成一條日處理100 t的零污染廢舊塑料柔性油化工藝生產線，計劃于2019年建成出油。

柔性油化技術相比國際同類“油化”技術更具綠色環保和商業價值，既能避免二次污染，又真正實現了廢棄塑料的高值化利用，具有顯著的可持續發展的綠色社會效益和經濟效益。

2.1.4 廢棄塑料“混流瞬間成膜”熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

浙江省杭州市富陽經濟技術開發區的杭州潤泰新能源設備有限公司，歷時多年研發的廢塑料“混流瞬間成膜”熱裂解油化技術，已經成功應用在“廢棄塑料高效轉化能源設備”上，廢塑料不需要水洗，經送料系統，多級融化后，進入混流瞬間成膜反應釜裂解、催化、冷卻、成柴汽油、可燃氣體和碳黑（粉），100%轉換為能源產品，低能耗、無污染地變成高品質的汽柴油等能源產品。

“混流瞬間成膜”清潔化熱裂解油化，不產生二次污染。“混流瞬間成膜”技術使廢塑料在瞬間時間內裂解，反應完全；熔融料不會過熱而燒焦；裂解釜內壁不產生結焦；溫度控制穩定正確；出油穩定且出油率高。油、汽從熱裂解釜排出經冷凝壓縮，將油、汽分離，干燥的碳粉從下部經出碳器排出，實現了常年連續化生產，無需人工清理。生產過程中無二次污染。廢塑料熱裂解油化的全過程處于全封閉反應環境，真正實現了無污染處理。設備可以將各種混合的工業廢塑料、生活垃圾廢塑料及醫用廢塑料、農用地膜無需清洗，杜絕了廢塑料清洗產生二次污染的風險。直接裂化含水率達60%的垃圾廢棄塑料，杜絕了廢塑料脫水甩干產生二次污染的風險。

“混流瞬間成膜”廢塑料熱裂解油化率高，提高了廢塑料資源的利用率，實現低碳裂化油化。廢棄塑料出油率達75%左右，其余15%為可燃氣體，剩余10%為碳黑。通過這種技術煉制出的油中含鉛、硫，比市場同品位原油中含量要低的多，銷售價格與市場同品位油價格差不多；可燃氣體的純度要比市場上的更高，熱值更大。燃油經蒸餾工藝后完全符合國家同品位的汽油、柴油的標準，設備使得廢塑料充分裂解，其碳黑(粉)干燥純凈，細度可達到300目以上，兼顧社會效益的同時，還能保證極佳的經濟效益。

2.1.5 廢棄塑料包裝塑料低溫常壓催化熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

常規的熱裂解油化溫度500～600℃。除熱敏性塑料外，PE、PP等常用的塑料包裝材料超過300℃，易分解出有毒廢氣。低溫熱裂解溫度降低到300℃以下，不但可大幅降低二次污染的風險，而且可顯著降低塑料液體化的能耗，實現熱裂解油化的環保“高值化”。降低熱裂解溫度是實現熱裂解油化零污染排放的首選技術，核心技術是催化劑的研發。

青島科大汪傳生教授和濟南恒譽環保科技股份有限公司合作，開發出工業連續化廢棄塑料低溫催化熱裂解油化的成套技術與裝備。在常壓及300℃熱裂解溫度下，實現工業連續化，保證熱裂解反應器內溫度分布均勻，使廢塑料熱裂解油化，燃料油產出率達到65%以上。低成本、高效率的復合催化劑，其催化裂解效率提高了20%，催化長效穩定性提高了25%。脫除率達 99%的HCl脫除技術，有效防止了裂解產生的HCl氣體對裂解裝置的腐蝕和對催化劑的危害，大幅降低二次污染的風險，而且可顯著降低塑料液體化的能耗。解決物料的均勻傳熱、防結焦及動態密封問題，從而實現裂解過程的連續化。為解決均勻傳熱和防結焦問題，該項目研發了防結焦熱分散技術，既提高了導熱均勻性，又可去除裂解器內壁的黏附物，防止結焦和積炭，提高導熱效率。工藝流程中，廢棄塑料由上料裝置送至過渡料倉，與專用催化劑通過進料裝置連續送入熱裂解器，經熱裂解油化，獲得燃料油、可燃氣和固態燃料等。安全環保前提下實現工業連續化大批量生產，整套生產線采用PLC智能控制系統，通過三體系認證、歐盟CE認證，廢氣排放符合歐盟EEA及美國EPA標準。

濟南恒譽環保科技股份有限公司，其自主研發的工業連續化廢橡膠廢塑料低溫催化熱裂解資源化利用成套技術及裝備以其優異的安全、環保性能，以及長時期連續穩定的運行，榮膺“國家科技進步獎”。廢塑料由上料裝置送至過渡料倉，與專用催化劑通過進料裝置連續送入裂解器，經常壓低溫裂解裂化反應，獲得燃料油、不凝可燃氣和固態燃料等。安全環保前提下實現工業連續化大處理量生產，整套生產線采用PLC智能控制系統，通過三體系認證，歐盟CE認證，尾氣排放符合歐盟EEA及美國EPA標準。裝備出口至德國、匈牙利、巴西、愛沙尼亞、泰國、印度、馬來西亞、伊拉克、臺灣等世界多個國家與地區。

2.1.6 廢棄塑料磁化低溫熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

虹口區現代制造技術協會提出一種用于固體有機廢物(垃圾)處理的磁化低溫熱裂解技術。固體廢物中的可燃物（如紙品、板材、木屑等）經引燃后，在進入爐體（第一處理室）的磁化空氣作用下燃燒，使爐體升溫，在第二處理室中，固體廢物中的可燃物以及部分熱解產生的可燃產物置于還原性氣氛中，進行部份燃燒，放出熱量。利用此熱量使固體廢物中的有機物完全熱裂解氣化。由于沒有像直火型焚燒爐中的攪拌作用，因而產生的飛灰很少。熱裂解的氣化產物和少量飛灰經脫臭筒中的鉑催化吸附作用，從而使從煙道排出的氣體中灰塵極其有限，因而無需特別添置除塵裝置，也足以滿足最嚴格的灰塵排放的有關法規。這里用鉑催化劑的催化作用來凈化氣體污染物,其原理是將廢氣中的有害物質轉化為無害物質或易于去除的物質。此法的優點是無須將有害氣體與主氣流分離而直接將有害氣體轉化為無害物，這既可避免二次污染，又簡化了操作。磁化空氣使氣化熱解在350℃的低溫下進行，相比直火型450～750℃的熱解溫度，不但降低了能耗，而且由于低溫熱解基本上消除了二噁英的產生。在磁能的作用下，被處理的固體廢物中有機組份中的分子間內聚力減小，因而提高了熱解的效果。

2.1.7 廢棄塑料氫化析解熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

熱裂解產物通常無法達到燃料油的基本性能要求，這是因為熱裂解過程中沒有氫氣，所以裂解得到的油類產物含有相當多的高沸點成分，此外還含有氯、硫等對環境有害的雜質。

氫化析解熱裂解油化技術克服熱裂解存在的這些問題，在對塑料廢棄物進行熱裂解時，將其置于氫氣高壓（氫氣壓力＞20 MPa）條件下進行，與熱裂解相比，氫化是一種更好的原料回收方法，得到的合成原油產物可直接用于精煉。氣化反應是以可控的方式對塑料廢棄物中的氫化合物進行氧化，生產出具有高價值的合成氣。由于熱裂解反應是一個吸熱反應，而氫化則是放熱反應，所以二者為互補反應。

創新氫化析解工藝，實現PVC廢棄塑料熱解油化。德國巴斯夫等三家化學公司在共同的研究氫化析解PVC工藝技術。將混合的塑料碎片置入氫反應爐內，加以特定溫度和壓力，便能產生合成原油和瓦斯等原料，其優點是不會產生有毒的二噁惡英與氯氣。采用這種方法處理混合型廢棄塑料，根據不同的塑料，可將其中的60%～80%的成分煉成合成原油。

創新氫化析解工藝，提高出油率。美國列克星敦肯塔基大學發明了一種廢塑料變成優質塑料燃料油的氫化復合析解油化工藝方法。研究人員在沐浴器中把各種塑料和沸石催化劑、四氫化萘等混合在一起，然后放進反應爐里，用氫加壓并加熱，促使大分子塑料分解成分子量較小的化合物，這一工藝過程類似于原油處理中的化合。廢塑料經此處理后產油率很高，聚乙烯塑料瓶的出油率可達88%。當廢塑料和煤以大致1:1的比例混合和液化時，可以得到更為優質的燃料油。用這種方法生產的燃料很像原油，甚至比原油更輕，更容易提煉成高辛烷值的燃料油。這種用廢塑料生產的燃料油不含硫磺，雜質也極少。

德國V.O.AG公司的2×104t/a廢塑料處理裝置在460～490℃和20 MPa下，以氫堿為催化劑，可將混合廢塑料分解為80%液體燃料和其他產物。

2.1.8 廢棄塑料微波輻射熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

微波輻熱裂解廢棄塑料油化為油、氣和活性炭等產物，創新了熱裂解—催化油化工藝技術。

2011年，加拿大曾將微波輻射熱裂解技術用于廢舊輪胎回收處理，它的微波熱裂解廢輪胎處理設施，在分子水平上進行，不融化輪胎，而是降解斷裂分子鍵，幾乎實現報廢輪胎資源100%回收再利用，年回收90萬L燃油。

塑料盒和橡膠為同類高分子化合物，微波輻照裂解技術同樣適用于廢棄塑料裂解油化。進行微波裂解垃圾的關鍵部件是微波裂解腔的性能。裂解腔作為廢棄塑料在微波輻照下進行高溫裂解的反應容器，其性能優劣直接決定了垃圾裂解的效率和產物的質量。微波裂解腔的研制需要解決微波隔離、微波分布、物料分布、物料流動與控制、連續進出料、結焦處理和還原條件下的連續裂解等問題，是一個典型的多學科融合的綜合技術產物。

中國航天科工集團公司二院23所已經研制出了利用微波技術裂解垃圾的裝置。這個大功率微波輻照裂解垃圾設備像一個超大號“微波爐”，它將垃圾進行微波加熱、分解，不但可將垃圾無害化處理，還可以分層次對垃圾進行能源綜合利用，實現多用途的變廢為寶。這也是目前國內首個能夠將垃圾處理和資源再生同步完成的先進技術，已在北京市的研發生產基地試驗運行。用于處理垃圾的微波熱裂解腔有效容積超過1 000 L，是目前已知的國內最大熱裂解反應腔。經過測算，一臺20 kW功率的微波垃圾裂解設備處理1 t垃圾可以產生37.5 m3的天然氣，37～62 L燃料油和一定量的活性炭。150 kW的“超級微波爐”每天可以處理80 t原始垃圾，預計可日產出2 964～4 964 L的燃料油，以及約 3 000 m3的天然氣，這相當于近600個天然氣罐的使用量。目前這種裝置正在試驗與演示驗證階段，計劃日處理20 t原始垃圾。試驗成熟后，裝置將達到日處理近100 t原始垃圾的能力。多套裝置并線運行后，可大大增加垃圾處理廠處理能力和運行效率。微波輻照裂解垃圾設備后續還可通過系列化開發，形成一系列不同處理能力的微波輻照裂解垃圾裝置，滿足城鄉各種垃圾處理的需求。

2.1.9 廢棄塑料包裝資源超臨界水熱裂解油化綠色高值化解決方案的持續創新

超臨界水的特殊溶解和氧化能力為廢棄塑料的熱裂解油化高值化帶來了名副其實的“綠色熱裂解油化高值化”，同比其他技術，油化率高、無碳化現象、快速高效，能全部干凈地回收利用資源，幾乎無副產物，不污染環境，水可循環使用，回收的主要產品是輕油，可以實現分解產物的組成控制，已成為國內外綠色油化的研究及工業化的創新驅動的方向。

日本東北電力公司會同三菱重工開發超臨界水進行廢塑料裂解油化技術與設備，建立一座處理能力為0.5 t的試驗裝置，用于處理電力公業的廢塑料，如廢電線包皮等。廢塑料粉碎后與水混合、加熱、加壓至374℃、22.1 MPa的水的超臨界狀態，不需要催化劑，裂解油化時間由熱解的2 h縮短到2 min，油品的回收率80%以上，大幅度提升效率，廢塑料干凈徹底分解，水可以循環使用，無廢氣產生，環保高值化顯著，大幅降低了裂解油化成本。

廢棄塑料包裝資源超臨界水熱裂解油化技術具有環保高值化，應用于工業化還有許多工作要做。

2.1.10 創新發明的廢棄塑料催化油化單一柴油品種綠色高值化解決方案的持續創新

廢棄塑料熱裂解市場氣態有機物，經催化市場各種油品，后續分離處理，才能得到汽油、柴油等低分子物質。如能得到單一品種，即可省略分離工藝，提高高值化。

中科院上海有機化學研究所黃正研究員課題組找到了一種油化為單一清潔柴油的催化油化方法。

催化劑為石油煉制中會大量生成、應用價值較低、使用價值有限、又不適用于運輸系統燃料的一些低碳烷烴。通過一個溫和的化學反應，就能讓聚乙烯廢塑料和這些低碳烷烴主要變成有用的燃油。

聚乙烯廢塑料在催化劑（低碳烷烴）作用下，高分子與低碳烷烴拉手、拆分，直到其中大部分變成9～22個碳分子的低分子柴油。這類低碳烷烴與聚乙烯“拉手”后，不僅降解了聚乙烯，自己也變成了柴油分子的一部分。實驗表明，0.3 g聚乙烯廢塑料經過該方法處理之后，可以變成主要產物是柴油的1.8 g油狀物。

課題組通過與美國加州大學爾灣分校管治斌課題組合作，黃正還使這個“交換舞伴”的過程變得更加綠色：降解反應溫度只需150～200℃，通過控制催化劑結構或反應時間，科學家還可以選擇最后生成柴油或聚乙烯蠟。

這項聚乙烯廢塑料熱裂解油化技術離工業化應用還有很長的一段路要走。目前，他們正在發展更高效、成本更低的聚乙烯降解催化劑，盡快將該反應從實驗室推向中試。

2.1.11 廢棄塑料真空熱裂解催化油化綠色高值化解決方案的持續創新

美國EFD開發的真空熱裂解催化油化的專利技術，可從混雜型廢塑料中回收清潔的燃料級柴油。廢塑料在接近真空條件下，被加熱至高于700℃，裂解氣化，輸入合成室，在催化作用下，生成柴油和燃氣。生產的柴油含硫1×10-6，遠低于直餾柴油的含硫量，可直接用于現有的柴油機而無需再處理。小型裝置每套的費用約250萬美元，每天從7 t的廢塑料粗料中可回收約7 350 L柴油，出油率高達73.5%；投資償還期約為1年。

綠色高值化。混雜型廢塑料真空熱裂解，用“真空”代替催化，解決目前沒有高性能多功能催化劑、不能實現高效催化熱裂解混雜型廢塑料的技術難題，熱裂解塑料不受限制；廢塑料碎片在真空狀態下得到有效的分散，污染物得到潔凈化清除；在真空的狀態下，熱能輻射傳遞，廢塑料碎片得到勻質加熱，不產生局部結焦污染物，實現連續化熱裂解；熱裂解效率高，廢塑料熱解利用率徹底。

2.1.12 廢棄塑料熱裂解油化技術與裝備加工塑料種類的適應性綠色高值解決方案的持續創新

裂解油化回收工藝持續創新要有生命力，必須能夠接受組成廣泛的混合塑料。日本廢塑料再生促進協會及廢物研究財團在政府的資助下，開發成功一般混合廢塑料的油化技術。

國內規模化的裂解油化裝備僅限于聚烯烴類廢棄塑料，對含PVC＞30%的混雜廢塑料的大型裂解油化裝置尚未實用化。目前工業界已對富含PVC (高至60%)的廢塑料進行了實驗室工程研究和初步的中試，但尚未對示范裝置的建設提供最佳工藝條件。東芝公司研究成功PVC廢塑料裂解油化的連續脫氯技術，試制成含50%PVC的廢塑料裂解油化裝置。

熱固性塑料加熱不熔融，不可能再生為熱固性塑料，也很難用熱分解法油化，而每年報廢的家用電器、計算機和汽車中大量酚醛樹脂和聚氨酯等熱固性塑料必須處理回收。國內對廢棄熱固性塑料的常規的處理作為建筑構件的填料，裂解油化還未涉及。美國通用高速取得了廢棄熱固性塑料無氧低溫裂解油化技術。日本一些研究機構正在研究熱固性塑料的回收方法，并已取得很大進展。SMC廢棄物在無氧情況下，加熱分解成為保存能量成份的熱解氣和熱解油，以及以碳酸鈣、玻纖為主的固體副產物。其熱解產物隨熱解溫度的不同而不同。400～500℃以回收熱解油為主。在600～700℃以回收熱解氣為主，溫度達到480～980℃，所產生的熱解氣具有足夠的能量供給熱解使用，多余部分熱解氣可存儲用作燃料。熱解過程和最終產品滿足安全性和環保的要求。熱解法最大的優點在于可處理被油漆、粘接劑和其他材料污染的玻璃鋼廢棄物，而金屬異物在熱解后從固體副產物中除去。

2.1.13 廢棄塑料熱裂解油化催化劑綠色高值化解決方案的持續創新[2]

催化劑是廢棄塑料熱裂解油化高值應用綠色解決方案的關鍵。廢棄塑料轉化為液體燃油高值化，發展性能優良的催化裂解用的催化劑是綠色高值化解決方案的關鍵。目前，研究的各類不同催化劑各有特點。Y型分子篩及其改性催化劑的孔徑和酸性適中，液態產物收率較高，油品品質也較高；MFI型分子催化劑抗積碳性能好。液態產物中芳烴選擇性好；以粉煤灰為催化劑可以同時解決廢棄塑料塑料盒煤灰帶來的環境問題，但催化性能有待提高；黏土類催化劑酸性溫和，催化裂解的液態產物率高；負載過度金屬的催化劑可以同時促進直鏈烷烴異構化、脫氫環構化合環烷烴脫氫芳構化等重整反應的進行，具有較好的發展空間。

由中國石油科技管理部會同煉油與化工分公司共同組織，石油化工研究院牽頭，蘭州石化、撫順石化和西南油氣田等26個單位共同承擔廢塑料煉油催化劑研制開發與工業應用重大科技專項，2015年1月獲認可。在催化裂化、汽油加氫、柴油加氫、加氫裂化、渣油加氫及硫磺回收催化劑、催化裂化及加氫催化劑生產技術、催化材料等九個方面攻克56項關鍵技術，研制開發6大類21個系列52個品種的催化劑新產品和8個品種的催化新材料，開發出5個工藝包，在54個企業的111套工業裝置上推廣應用。

上海同濟大學與北京裂源環保技術設備有限公司、上海纖和環保科技有限公司、中國石油大學聯合攻關城鄉生活垃圾中廢塑料高效穩定裂解技術的研究，取得重大綠色成果。高性能裂解油化的復合催化劑，催化熱解效率達816 g/g.cat以上，催化長效穩定性催化裂解10 h以上。

目前研究的催化劑都是針對單一品種廢棄塑料熱裂解油化性能的研究，而在實際應用中，特別是垃圾廢棄塑料成分繁雜，需要進一步研究對繁雜廢棄塑料熱裂解油化的多功能催化劑。

2.1.14 廢棄塑料包裝資源熱裂解油化清潔化生產綠色高值化解決方案的持續創新

降低熱裂解油化裝備自身的污染生成及排放，實現裝備自身的清潔化生產，減少或清除對周邊環境的二次污染風險，實現環保高值化。

廢塑料熱裂解油化技術本身是一項消除污染的技術，熱裂解油化過程中產生二次污染風險的煙氣，廢塑料加料過程中產生的塵埃，存在污染生態環境的風險。創新驅動熱裂解油化智能自潔高值化綠色解決方案，最大限度降低污染排放，降低二次污染的治理費用。

廢渣無公害處理系統。原材料完成裂解后的少量固體殘渣，自動連續從裂解器排出，可制成燃料棒做無害化處理使用。

一些小規模的廢棄塑料熱裂解油化企業，把產生的煙氣直接燃燒排向大氣，雖然解決了廢氣的直接污染環境，但燃燒產生的熱量污染了環境，并且不符合低碳及資源節約型的綠色經濟的可持續發展，特別是廢氣中含有的二噁英未經處理，仍然污染大氣。環保不達標，關閉時必然的。

2.1.14.1 煙氣智能自潔性治理及循環利用綠色高值化解決方案

熱裂解油化煙氣污染主要包括以下部分：廢塑料高溫熱裂解產生烴類氣體泄漏，此類氣體遇明火極易發生爆炸，要嚴格控制它們的外泄。

智能自潔性治理及循環利用高值化的解決方案重點：加強密封，嚴格控制熱解氣泄漏；煙氣回收再生能源，循環利用，實現煙氣零排放，減少熱污染和有毒廢氣排放。

可燃氣凈化系統。不凝可燃氣經凈化可全部用于系統自給供熱，配合余熱循環利用系統，大大降低運行成本。

煙氣凈化系統 。除去煙氣中所有污染物：H2S、CL2、CO、SO2、SO3、NOx、CS2、NH3等 有 機 化 合物及固體微粒，使排放指標達到了歐美等高標準國家的要求。

在日本和歐洲等國家和地區，已經有不同的燒結煙氣循環利用技術流程得到應用，目前主要有5種方案：EOS（能量優化燒結技術）、Eposint（環境型優化燒結技術）、LEEP（低排放能量優化燒結工藝）、分區廢氣循環技術和燒結廢氣余熱循環技術。燒結煙氣循環技術可減少燒結工藝生產的廢氣排放總量和污染物排放量，不但廢氣中的有害成分將在燒結層中被熱分解或轉化，二噁英和NOx會被部分消除，而且能回收煙氣余熱、降低燒結生產能耗。杭州潤泰新能源設備有限公司把裂解油化排出的可燃氣體經壓縮后進入儲氣罐收集作二次能源，潔凈了對周圍環境的污染。

安徽科茂能源科技有限公司自主研發的廢棄物綠色熱裂解油化及氣化成套技術，整合固廢資源綜合利用產業鏈，裂解產生的不冷凝燃廢氣，通過回收凈化后送入供熱裝置，作為熔鹽爐補充能源；運行產生油水混合污染物，收集后進行循環利用；裂解后產生的粉末殘渣，主要組分為碳黑，作為塑料制品填充料銷售。由于是無氧且杜絕燃燒，塑料裂解后不產生二英等污染物。

安徽奧生資源利用科技有限公司環保節能型廢舊塑料常壓熱裂解設備，該設備充分利用自身產生的可燃性氣體加熱，避免了電加熱設備大量的耗電費用開支，充分做到資源綜合利用，而且不會產生二次污染，并能從治理環境污染中獲得更豐厚的經濟回報，真正做到社會效益和經濟效益雙豐收。

青島科技大學與濟南友邦恒譽科技開發有限公司開發的廢塑料低溫裂解資源化利用成套技術及裝備，研發了不凝可燃氣凈化及回用燃燒技術及裝置，將裂解后的不凝可燃氣凈化后，通過特殊裝置全部回送到加熱爐，使其充分燃燒，實現燃料自給自足。此外，針對加熱系統和裂解過程中產生的有害氣體的煙氣，項目組研制了煙氣多級凈化技術及裝置，使煙氣通過多級凈化后再排放，能夠達到國家及歐洲國家工業排放標準的要求。

荊門煉油廠利用煙氣熱能對塑料預熱，除去塑料水分，降低熱裂解熱能消耗。通過水封系統，熱裂解產生的烷烴類有毒廢氣返回到燃燒室，通過專用燃氣噴嘴對其充分燃燒，循環利用為熱裂解熱能，煤消耗量由1.2 t/24 h下降到0.4 t/24 h，不但節約了能源，而且消除了其產生的二次污染。

2.1.14.2 熱污染自潔性治理及循環利用綠色高值化解決方案

加熱系統熱輻射產生空氣污染塵埃，不但污染生態環境，而且禍害工作人員呼吸系統的健康。

東盈公司生產的廢塑料熱裂解油化生產線，配置的除塵裝置采用專業水膜除塵器，三層高壓噴嘴噴淋，使煙中的固體小顆粒被充分沖洗后隨著水流排入除塵水池，高效率清潔干式除塵。如果燃料為煤或木柴，煙量較大，還可以采用不需要任何水排放的脈沖干式除塵器。

2.1.14.3 廢水自潔性治理及循環利用綠色高值化解決方案

水資源循環利用，防范二次污染風險。東盈公司生產的廢塑料煉油生產線，日處理廢塑料10 t、最高出油率可達90%以上，無論是冷卻水或是除塵水全部采用循環水，確保生產過程中達到廢水零排放。列管式冷凝器，管內走油，管外走水，水和油零接觸，且冷卻水可循環利用，不用排放。