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tianyawangzhe1985的博客

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【转载】我国废塑料油化技术的应用现状与前景  

2014-08-20 00:47:17|  分类: 中石油报咨询 |  标签: |举报 |字号 订阅

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冀星,钱家麟,王剑秋,李术元,郭绍辉

(北京石油大学化工学部,北京昌平102200)

 

    随着人们对废塑料造成危害的认识逐步深入,废塑料油化技术在我国的研究及应用发展迅速,已有许多相关专利问世。一些大学和科研院所对废塑料裂解油化技术进行了基础理论和应用研究,并在北京、南京、武汉、哈尔滨、西安等大中城市建立了废塑料油化实验工厂。但是,在废塑料油化技术的发展应用过程中存在许多问题,如:(1)处理的原料单一,大多厂家只能处理占废塑料总量28%的废聚丙烯,使其供不应求,而不能处理分别占废塑料总量46%和18%的聚乙烯和聚苯乙烯;(2)分选技术落后,靠人工分造,劳动强度大,卫生条件差,效率低;(3)除渣设备落后,大多数设备只能在停止生产、设备适当降温之后才能出渣,不能连续生产;(4)热能利用不合理,造成大量热能浪费;(5)使用煤等燃料,产生大量废气;(6)清洗和切碎废塑料过程中产生大量废水和灰尘,造成二次污染;(7)基础研究滞后,大多数厂家采用工业裂化催化剂进行废塑料的裂解或改质,所得汽油的辛烷值低,胶质含量高,诱导期短,所得柴油凝点高;(8)无相应的废塑料收集和运输体系,收集单位分散,运输过程中尘土飞扬;(9)无统一的技术管理体系,油品鉴定单位五花八门,不少鉴定缺乏科学性;(10)新闻宣传言过其实,不少单位技术不过关却到处转让,引起不少纠纷。以上问题,如不认真加以解决,将严重阻碍我国废塑料油化技术的发展。废塑料油化技术在世界范围内已有成功的先例,德国、美国、日本等国均建有大规模的废塑料油化工厂。由于我国的人均塑料消费量较低,相应的法律、法规正在酝酿之中,垃圾分类投放的习惯和体系正在培育之中,因此,这种大规模的工厂并不完全适合我国的国情。本文旨在分析我国废塑料油化技术应用中存在的问题及产生这些问题的原因,借鉴国外废塑料油化技术发展过程中的经验教训,结合我国的实际情况,探讨适合我国国情的废塑料油化技术应用和发展之路。

1 废塑料油化技术的经济技术评价

    废塑料油化技术有热解法、热解-催化改质法和催化热解法3种基本方法。它们又有不同的工艺形式,这些方法和工艺形式可用图1表示。

 

  

 

  1.1 热解法

   本法是仅通过加热将废塑料热解为小分子的气体和油品。早期的废塑料油化工艺多采用本法,其工艺流程如图2所示。

    本法投资少,工艺简单,主要设备有热解反应、分馏塔、加热和温度控制器、进料装置。以日处理3t废塑料的规模计算,设备成本约30~40万元。该方法裂解反应温度高,反应时间长,所得汽油辛烷值低,且含有大量烯烃,诱导期短;柴油凝点高。该方法已较少应用,但若采用合适的条件,可将聚乙烯、聚丙烯制成熔点较高的蜡,则经济效益较高。总之,该方法不适合制油,适合制蜡。

1.2 热解-催化改质法

    本法是对热解产物进行催化改质,所得油品质量好,在废塑料油化技术中应用较多,其工艺流程如图3所示。

   目前,本法多用于处理混合废塑料,操作灵活运行费用较低,油品质量好。本法所用设备主要有塑料切碎机、塑料挤出机、热解釜、催化反应器、分馏塔、工业阻火器、油水分离器、油品储罐等。由于热解温度较高,反应器的材质应为不锈钢或高碳钢,日处理3t废塑料的设备投资约为80万元。为了提高反应速度,缩短反应时间,可在热解段加入少量催化剂,形成催化热解-催化改质的复合二段法工艺。

1.3 催化热解法

   本法是将催化剂与废塑料混合在一起进行加热,热裂解与催化裂解同时进行,以催化裂解为主反应速度快、时间短,油品中异构化、芳构化产物较热解工艺所得油品多,但催化剂与废塑料中的泥沙裂解产生的残碳混合在一起,催化剂不易回收。为解决这一问题,多采用对废塑料进行清洗或将熔融的废塑料通过催化剂层形成催化蒸馏的工艺形式。其工艺流程如图4所示。

    本法所需的设备主要有塑料切碎机、塑料挤出机、催化热解釜、分馏塔、油品储罐、各种阀门、控温仪表等,日处理3t废塑料的设备投资约为50~60万元。但本法操作控制较为困难。

综上所述,同样规模的废塑料油化工厂的投资,热解法最少,热解-催化改质法最多,催化热解法居中;热解反应温度,热解法最高,催化热解法最低,热解-催化改质法居中;反应速度,催化热解法最快,热解-催化改质法居中,热解法最慢;油品质量,热解-催化改质法最好,催化热解法次之,热解法最差;生产1t油耗费的废塑料,热解法最少,热解-催化改质法居中,催化热解法最多;吨油成本,热解法最低,热解-催化改质法居中,催化热解法最高。综合平衡,以热解-催化改质法为最优;催化热解法如能解决熔融物料的净化与输送问题以及废塑料残渣与催化剂的分离问题,则将具有很大的发展潜力。

2 原料收集体系及运输距离

    按液体收率为80%、废塑料垃圾中塑料的含量为65%计,则每生产1t油品需废塑料1.92t,日生产3t油品的废塑料油化工厂1a需废塑料1728t以城市人均年产生废塑料5kg计,则在拥有34560人口的城市可以建一此类规模的废塑料油化工厂。以农村人均年产生废塑料3kg计,则在拥有576000人口的农村地区也可以建一此类规模的废塑料油化工厂。废塑料的价格取决于收集费用和运输费用。由于废塑料分布分散,密度较小,难于收集,因此需要建立高效的收集体系。参照国际通行的经验,在居民小区建立垃圾收集点,垃圾分类投放,然后由废塑料油化工厂统一收集废塑料垃圾,这个方法已开始在北京的清华大学教工住宅区、颐和园公园及其他几个住宅小区实施,很有成效。但还存在一些问题,如居民小区的塑料垃圾收集筒无人管理,垃圾不能及时运走;信息不通,有时运送废塑料的垃圾车拉不到货物等。建议对居民区产生的废塑料垃圾,由废塑料油化工厂与居民区物业管理部门协作,建立相关的信息网络;对建筑行业产生的废塑料垃圾,由城市管理部门或污染控制部门通知废塑料油化工厂;对废塑料的运输,应采用封闭货车,避免粉尘飞扬造成二次污染,且运输半径不能太大,以0.4元(t·km)计,则废塑料油化工厂应以200km的运输半径为限,为降低运输成本可以先将废塑料熔融造型,然后再运输。

3 污染及其控制

    废塑料油化技术本身是一项消除污染的技术但如设计不合理或管理不完善,则在处理过程中又会产生二次污染,因此,需加以严格控制。

3.1 粉尘污染及其控制

    粉尘污染来自以下方面:由于包装不善,在废塑料运输过程中废塑料及其携带的粉尘随风飘逸,污染环境;由于密封不好,在废塑料的切碎及震荡除尘过程中,使得粉尘扩散,对操作工人的健康造成极大的危害;燃料燃烧产生的烟气,夹带大量的粉尘和炭渣,如不经过处理,会造成粉尘污染;有的废塑料油化工厂将热解或催化热解产生的热解气体点燃,由于燃烧不完全,会产生大量的黑色丝状烟炱。粉尘污染控制措施:废塑料的运输可以采取密闭运输体系,防止粉尘扩散,也可以将废塑料压实成为类似棉花包之类的包装进行运输;废塑料的震荡除尘过程要在密封状态进行,防止粉尘扩散;对烟道气夹带的粉尘及热解气燃烧产生的烟炱,可以采用除尘装置使粉尘颗粒沉积下来。

3.2 废气污染及其控制

    废气污染主要包括以下部分:废塑料高温热解产生烃类气体泄漏,此类气体遇明火极易发生爆炸要严格控制它们的外泄;采用煤等燃料时,会产生二氧化硫;废塑料热解产生的气体中可能含有少量的硫化氢、氯化氢、氮氧化物、磷化合物等,其燃烧过程会造成环境污染。废气污染控制措施:加强密封,严格控制热解气泄漏;尽可能采用低硫燃料,减少二氧化硫污染;热

解气燃烧后的尾气,在排放前要经过碱液、酸液吸收处理,防止二氧化硫、氯化氢、氮氧化物、磷化合物污染环境。

3.3 废液污染及其控制

    废液污染主要包括以下部分:汽提过程产生的含油废水;冷却水中含有油而形成的污水;清洗废塑料时产生的废水,含有大量的泥沙、有机物等;油品在酸洗、碱洗过程中产生的废酸液和废碱液。废液污染控制措施:含油的废水需经过净化处理,循环使用;废酸液、废碱液在排放前需经过中和处理;改革工艺,淘汰用水洗去除废塑料中所夹带污染物的工艺,减少或消除废水污染。

3.4 废渣污染及其控制

    废渣污染主要包括以下部分:燃料燃烧产生的残余物质,主要成分为灰分,另含有少量金属等;废塑料热解产生的固体物质,主要为泥沙,炭渣等物质;催化改质或催化热解过程中产生的废催化剂。废渣污染控制措施:对燃料燃烧产生的残渣、废催化剂、泥沙等,可以添加部分水泥,制成空心砖等建筑材料,或使其固定下来,防止随风飞扬污染环境;对废塑料热解产生的泥沙、炭渣,可以先经过燃烧处理,然后用作建筑原料。

4 生产安全

    废塑料油化工厂是处理塑料垃圾的工厂,属于重点防火单位,因此,选择厂址时要避开居民区,周围应没有易燃物贮存区(如液化气站等)及永久性高压输电线路、通讯线路。在厂房布局方面,要综合考虑防火及生产方便等因素。成品油贮存区要远离生产区,尤其要远离明火区,不应有架空输电线路,要备有防火工具及防静电及雷击装置。原料贮存区离生产区要近一些,但要远离明火区。成品油、原料贮存区及生产区均要有防止电器漏电及雷击引发火灾的措施。生产装置要密闭,严防烃类气体泄漏。

5 建厂规模

    建厂规模应视原料、电力、水源、燃料等消耗性材料而定,应依据“宁小勿大”的原则宁可将规模建得小一些,以保证原料供应。因为废塑料的产生量随季节、地区变化很大,一旦原料不足,工厂便要停产,而设备的维护却需要相当的费用。按照我国的实际情况,除个别大城市外,一般以建日产1~3t油的小厂为宜。

6 相关的政策和法律

    我国废塑料油化技术的应用及转让推广主要存在以下问题:缺乏废塑料强制回收方面的法规,使得废塑料的原料不足;教育宣传不够,公民缺乏环保意识,废塑料不能定点投放;对废塑料油化技术的鉴定、转让缺乏相关的法律约束;无相应的资金、税收倾斜政策,废塑料油化企业效益较低;新闻宣传缺乏技术支持和监督,误导了投资者。针对以上问题,必须加强以下方面的法规建设,如制定废塑料定点投放、强制回收的法律法规;制定与废塑料油化技术鉴定、转让有关的规定。还必须制定有关政策,在资金、税收政策方面予以支持,鼓励开办废塑料油化工厂。要建立行业协会,加强信息沟通。应加强科研,不断完善废塑料油化工艺技术。

7 我国废塑料油化技术的发展及应用之路

    我国的废塑料占城市固体废弃物的0.4%~1.5%[1],个别城市达4%,仅北京市每天产生的垃圾达1.2万t,每天产生的废塑料约1500~2000t。据调查,北京市生活垃圾的3%为废旧塑料包装物,每年的总量约为14万t[2]。除城市的生活垃圾外,我国的山西、新疆、黑龙江、吉林、辽宁等省广泛使用地膜覆盖种植玉米、棉花等,产生的废地膜量很大,1亩棉田的残留农膜为10~15kg。因此,在我国发展废塑料油化技术,具有充足的资源保证。我国废塑料在区域分布方面除京、津、沪、渝4个直辖市外,其他地区比较分散,此外,在废塑料种类方面,热塑性塑料占的比例较高,且PVC(聚氯乙烯)的含量较高。鉴于上述特点,在全国建立若干个大型废塑料油化工厂,将广大地域(几个省市)的废塑料集中起来统一处理,走日本富士公司及德国Veba公司的道路,在经济上是行不通的。在京、津、沪、渝这样的大城市建1座大型废塑料油化工厂虽然可以,但要防止重复建设。乡镇企业对我国的经济建设作出过重大的贡献,与高技术产业一起,称为我国经济发展的“两翼”。乡镇企业具有经营管理的经验,目前又处于转制和重组的大环境中,因此,可以在政策、资金、税收方面予以扶持,正确引导有条件的乡镇企业搞废塑

料油化技术,这可以叫废塑料油化技术在我国发展和应用的“小路”。乡镇企业搞废塑料油化技术,首要的是设备问题。因此,有关方面要尽快加强中小型废塑料油化技术生产设备的研制和开发,在设备设计方面要充分考虑我国废塑料中PVC含量较高这一特点,加强脱HCl的研究。同时,要配套开发污染控制设备,防止二次污染。此外,走乡镇企业这条“小路”发展我国的废塑料油化技术,还必须解决技术保证和防止重复建设两个问题。从事废塑料油化技术研究的院校和研究所,可以采用技术入股的形式参与技术成果的产业化,为乡镇企业提供先进的废塑料油化技术。为防止重复建设,有关主管部门要全面协调、合理布局,行业协会要精心指导、及时发布信息。另一方面,可以将废塑料在垃圾场进行热解,然后将热解生成的油送给附近的炼油厂,经过加氢处理,制成优质油品;可以将废塑料与渣油、煤或油页岩混合在一起,进行热解。这样,可以不受建厂规模的限制,可以称之为一条“大路”。    按照我国的国情,在废塑料油化技术发展上走“大路”与“小路”相结合的道路,在立法和行政的支持下,建立有效的废塑料收集体系,加强工艺和基础研究,不断改进工艺技术,使废塑料油化技术成为一项环保产业,为消除“白色污染”做出贡献

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