废弃塑料包装资源绿色高值化解决方案的持续创新（一）

张友根

(上海浦东新区，上海 201200)

0 前言

《中国石化工程科技2035发展战略研究》指出，全面支持废旧高分子材料高附加值回收利用。废弃塑料包装资源绿色高值化解决方案的持续创新成为新时代生态环境保护可持续发展的重要组成。日益增长的废弃塑料包装垃圾增添了生态环境的沉重的负担，同时也造就了高值化的“人类的第二资源”。欧洲再生塑料平均回收率在45%以上，德国塑料回收率达60%，我国塑料回收利用率仅占30%，而且焚烧、填埋等浪费资源的低值化处理方法占了很大比例，不但造成了巨大的经济损失，而且更重要的是给生态环境保护健康发展埋下了严重的隐患。

习近平总书记说变废为宝循环利用是朝阳产业，垃圾是放错位置的资源，把垃圾资源化是化腐朽为神奇，既是科学也是艺术。新时代基于生态环境保护准则的循环经济的科学发展观，变革了传统的废弃塑料包装资源处理的理念，“人类的第二资源”低值化回收利用的传统模式已不符合生态环境保护的基本国策，“变废为宝”绿色高值化“化腐朽为神奇”的持续创新解决方案拓展了“人类的第二资源”广阔的发展空间。

根据循环经济及塑料寿命周期的特点，废弃塑料包装资源可化为终结塑料寿命周期资源和再生塑料资源，本文围绕废弃塑料包装的两类资源绿色高值化的解决方案的创新驱动，结合新技术、新装备、新工艺、新材料、新应用，进行研究和论述，发表了作者的见解，供读者参考。

1 废弃塑料包装资源绿色高值化解决方案的持续创新的内涵

国家及有关部门对废弃塑料的回收利用制定了一系列法律法规：《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国固体废物污物环境防治法》、《清洁生产促进法》、《循环经济促进法》、《固体废物污染环境防治法》、《水污染防治法》、《矿产资源法》、《废塑料回收与再生利用污染控制技术规范(试行) 》、《关于加快推进再生资源产业发展的指导意见》 等，奠定了废弃塑料资源绿色高值化解决方案持续创新遵循的准则。

1.1 绿色高值化及其解决方案的持续创新的价值观

“绿色”表征废弃塑料包装资源回收利用以生态环境保护为准则；“绿色高值化”的“值”指“绿水青山”的环保价值和“金山银山”的经济价值，“高”表征了废弃塑料资源循环利用持续创新才能获得更高的价值，同时也表征了“高”无顶点，只有更高，没有最高。“绿色高值化”的“化”表征了废弃塑料包装资源回收利用的必须实现规模化、多元化、集约化、多样化、社会化，才能提高社会的资源节约型的循环经济的应用价值，持续生态环境保护的创新驱动。

绿色高值化解决方案必须具有环保的策略、风险预测、评估标准、环保风险防范及处理预案。环保价值统帅经济价值，经济价值无条件服从于环保价值。

1.2 绿色高值化解决方案的持续创新的永续发展观

塑料遵循物质灭定律，物质存在，持续创新绿色高值化的空间存在。塑料在自然界中，在不同的环境下，存在的形式发生物理变化或化学变化，发生物理变化即塑料的属性没有变化，即塑料在物理范畴内变化；塑料发生化学变化即塑料的属性发生变化，但组成塑料的基本粒子依然存在且没有变化，即塑料在化学范畴内变化。物理变化再生塑料资源的应用领域没有变化，但应用的价值可发生变化；化学变化再生非塑料物质其属性发生变化，其应用领域及价值都发生变化。

塑料具有特有的寿命周期属性，再生资源属性与寿命周期属性相关。在寿命周期内、有再生利用价值的废弃塑料，应最大限度延长寿命周期，提高循环利用次数，实现再生塑料资源高值化，实质上是在塑料范围范围内“小”循环即原级再循环；达到寿命周期、现技术不能延长寿命周期、没有再生塑料资源商业价值的三类废弃塑料，延长塑料的寿命周期已毫无价值，采用化学变化再生为其他高值应用的物质，终结塑料的寿命周期，实质上是在自然界范围内的“大”循环即次级再循环。在寿命周期的各个阶段，采用不同的策略，获得“高值化”。

1.3 绿色高值化解决方案的持续创新范畴

根据塑料寿命周期，废弃塑料包装资源的绿色高值应用解决方案的持续创新主要包含二个方面：废弃塑料包装资源终结塑料寿命周期绿色高值化解决方案；废弃塑料包装资源在塑料寿命周期内再生塑料资源绿色高值化解决方案。

1.4 绿色高值化解决方案的持续创新的策略

习近平指出，绿水青山就是金山银山。废弃塑料回收再生的环保高值化就是经济效益高值化，经济效益高值化来自环保高值化，经济效益高值化为环保高值化的解决方案提供经济支撑。环保高值化需要科技创新和新的解决方案。解决方案的持续创新基于生态环境保护准则，资源循环利用高值化为导向，以现代环保技术、资源再生技术、能源技术、材料技术、生物技术、环境监测技术、 “互联网 +”、数字技术等为指导，以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口，预先防止废弃塑料资源应用工程对生态环境保护产生负作用，“百花齐放、百家争鸣”创新驱动绿色高值化应用再生塑料资源的新策略、新技术、新设备、新工艺、新材料、新应用、新领域，全方位达到人、自然环境、社会环境的和谐共生。

1.5 绿色高值化解决方案的持续创新的原则

基于生态环境保护的持续创新原则，防范二次污染风险，升级循环利用的技术与设备，满足“现实需求”和“潜在需求”应用高值化。

废气、废水由无害化排放创新驱动为循环利用资源化的“新时代”模式。

持续资源利用高效化、能源低碳化、资源再生高值化、应用拓展高值化、寿命周期永续化的创新。

2 终结塑料寿命周期废弃塑料包装资源绿色高值化解决方案的持续创新

热裂解技术是世界上高分子质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将高分子聚合物（废轮胎、废塑料、油泥、生物质）转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的高附加值能源产品及高分子单体。2017年初国家工信部、商务部、科技部三部委发布的《关于加快推进再生资源产业发展的指导意见》（工信部联节[2016]440号）文件中把“热裂解生产技术与装备”列入重点领域，大力推进废塑料回收利用体系建设，鼓励对固废能源化利用，逐步减少对固废的粗放处理。

热裂解是终结塑料寿命周期的终极利用。热裂解技术真正实现废塑料的无害化、资源化处理，安全环保、高效节能优势突出。

废弃塑料包装材料虽然可以实现回收再生高分子材料资源，但再生塑料寿命周期受到限制，不能一而再、再而三地无限次再生为塑料，但这并不意味着丧失了资源价值。大量的混杂废弃塑料的城市垃圾塑料资源难以分拣再生为塑料资源，但并不意味着丧失了资源利用价值。这些终结“塑料”寿命周期的废弃塑料资源华丽转变到新领域内继续发挥资源价值，开始新领域内的寿命周期，实现新的资源价值。

传统的对终结塑料寿命周期的废弃塑料实施填埋、焚烧的浪费资源的处理方法，以及作燃料原料的低值利用方法，污染祸害、隐患比较大，不符合生态环境保护的处理准则。

2.1 终结塑料寿命周期废弃塑料包装资源热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

热裂解油化在无氧气工况下，从原理上阻止了二噁英的产生，减少氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)排放，保护了生态环境；高值化高效的回收油品，实现环保高值化。热裂解主要适用于聚烯烃类废弃塑料。废弃塑料包装资源热裂解油化成为终结“塑料”寿命周期“来自石油回归石油”的自然循环的绿色高值化应用解决方案的首选。

废弃塑料包装资源热裂解油化高值化应用解决方案的持续创新的创新重点：清洁环保“高值”裂解油化装备的开发及应用；绿色经济“高值”裂解油化技术的开发及应用。

2.1.1 废弃塑料包装塑料热裂解油化工艺绿色高值化解决方案的持续创新[1]

热裂解油化工艺主要分为催化热裂解油化工艺和热裂解—催化油化工艺。

催化热裂解油化工艺，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，经催化蒸馏获得油品，效率高。目前，废弃塑料的材料催化裂解受到限于催化剂的功能，所以，催化裂解的废弃塑料需分类及清洗，才能催化热裂解。同时也提出了高值化创新的课题：开发适应混杂型废弃塑料催化热裂解的多功能催化剂，提高热裂解适应性能。

热裂解—催化油化工艺。热裂解和催化油化分步进行，即废弃塑料先热裂解，然后热裂解生成物在催化剂的作用下生成油品。热裂解在没有催化剂条件下进行，反应速度慢，效率低，设备易结焦，连续生产难度大。热裂解对废弃塑料没有特殊要求，所以，废弃塑料垃圾不需分拣分类及清洗，免去了清洗和污水处理工程，降低了由此产生的二次污染风险。同时也提出了高值化创新的课题：开发适应混杂型废弃塑料催化热裂解的多功能催化剂，提高热裂解效率。

学习效果评价指标内化于课程教学项目之中，通过项目实施过程、项目完成情况、期末考核等步骤实施评价，根据各部分比例加权给出总评成绩。由于学生的个体差异，能力侧重点不一，表格中的权重值可视情况进行调整。

由此可见，两种热裂解油化工艺的主要区别是热裂解对废弃塑料的洁净度、清洁度不同。催化热裂解油化，创新热裂解的加热技术，开发适于混杂型废弃塑料的催化裂解的多能化催化剂。实现两种热裂解工艺合为一。

2.1.2 废弃塑料包装塑料催化热裂解连续油化绿色高值化解决方案的持续创新

催化热裂解油化工艺易结焦，清洗结焦影响了连续工作周期，成为持续创新的重点。

河南亚太能源科技股份有限公司在深入研究加拿大Laval大学的真空移动床工艺、比利时ULB大学的两段移动床工艺、德国汉堡大学开发的流化床热裂解工艺及我国浙江大学自行开发的中试回转窑热裂解系统等行业领先技术的基础上，突破了催化热裂解设备不能连续式生产的世界性难题，自主开发出了我国第一套连续式催化热裂解综合处理工艺技术及整套设备，实现了工业化、规模化生产。目前国内外行业中第一套连续式催化热裂解综合处理工艺技术及设备，此项技术的应用推广必将带来一次世界性的环保巨变。

创新二步加热技术，热裂解不结焦：

（1）预热分离PVC夹杂物。破碎的混合型废旧塑料经送料机送入裂解器，并在输送过程中初步受热，将其中的PVC低熔点塑料裂解，使HCl与其他物料分离。独有、完善的HCl吸收系统，可避免混合废塑料分拣带来的巨大成本。

（2）催化裂解恒温加热。 预热分离处理的材料被连续送进裂解器，并由分散系统将其分散，由恒温供热系统为裂解器提供热量，在高效催化剂的作用下完成裂解裂化反应。精确的热分散恒温供热。 精确的热分散恒温供热系统和物料分散系统使被裂解物料受热极为均匀并大大增加了受热面积，配合使用专利结构，彻底解决了全世界范围内任何工艺及设备所无法解决的结焦这一世界难题。

二步法催化油化工艺及废气物循环利用高值化。 裂解油气经分馏塔分馏，以及固定床二次气相催化、脱腊等工艺处理后，得到高品质的燃料油与少量可燃气（系统自用）。

整套系统采用PLC可编程逻辑控制系统，对控制点可实现自动控制，具有数据采集、运算、记录、打印报表、报警等多种功能。加热速度快、反应迅速、气相停留时间短，热利用效率高，同时可以减少二次反应的发生，产油率高。

2.1.3 废弃塑料包装塑料柔性热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

北京福海蓝天公司历经9年开发的废弃塑料热裂解“柔性油化技术”，整个工艺流程使固体废弃塑料从低、中、高三种温度，缓慢热裂解炉内废弃塑料熔融成液体状，全部实现液态的流体化。柔性油化工艺通过合理控制温度、压力等反应条件，使废旧塑料在200～250℃就开始裂化反应，逐步过渡到高温，有步骤地对各类油品分类收集，避免了过度高温热裂解产生的结焦、缩聚反应芳烃化，降低了原料的结焦率，减少了油品中杂质的含量。整套工艺设备实现连续化、规模化作业，油化过程几乎不产生“二次污染”，排出的烟尘、氮氧化物、二氧化硫、氯化氢的排放浓度分别为 4.5 mg/m3、28 mg/m3、4 mg/m3、0.34 mg/m3，远低于国家标准。

福海特种设备制造有限公司研发出“柔性油化技术”设备，实现了98%的废弃塑料油化为柴油或汽油，出油率最高达80%，初级油品可比进口的原油质量，油品的闪点、密度、黏度、灰分等指标都高于国家标准。油品不含硫，经过精炼就成为优级环保燃料油。福海公司在三河市投资建成一条日处理100 t的零污染废旧塑料柔性油化工艺生产线，计划于2019年建成出油。

柔性油化技术相比国际同类“油化”技术更具绿色环保和商业价值，既能避免二次污染，又真正实现了废弃塑料的高值化利用，具有显著的可持续发展的绿色社会效益和经济效益。

2.1.4 废弃塑料“混流瞬间成膜”热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

浙江省杭州市富阳经济技术开发区的杭州润泰新能源设备有限公司，历时多年研发的废塑料“混流瞬间成膜”热裂解油化技术，已经成功应用在“废弃塑料高效转化能源设备”上，废塑料不需要水洗，经送料系统，多级融化后，进入混流瞬间成膜反应釜裂解、催化、冷却、成柴汽油、可燃气体和碳黑（粉），100%转换为能源产品，低能耗、无污染地变成高品质的汽柴油等能源产品。

“混流瞬间成膜”清洁化热裂解油化，不产生二次污染。“混流瞬间成膜”技术使废塑料在瞬间时间内裂解，反应完全；熔融料不会过热而烧焦；裂解釜内壁不产生结焦；温度控制稳定正确；出油稳定且出油率高。油、汽从热裂解釜排出经冷凝压缩，将油、汽分离，干燥的碳粉从下部经出碳器排出，实现了常年连续化生产，无需人工清理。生产过程中无二次污染。废塑料热裂解油化的全过程处于全封闭反应环境，真正实现了无污染处理。设备可以将各种混合的工业废塑料、生活垃圾废塑料及医用废塑料、农用地膜无需清洗，杜绝了废塑料清洗产生二次污染的风险。直接裂化含水率达60%的垃圾废弃塑料，杜绝了废塑料脱水甩干产生二次污染的风险。

“混流瞬间成膜”废塑料热裂解油化率高，提高了废塑料资源的利用率，实现低碳裂化油化。废弃塑料出油率达75%左右，其余15%为可燃气体，剩余10%为碳黑。通过这种技术炼制出的油中含铅、硫，比市场同品位原油中含量要低的多，销售价格与市场同品位油价格差不多；可燃气体的纯度要比市场上的更高，热值更大。燃油经蒸馏工艺后完全符合国家同品位的汽油、柴油的标准，设备使得废塑料充分裂解，其碳黑(粉)干燥纯净，细度可达到300目以上，兼顾社会效益的同时，还能保证极佳的经济效益。

2.1.5 废弃塑料包装塑料低温常压催化热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

常规的热裂解油化温度500～600℃。除热敏性塑料外，PE、PP等常用的塑料包装材料超过300℃，易分解出有毒废气。低温热裂解温度降低到300℃以下，不但可大幅降低二次污染的风险，而且可显著降低塑料液体化的能耗，实现热裂解油化的环保“高值化”。降低热裂解温度是实现热裂解油化零污染排放的首选技术，核心技术是催化剂的研发。

青岛科大汪传生教授和济南恒誉环保科技股份有限公司合作，开发出工业连续化废弃塑料低温催化热裂解油化的成套技术与装备。在常压及300℃热裂解温度下，实现工业连续化，保证热裂解反应器内温度分布均匀，使废塑料热裂解油化，燃料油产出率达到65%以上。低成本、高效率的复合催化剂，其催化裂解效率提高了20%，催化长效稳定性提高了25%。脱除率达 99%的HCl脱除技术，有效防止了裂解产生的HCl气体对裂解装置的腐蚀和对催化剂的危害，大幅降低二次污染的风险，而且可显著降低塑料液体化的能耗。解决物料的均匀传热、防结焦及动态密封问题，从而实现裂解过程的连续化。为解决均匀传热和防结焦问题，该项目研发了防结焦热分散技术，既提高了导热均匀性，又可去除裂解器内壁的黏附物，防止结焦和积炭，提高导热效率。工艺流程中，废弃塑料由上料装置送至过渡料仓，与专用催化剂通过进料装置连续送入热裂解器，经热裂解油化，获得燃料油、可燃气和固态燃料等。安全环保前提下实现工业连续化大批量生产，整套生产线采用PLC智能控制系统，通过三体系认证、欧盟CE认证，废气排放符合欧盟EEA及美国EPA标准。

济南恒誉环保科技股份有限公司，其自主研发的工业连续化废橡胶废塑料低温催化热裂解资源化利用成套技术及装备以其优异的安全、环保性能，以及长时期连续稳定的运行，荣膺“国家科技进步奖”。废塑料由上料装置送至过渡料仓，与专用催化剂通过进料装置连续送入裂解器，经常压低温裂解裂化反应，获得燃料油、不凝可燃气和固态燃料等。安全环保前提下实现工业连续化大处理量生产，整套生产线采用PLC智能控制系统，通过三体系认证，欧盟CE认证，尾气排放符合欧盟EEA及美国EPA标准。装备出口至德国、匈牙利、巴西、爱沙尼亚、泰国、印度、马来西亚、伊拉克、台湾等世界多个国家与地区。

2.1.6 废弃塑料磁化低温热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

虹口区现代制造技术协会提出一种用于固体有机废物(垃圾)处理的磁化低温热裂解技术。固体废物中的可燃物（如纸品、板材、木屑等）经引燃后，在进入炉体（第一处理室）的磁化空气作用下燃烧，使炉体升温，在第二处理室中，固体废物中的可燃物以及部分热解产生的可燃产物置于还原性气氛中，进行部份燃烧，放出热量。利用此热量使固体废物中的有机物完全热裂解气化。由于没有像直火型焚烧炉中的搅拌作用，因而产生的飞灰很少。热裂解的气化产物和少量飞灰经脱臭筒中的铂催化吸附作用，从而使从烟道排出的气体中灰尘极其有限，因而无需特别添置除尘装置，也足以满足最严格的灰尘排放的有关法规。这里用铂催化剂的催化作用来净化气体污染物,其原理是将废气中的有害物质转化为无害物质或易于去除的物质。此法的优点是无须将有害气体与主气流分离而直接将有害气体转化为无害物，这既可避免二次污染，又简化了操作。磁化空气使气化热解在350℃的低温下进行，相比直火型450～750℃的热解温度，不但降低了能耗，而且由于低温热解基本上消除了二噁英的产生。在磁能的作用下，被处理的固体废物中有机组份中的分子间内聚力减小，因而提高了热解的效果。

2.1.7 废弃塑料氢化析解热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

热裂解产物通常无法达到燃料油的基本性能要求，这是因为热裂解过程中没有氢气，所以裂解得到的油类产物含有相当多的高沸点成分，此外还含有氯、硫等对环境有害的杂质。

氢化析解热裂解油化技术克服热裂解存在的这些问题，在对塑料废弃物进行热裂解时，将其置于氢气高压（氢气压力＞20 MPa）条件下进行，与热裂解相比，氢化是一种更好的原料回收方法，得到的合成原油产物可直接用于精炼。气化反应是以可控的方式对塑料废弃物中的氢化合物进行氧化，生产出具有高价值的合成气。由于热裂解反应是一个吸热反应，而氢化则是放热反应，所以二者为互补反应。

创新氢化析解工艺，实现PVC废弃塑料热解油化。德国巴斯夫等三家化学公司在共同的研究氢化析解PVC工艺技术。将混合的塑料碎片置入氢反应炉内，加以特定温度和压力，便能产生合成原油和瓦斯等原料，其优点是不会产生有毒的二噁恶英与氯气。采用这种方法处理混合型废弃塑料，根据不同的塑料，可将其中的60%～80%的成分炼成合成原油。

创新氢化析解工艺，提高出油率。美国列克星敦肯塔基大学发明了一种废塑料变成优质塑料燃料油的氢化复合析解油化工艺方法。研究人员在沐浴器中把各种塑料和沸石催化剂、四氢化萘等混合在一起，然后放进反应炉里，用氢加压并加热，促使大分子塑料分解成分子量较小的化合物，这一工艺过程类似于原油处理中的化合。废塑料经此处理后产油率很高，聚乙烯塑料瓶的出油率可达88%。当废塑料和煤以大致1:1的比例混合和液化时，可以得到更为优质的燃料油。用这种方法生产的燃料很像原油，甚至比原油更轻，更容易提炼成高辛烷值的燃料油。这种用废塑料生产的燃料油不含硫磺，杂质也极少。

德国V.O.AG公司的2×104t/a废塑料处理装置在460～490℃和20 MPa下，以氢碱为催化剂，可将混合废塑料分解为80%液体燃料和其他产物。

2.1.8 废弃塑料微波辐射热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

微波辐热裂解废弃塑料油化为油、气和活性炭等产物，创新了热裂解—催化油化工艺技术。

2011年，加拿大曾将微波辐射热裂解技术用于废旧轮胎回收处理，它的微波热裂解废轮胎处理设施，在分子水平上进行，不融化轮胎，而是降解断裂分子键，几乎实现报废轮胎资源100%回收再利用，年回收90万L燃油。

塑料盒和橡胶为同类高分子化合物，微波辐照裂解技术同样适用于废弃塑料裂解油化。进行微波裂解垃圾的关键部件是微波裂解腔的性能。裂解腔作为废弃塑料在微波辐照下进行高温裂解的反应容器，其性能优劣直接决定了垃圾裂解的效率和产物的质量。微波裂解腔的研制需要解决微波隔离、微波分布、物料分布、物料流动与控制、连续进出料、结焦处理和还原条件下的连续裂解等问题，是一个典型的多学科融合的综合技术产物。

中国航天科工集团公司二院23所已经研制出了利用微波技术裂解垃圾的装置。这个大功率微波辐照裂解垃圾设备像一个超大号“微波炉”，它将垃圾进行微波加热、分解，不但可将垃圾无害化处理，还可以分层次对垃圾进行能源综合利用，实现多用途的变废为宝。这也是目前国内首个能够将垃圾处理和资源再生同步完成的先进技术，已在北京市的研发生产基地试验运行。用于处理垃圾的微波热裂解腔有效容积超过1 000 L，是目前已知的国内最大热裂解反应腔。经过测算，一台20 kW功率的微波垃圾裂解设备处理1 t垃圾可以产生37.5 m3的天然气，37～62 L燃料油和一定量的活性炭。150 kW的“超级微波炉”每天可以处理80 t原始垃圾，预计可日产出2 964～4 964 L的燃料油，以及约 3 000 m3的天然气，这相当于近600个天然气罐的使用量。目前这种装置正在试验与演示验证阶段，计划日处理20 t原始垃圾。试验成熟后，装置将达到日处理近100 t原始垃圾的能力。多套装置并线运行后，可大大增加垃圾处理厂处理能力和运行效率。微波辐照裂解垃圾设备后续还可通过系列化开发，形成一系列不同处理能力的微波辐照裂解垃圾装置，满足城乡各种垃圾处理的需求。

2.1.9 废弃塑料包装资源超临界水热裂解油化绿色高值化解决方案的持续创新

超临界水的特殊溶解和氧化能力为废弃塑料的热裂解油化高值化带来了名副其实的“绿色热裂解油化高值化”，同比其他技术，油化率高、无碳化现象、快速高效，能全部干净地回收利用资源，几乎无副产物，不污染环境，水可循环使用，回收的主要产品是轻油，可以实现分解产物的组成控制，已成为国内外绿色油化的研究及工业化的创新驱动的方向。

日本东北电力公司会同三菱重工开发超临界水进行废塑料裂解油化技术与设备，建立一座处理能力为0.5 t的试验装置，用于处理电力公业的废塑料，如废电线包皮等。废塑料粉碎后与水混合、加热、加压至374℃、22.1 MPa的水的超临界状态，不需要催化剂，裂解油化时间由热解的2 h缩短到2 min，油品的回收率80%以上，大幅度提升效率，废塑料干净彻底分解，水可以循环使用，无废气产生，环保高值化显著，大幅降低了裂解油化成本。

废弃塑料包装资源超临界水热裂解油化技术具有环保高值化，应用于工业化还有许多工作要做。

2.1.10 创新发明的废弃塑料催化油化单一柴油品种绿色高值化解决方案的持续创新

废弃塑料热裂解市场气态有机物，经催化市场各种油品，后续分离处理，才能得到汽油、柴油等低分子物质。如能得到单一品种，即可省略分离工艺，提高高值化。

中科院上海有机化学研究所黄正研究员课题组找到了一种油化为单一清洁柴油的催化油化方法。

催化剂为石油炼制中会大量生成、应用价值较低、使用价值有限、又不适用于运输系统燃料的一些低碳烷烃。通过一个温和的化学反应，就能让聚乙烯废塑料和这些低碳烷烃主要变成有用的燃油。

聚乙烯废塑料在催化剂（低碳烷烃）作用下，高分子与低碳烷烃拉手、拆分，直到其中大部分变成9～22个碳分子的低分子柴油。这类低碳烷烃与聚乙烯“拉手”后，不仅降解了聚乙烯，自己也变成了柴油分子的一部分。实验表明，0.3 g聚乙烯废塑料经过该方法处理之后，可以变成主要产物是柴油的1.8 g油状物。

课题组通过与美国加州大学尔湾分校管治斌课题组合作，黄正还使这个“交换舞伴”的过程变得更加绿色：降解反应温度只需150～200℃，通过控制催化剂结构或反应时间，科学家还可以选择最后生成柴油或聚乙烯蜡。

这项聚乙烯废塑料热裂解油化技术离工业化应用还有很长的一段路要走。目前，他们正在发展更高效、成本更低的聚乙烯降解催化剂，尽快将该反应从实验室推向中试。

2.1.11 废弃塑料真空热裂解催化油化绿色高值化解决方案的持续创新

美国EFD开发的真空热裂解催化油化的专利技术，可从混杂型废塑料中回收清洁的燃料级柴油。废塑料在接近真空条件下，被加热至高于700℃，裂解气化，输入合成室，在催化作用下，生成柴油和燃气。生产的柴油含硫1×10-6，远低于直馏柴油的含硫量，可直接用于现有的柴油机而无需再处理。小型装置每套的费用约250万美元，每天从7 t的废塑料粗料中可回收约7 350 L柴油，出油率高达73.5%；投资偿还期约为1年。

绿色高值化。混杂型废塑料真空热裂解，用“真空”代替催化，解决目前没有高性能多功能催化剂、不能实现高效催化热裂解混杂型废塑料的技术难题，热裂解塑料不受限制；废塑料碎片在真空状态下得到有效的分散，污染物得到洁净化清除；在真空的状态下，热能辐射传递，废塑料碎片得到匀质加热，不产生局部结焦污染物，实现连续化热裂解；热裂解效率高，废塑料热解利用率彻底。

2.1.12 废弃塑料热裂解油化技术与装备加工塑料种类的适应性绿色高值解决方案的持续创新

裂解油化回收工艺持续创新要有生命力，必须能够接受组成广泛的混合塑料。日本废塑料再生促进协会及废物研究财团在政府的资助下，开发成功一般混合废塑料的油化技术。

国内规模化的裂解油化装备仅限于聚烯烃类废弃塑料，对含PVC＞30%的混杂废塑料的大型裂解油化装置尚未实用化。目前工业界已对富含PVC (高至60%)的废塑料进行了实验室工程研究和初步的中试，但尚未对示范装置的建设提供最佳工艺条件。东芝公司研究成功PVC废塑料裂解油化的连续脱氯技术，试制成含50%PVC的废塑料裂解油化装置。

热固性塑料加热不熔融，不可能再生为热固性塑料，也很难用热分解法油化，而每年报废的家用电器、计算机和汽车中大量酚醛树脂和聚氨酯等热固性塑料必须处理回收。国内对废弃热固性塑料的常规的处理作为建筑构件的填料，裂解油化还未涉及。美国通用高速取得了废弃热固性塑料无氧低温裂解油化技术。日本一些研究机构正在研究热固性塑料的回收方法，并已取得很大进展。SMC废弃物在无氧情况下，加热分解成为保存能量成份的热解气和热解油，以及以碳酸钙、玻纤为主的固体副产物。其热解产物随热解温度的不同而不同。400～500℃以回收热解油为主。在600～700℃以回收热解气为主，温度达到480～980℃，所产生的热解气具有足够的能量供给热解使用，多余部分热解气可存储用作燃料。热解过程和最终产品满足安全性和环保的要求。热解法最大的优点在于可处理被油漆、粘接剂和其他材料污染的玻璃钢废弃物，而金属异物在热解后从固体副产物中除去。

2.1.13 废弃塑料热裂解油化催化剂绿色高值化解决方案的持续创新[2]

催化剂是废弃塑料热裂解油化高值应用绿色解决方案的关键。废弃塑料转化为液体燃油高值化，发展性能优良的催化裂解用的催化剂是绿色高值化解决方案的关键。目前，研究的各类不同催化剂各有特点。Y型分子筛及其改性催化剂的孔径和酸性适中，液态产物收率较高，油品品质也较高；MFI型分子催化剂抗积碳性能好。液态产物中芳烃选择性好；以粉煤灰为催化剂可以同时解决废弃塑料塑料盒煤灰带来的环境问题，但催化性能有待提高；黏土类催化剂酸性温和，催化裂解的液态产物率高；负载过度金属的催化剂可以同时促进直链烷烃异构化、脱氢环构化合环烷烃脱氢芳构化等重整反应的进行，具有较好的发展空间。

由中国石油科技管理部会同炼油与化工分公司共同组织，石油化工研究院牵头，兰州石化、抚顺石化和西南油气田等26个单位共同承担废塑料炼油催化剂研制开发与工业应用重大科技专项，2015年1月获认可。在催化裂化、汽油加氢、柴油加氢、加氢裂化、渣油加氢及硫磺回收催化剂、催化裂化及加氢催化剂生产技术、催化材料等九个方面攻克56项关键技术，研制开发6大类21个系列52个品种的催化剂新产品和8个品种的催化新材料，开发出5个工艺包，在54个企业的111套工业装置上推广应用。

上海同济大学与北京裂源环保技术设备有限公司、上海纤和环保科技有限公司、中国石油大学联合攻关城乡生活垃圾中废塑料高效稳定裂解技术的研究，取得重大绿色成果。高性能裂解油化的复合催化剂，催化热解效率达816 g/g.cat以上，催化长效稳定性催化裂解10 h以上。

目前研究的催化剂都是针对单一品种废弃塑料热裂解油化性能的研究，而在实际应用中，特别是垃圾废弃塑料成分繁杂，需要进一步研究对繁杂废弃塑料热裂解油化的多功能催化剂。

2.1.14 废弃塑料包装资源热裂解油化清洁化生产绿色高值化解决方案的持续创新

降低热裂解油化装备自身的污染生成及排放，实现装备自身的清洁化生产，减少或清除对周边环境的二次污染风险，实现环保高值化。

废塑料热裂解油化技术本身是一项消除污染的技术，热裂解油化过程中产生二次污染风险的烟气，废塑料加料过程中产生的尘埃，存在污染生态环境的风险。创新驱动热裂解油化智能自洁高值化绿色解决方案，最大限度降低污染排放，降低二次污染的治理费用。

废渣无公害处理系统。原材料完成裂解后的少量固体残渣，自动连续从裂解器排出，可制成燃料棒做无害化处理使用。

一些小规模的废弃塑料热裂解油化企业，把产生的烟气直接燃烧排向大气，虽然解决了废气的直接污染环境，但燃烧产生的热量污染了环境，并且不符合低碳及资源节约型的绿色经济的可持续发展，特别是废气中含有的二噁英未经处理，仍然污染大气。环保不达标，关闭时必然的。

2.1.14.1 烟气智能自洁性治理及循环利用绿色高值化解决方案

热裂解油化烟气污染主要包括以下部分：废塑料高温热裂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。

智能自洁性治理及循环利用高值化的解决方案重点：加强密封，严格控制热解气泄漏；烟气回收再生能源，循环利用，实现烟气零排放，减少热污染和有毒废气排放。

可燃气净化系统。不凝可燃气经净化可全部用于系统自给供热，配合余热循环利用系统，大大降低运行成本。

烟气净化系统 。除去烟气中所有污染物：H2S、CL2、CO、SO2、SO3、NOx、CS2、NH3等 有 机 化 合物及固体微粒，使排放指标达到了欧美等高标准国家的要求。

在日本和欧洲等国家和地区，已经有不同的烧结烟气循环利用技术流程得到应用，目前主要有5种方案：EOS（能量优化烧结技术）、Eposint（环境型优化烧结技术）、LEEP（低排放能量优化烧结工艺）、分区废气循环技术和烧结废气余热循环技术。烧结烟气循环技术可减少烧结工艺生产的废气排放总量和污染物排放量，不但废气中的有害成分将在烧结层中被热分解或转化，二噁英和NOx会被部分消除，而且能回收烟气余热、降低烧结生产能耗。杭州润泰新能源设备有限公司把裂解油化排出的可燃气体经压缩后进入储气罐收集作二次能源，洁净了对周围环境的污染。

安徽科茂能源科技有限公司自主研发的废弃物绿色热裂解油化及气化成套技术，整合固废资源综合利用产业链，裂解产生的不冷凝燃废气，通过回收净化后送入供热装置，作为熔盐炉补充能源；运行产生油水混合污染物，收集后进行循环利用；裂解后产生的粉末残渣，主要组分为碳黑，作为塑料制品填充料销售。由于是无氧且杜绝燃烧，塑料裂解后不产生二英等污染物。

安徽奥生资源利用科技有限公司环保节能型废旧塑料常压热裂解设备，该设备充分利用自身产生的可燃性气体加热，避免了电加热设备大量的耗电费用开支，充分做到资源综合利用，而且不会产生二次污染，并能从治理环境污染中获得更丰厚的经济回报，真正做到社会效益和经济效益双丰收。

青岛科技大学与济南友邦恒誉科技开发有限公司开发的废塑料低温裂解资源化利用成套技术及装备，研发了不凝可燃气净化及回用燃烧技术及装置，将裂解后的不凝可燃气净化后，通过特殊装置全部回送到加热炉，使其充分燃烧，实现燃料自给自足。此外，针对加热系统和裂解过程中产生的有害气体的烟气，项目组研制了烟气多级净化技术及装置，使烟气通过多级净化后再排放，能够达到国家及欧洲国家工业排放标准的要求。

荆门炼油厂利用烟气热能对塑料预热，除去塑料水分，降低热裂解热能消耗。通过水封系统，热裂解产生的烷烃类有毒废气返回到燃烧室，通过专用燃气喷嘴对其充分燃烧，循环利用为热裂解热能，煤消耗量由1.2 t/24 h下降到0.4 t/24 h，不但节约了能源，而且消除了其产生的二次污染。

2.1.14.2 热污染自洁性治理及循环利用绿色高值化解决方案

加热系统热辐射产生空气污染尘埃，不但污染生态环境，而且祸害工作人员呼吸系统的健康。

东盈公司生产的废塑料热裂解油化生产线，配置的除尘装置采用专业水膜除尘器，三层高压喷嘴喷淋，使烟中的固体小颗粒被充分冲洗后随着水流排入除尘水池，高效率清洁干式除尘。如果燃料为煤或木柴，烟量较大，还可以采用不需要任何水排放的脉冲干式除尘器。

2.1.14.3 废水自洁性治理及循环利用绿色高值化解决方案

水资源循环利用，防范二次污染风险。东盈公司生产的废塑料炼油生产线，日处理废塑料10 t、最高出油率可达90%以上，无论是冷却水或是除尘水全部采用循环水，确保生产过程中达到废水零排放。列管式冷凝器，管内走油，管外走水，水和油零接触，且冷却水可循环利用，不用排放。