废塑料化学回收解决方案种类繁多,综合考虑技术成熟度、技术供应商总数和平均工厂规模,裂解目前位居榜首。裂解可以处理混合聚烯烃类废料流,将其转化为用于食品级再生材料。这是推动裂解快速增长的重要因素。
每种技术都在发展。AMI 报告2022 年全球化学品回收投入能力接近 120 万吨,其中不包括将废塑料加工成燃料的设施。许多工厂计划2023年全面商业运营,甚至到2030年将有更大的产能上市。
在裂解和气化之外,其他技术规模并不大,但技术供应商的数量,尤其是解聚,正在逐渐增多。伊士曼等主要行业参与者计划投资高达 10 亿美元在法国建立一个160,000吨的解聚工厂,该工厂预计将于 2025年投入运营。
与典型气化相关的主要挑战之一是产生高焦油含量。由荷兰研究机构 TNO 开发的 Synova 专利技术则没有焦油废物流。
该工艺已经开发、测试和试验了 15 年,基于间接气化概念,将循环流化床、裂解和鼓泡流化床燃烧结合在一个容器中。Synova的废料几乎可以是任何塑料,以及附着的生物材料、惰性材料和高达 30% 的水。它产生的分子与来自石脑油蒸汽裂解器的分子相似。
在此过程中,如示意图所示,OLGA 部分去除了 99.5% 焦油并将其用作 MILENA 气化器/裂解器的原料,这样就完成了回收焦油和固体的高效过程。
气化的另一个关键挑战是实现高产量。作为芬兰科学孵化器VTTLaunchPad的一部分,Olefy正在申请可以从废塑料中提取超过70%的原生塑料和化学原料成分的专利技术。目前正在试点阶段,Olefy预计到 2026 年第一个工业示范工厂将投入运营。
Aduro 正在申请专利的水基化学转化工艺,可以在相对较低的温度(375°C)下运行。其他优势包括更广泛的原料选择、高产率、无芳烃形成以及使用廉价原料和催化剂的能力。在实验室规模上,工艺输出在成为裂解装置进料之前不需要加氢处理和后处理,预计资本和运营支出较低。
其中试规模反应堆正处于最后阶段。旨在处理各种塑料原料,如 PE、PP 和 PS 作为单流材料,也可以处理这些混合物。在试验阶段,还将评估含有纸、聚合材料、铝箔等材料“污染物”的多层塑料。试点工厂客户试验即将开始,预商用装置(约 2 吨/天)预计将在 2023 年底前投入使用。
另一家提供优于传统裂解工艺的公司是英国 Mura Technology,其专有的 HydroPRS 工艺使用超临界蒸汽将塑料转化为油和基础化学品。反应条件允许高产量的碳氢化合物产品,超临界水的使用提供了一种快速加热的方法,避免了过高的温度,最大限度地减少了焦炭的形成。
自 2021 年以来,陶氏一直与 Mura 合作,今年早些时候,他们宣布在美国和欧洲建设多个设施的计划,到 2030 年将增加多达 12 亿磅的高级回收总产能。计划中的五个项目中的第一个工业厂房(满负荷生产能力约为 2.4 亿磅/年)将在德国建立,于 2025 年投入运营。
与原料回收相比,基于更短的循环(废物到单体与废物到原料)的生命周期分析(LCA),解聚更有利。然而,解聚需要仔细分类废料流,目前,包括伊士曼在内的大多数技术供应商都重点关注 PET 废塑料。
伊士曼Tritan Renew智能手机外壳,由分子回收 PET 制成(图片:伊士曼化学公司)
伊士曼的聚酯再生技术可以处理软饮料瓶、地毯甚至聚酯类服装等材料,使用糖酵解或甲醇分解将它们转化回基本单体。位于田纳西州金斯波特的伊士曼分子回收厂目前使用糖酵解来分解 PET。它在法国的工厂将使用甲醇分解装置来解聚废物。
下面两家微波公司将目光投向了 PET 以外的领域。加拿大 Pyrowave 公司已获得聚苯乙烯 (PS) 废物微波催化解聚工艺的专利,并与米其林(其第一个被许可方)合作,到 2023 年开发一个示范工厂。初步结果表明,液体收率将近 98%与纯苯乙烯单体纯度相似,高达 99.8%。展望未来,Pyrowave 还计划开发该平台以容纳其他类型的废物。
日本 Microwave Chemical Co. Ltd. 正积极与三井化学合作开发基于微波的化学回收工艺,用于解聚聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 和聚氨酯 (PUR) 等特种聚合物。他们还在研究更复杂的废塑料,例如汽车粉碎残渣 (ASR)——一种主要由 PP 基塑料制成的混合物——和热固性片状模塑料 (SMC)。
最后,我们看一下生物技术在化学回收领域的应用 。Carbios(法国)和S amsara EcoPtyLtd.(澳大利亚)等技术提供商虽然仍然是一个小众市场,但已经取得了很大发展 。
自2021年9月以来,Carbios 拥有一座全面投入运营的工业示范工厂,预计到2025年将建成并运行一座产能为1亿磅/年工厂,该工厂与 Indorama Ventures 合作建造。
Samsara试验工厂已经投入运营。该公司为其首个商业设施筹集资金,产能 4000 万磅,用于回收聚酯,预计于 2023 年底投入运营。
Carbios 一直积极参与与快消品和纺织品品牌的联盟及合作伙伴关系,知名合作伙伴包括欧莱雅、雀巢饮用水、百事可乐、On、巴塔哥尼亚、彪马和所罗门。该公司最近还加入了由米其林协调的全新欧洲项目 WhiteCycle,该项目于 7 月 1 日启动,旨在开发循环解决方案,以升级回收复杂的多材料废物,例如多层纺织品和橡胶制品复合材料。
Carbios 和 Samsara Eco 都在调整工艺,以适应其他类型塑料,比如尼龙、聚烯烃、聚碳酸酯、聚氨酯等。
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