日本廢物循環(huán)利用技術(shù)簡介

郭廷杰

（國家發(fā)改委老干部局，北京 100077）

日本學(xué)習(xí)德國循環(huán)利用廢物的經(jīng)驗(yàn)，從1997年起，頒布“容器包裝再生法”等廢物循環(huán)利用的一系列法律法規(guī)，2000年頒布了“促進(jìn)建設(shè)循環(huán)社會(huì)基本法”系列法律，把21世紀(jì)作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)世紀(jì)，全面發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，確保可持續(xù)發(fā)展。在一系列法規(guī)的推動(dòng)和優(yōu)惠財(cái)政政策的支持下，日本廢物循環(huán)利用的研發(fā)水平在世界上遙遙領(lǐng)先。

1 超重質(zhì)油氣化的基礎(chǔ)研究

日本經(jīng)濟(jì)長期疲軟，電力工業(yè)處于停產(chǎn)和限制新建的狀態(tài)。從長期發(fā)展出發(fā)，日本對(duì)電力的需求仍將增長，關(guān)停考朽電廠和新建高效電廠乃必然趨勢。利用迄今未利用的殘?jiān)停次覈牡販嫌停┻M(jìn)行超重質(zhì)油氣化復(fù)合發(fā)電符合低碳經(jīng)濟(jì)的大方向。日本電力中央研究所以特定的氣化爐開發(fā)為目標(biāo)，以支持各種氣化方式的設(shè)計(jì)和運(yùn)行技術(shù)開發(fā)為目的，開展了相關(guān)課題研究。

1.1 新液體氣化爐的試驗(yàn)研究

設(shè)備概要：本設(shè)備系統(tǒng)的大致流程為：氣化爐為下降流式的加壓噴流床型，燃料處理量為2.4 t/d，內(nèi)徑?300 mm，高3 m，爐內(nèi)壓力1.9 MPa。氣化爐內(nèi)設(shè)有對(duì)爐壁熱流束分布檢測的測頭及對(duì)反應(yīng)中高溫氣和粒子取樣的導(dǎo)線管等特殊機(jī)器。

試驗(yàn)結(jié)果：計(jì)測出沿氣化爐縱向的煤氣溫度和熱流束分布，得出爐的境界條件和煤氣成分，甲烷向爐出口分解，水和CO2作為氣化劑而被利用，H2和CO在爐出口經(jīng)換位反應(yīng)趨向平衡狀態(tài)。

1.2 查明個(gè)別現(xiàn)象的研究

水乳濁液燃料特有的沸騰微粒子現(xiàn)象如下，乳濁液燃料投入后，受水的突沸作用而被微粒化，由于數(shù)值解析時(shí)投入燃料的初期粒徑很重要，將和爐內(nèi)同水平熱流束沖向燃料的單一液滴時(shí)，再現(xiàn)沸騰微粒化現(xiàn)象，過程可視化，經(jīng)畫像處理并對(duì)粒徑分布解析，得到的初期粒徑和燃料中的瀝青徑大體相同。

1.3 確定煤氣化數(shù)值解析技術(shù)

利用已開發(fā)煤氣化數(shù)值解析工具為基礎(chǔ)，對(duì)液體燃料的熱分解概念和研究數(shù)據(jù)成功開發(fā)超重質(zhì)油的解析工具，其解析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相同。

2 廢塑料氣化的烘焙電池發(fā)電

利用廢物的保有熱量，在低環(huán)境負(fù)荷下對(duì)能源循環(huán)利用的高效廢物發(fā)電受到各方重視。豐田汽車公司進(jìn)行了此項(xiàng)技術(shù)開發(fā)。

2.1 廢塑料氣化的燃料電池發(fā)電工藝

廢物發(fā)電規(guī)模在300 t/d以下時(shí)送發(fā)電效率僅10％，在經(jīng)濟(jì)上不合算；為抵制NOx和二惡英的污染需24 h連續(xù)運(yùn)行，但跨區(qū)收集廢物不僅需互相協(xié)作，且增加運(yùn)費(fèi)，故大規(guī)模發(fā)電的難度亦大。從而受人們重視的新技術(shù)為小規(guī)模下亦可高效回收能源、且建設(shè)費(fèi)低，并在高溫還原氣氛下有利抑制二惡英等廢物高溫氣化燃料電池發(fā)電工藝（300 t/d的送發(fā)電效率為20％）。

首先，氣化爐為1室3段氣化方式，廢塑料不經(jīng)分解為焦油和碳化氫的過程，即直接產(chǎn)出CO，H2，CO2和H2O為主成分的可燃?xì)狻t的上段氣化改質(zhì)、中段熱分解析、下段燃燒和熔灰，從而實(shí)現(xiàn)廢塑料的高效氣化。

具體流程為：將廢塑料粉碎后，用N2氣輸送到爐中部熱分解，其后分解氣和碳的混合物到上部分解為CO和H2，不燃物和未分解碳則落到下部，吹入O2，高溫燃燒1 200℃，所產(chǎn)熔渣由下部排出。

將生成煤氣在600℃下送入燃料電池。由于廢物含有氯、硫等對(duì)燃料電池的有害成分，必要時(shí)中間可增設(shè)精制裝置脫除，一般應(yīng)用小型的干式吸附精制技術(shù)。另由于煤氣中除H2外還含有大量CO，應(yīng)選用可利用CO發(fā)電的燃料電池（MCFC.SOFC）。燃料電池在高溫下運(yùn)作，其余熱通過鍋爐回收利用，以達(dá)到高熱能利用率，其發(fā)電效率比煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)高，可抑制NOx等污染物，振動(dòng)噪音小，環(huán)保性好。該工藝可擴(kuò)大到其他生物質(zhì)廢物氣化發(fā)電及供發(fā)電以外的氨和乙醇的化學(xué)原料利用。

3 PET廢物的循環(huán)利用

3.1 日本的PET瓶消費(fèi)和回收利用現(xiàn)狀

日本的PET瓶消費(fèi)量由1997年的25.2萬t快速增長到2001年的42.6萬t，近年雖放緩，但仍在增長中。資源貧乏和重視環(huán)保的日本，加強(qiáng)了對(duì)廢PET瓶的再生利用并優(yōu)先提高作為原料的循環(huán)利用率，2001年，利用率已達(dá)到40％的水平，為歐洲同期水平的2倍，并逐步提高。

3.2 廢PET瓶循環(huán)利用

日本艾言斯公司開發(fā)化學(xué)再生技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)由廢PET到PET原料的循環(huán)利用。

1998年3月，艾言斯有限股份公司在大阪市成立。在社會(huì)強(qiáng)烈要求開發(fā)廢PET再生利用的推動(dòng)下，經(jīng)過3年半較短時(shí)間即開發(fā)成功基本技術(shù)。2001年8月，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，成立了廢PET逆返有限股份公司，將按艾言斯工藝產(chǎn)出的PET原料供食品容器生產(chǎn)廠利用，并從美國FDA取得獨(dú)家應(yīng)用的專利。完全循環(huán)型PET瓶的再生課題由于該工廠的投產(chǎn)得以解決，其中于2000年7月在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）委托下工試，對(duì)順利投產(chǎn)起了很大作用。

由于在生產(chǎn)工序中可將PET以外的瓶蓋、標(biāo)牌等其他塑料分離，并產(chǎn)出合格的PET瓶用原料。

對(duì)染色的廢PET瓶，由于在處理工序中可將顏料、染料除去，故可和無色PET瓶同樣處理。

將廢PET瓶破碎、洗凈后進(jìn)行化學(xué)分解時(shí)的加熱溫度為200～220℃的低溫，故耗能較少。

處理工序不產(chǎn)出其他的廢物。

艾言斯法處理方法對(duì)PET瓶以外的聚酯產(chǎn)品（如膜、纖維等）亦可同樣處理。由此可知，PET瓶以外的高精尖聚脂產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)同樣的循環(huán)型利用。

PET瓶的塑料再生利用率接近100％。

經(jīng)分解重合并精制產(chǎn)生的PHET，可供溶融重合設(shè)備應(yīng)用，故原有的重合設(shè)備仍可利用，另在分解重合工序作為溶媒使用的乙二醇，亦可在精制后再度循環(huán)利用。

生產(chǎn)的PHET，可代替由化工廠提供的PET原料（PTAQEG），采取PTA法的原有生產(chǎn)工序，致不需改革而節(jié)約投資。

其生產(chǎn)流程大致如下：回收的廢PET瓶→濕式粉碎→經(jīng)粗分離除去瓶蓋、標(biāo)牌等異物→粗分解重合（加入乙二醇）→除去殘留雜質(zhì)→除去染色、金屬離子→BHET結(jié)果析出（液體乙二醇分出經(jīng)精制后可供再利用）→BHET精制→溶融重合→固相重合→向PET瓶生產(chǎn)廠出售。

由上所述，由艾言斯法形成的廢PET瓶到PET瓶原料的良好循環(huán)利用系統(tǒng)，不僅技術(shù)先進(jìn)，利用率高，且處理費(fèi)用僅為用石油原料生產(chǎn)的1/2。由于經(jīng)濟(jì)效益好，它的推廣不僅使日本廢PET瓶的再生利用率逐年提高，甚至使廢PET瓶處理業(yè)者從過去收委托處理費(fèi)逆轉(zhuǎn)為向?qū)Ψ礁顿M(fèi)收購，這亦成為廢塑料處理業(yè)的特例。