加速發(fā)展廢塑料油化產(chǎn)業(yè)

□文/ 孫永泰

加速發(fā)展廢塑料油化產(chǎn)業(yè)

Accelerated Development ofWaste of Waste Plastic Oil Industry

□文/ 孫永泰

從20世紀90年代開始，國際上即開展了廢塑料油化技術的開發(fā)，這樣既可以代替石油，又可以解決廢塑料在填埋焚燒處理時對環(huán)境的污染。經(jīng)過研究，技術問題基本上得到解決，但在20世紀末油價較低的條件下未能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。當時，我國也有不少小型企業(yè)開展了廢塑料油化的生產(chǎn)，但由于技術不夠完善，二次污染嚴重，且產(chǎn)出的油質較差，最后被政府明令禁止生產(chǎn)。

21世紀初，日本為貫徹“容器包裝再生法”而大量回收利用廢塑料，在政府支持下先后建成新瀉市、北海道三笠市和扎幌市3個廢塑料油化中心，前兩個年處理能力為6 000噸，后者為1.48萬噸。由于能量利用率為65%，競爭不過高爐噴吹廢塑料的75%和摻入原料煤中煉焦的94%，也使初期開工不足；現(xiàn)由于油價暴漲致使經(jīng)濟效益轉好而滿負荷生產(chǎn)。在我國，針對廢塑料油化技術中存在的問題和油價暴漲下經(jīng)濟效益轉好的形勢，香港新藍天環(huán)?？萍加邢薰鹃_發(fā)成功環(huán)保達標、成本低、效益好和油質優(yōu)的“自給燃氣式廢塑料常壓裂解設備”，為普遍推廣創(chuàng)造了條件。

一、日本札幌市廢塑料油化中心生產(chǎn)技術概況

1. 油化工藝概況

對180萬人城市的生活廢塑料由居民分類收集后先送市營分選中心除去雜物，再打壓成l m×l m×1.3 m的200 kg捆包送油化中心處理。

（1）預處理工序

對運來的塑料捆經(jīng)計量、拆捆、破碎、干燥、風選和造粒的過程，制成φ6 mm×20 mm的圓柱體后送入原料倉。

（2）油化工序

對運來的塑料圓柱體計重后先進行脫氯。脫氯裝置為電加熱的長筒型，內裝一軸式帶葉片的螺旋桿推動塑料圓柱體，在略高于300℃的溫度下加熱，使PVC等含氯廢塑料分解為氯化氫和炭化氫氣體，然后送人脫氯燃燒爐中于1 300℃下完全燃燒，再經(jīng)滅火器和氯化吸收塔以濃度20%的鹽酸回收，煙氣則經(jīng)凈化塔作無害化處理。

脫氯后熔融廢塑料送熱分解裝置，在400℃下被分解為氣體，再經(jīng)冷卻、凝縮后入分解油罐貯存。熱分解裝置為回轉窯式，對爐外側套管供600℃熱風以保持熱分解溫度；爐底部有陶瓷小球以防止黏附爐壁；熱分解后產(chǎn)生的粉末狀油化殘渣定期分批排出后貯存。

分解油罐內全凝縮油送回收塔分餾為3個餾分；從塔頂出來的輕質油供本油化設備燃用，從中段出來的中質油(相當于A重油)則對外出售，從塔底出來的重質油部分供鍋爐燃用以發(fā)電、產(chǎn)汽供自用；其余部分(相當于C重油)則作為鍋爐燃料出售。排氣則通過完全燃燒以無害化處理，并回收余熱產(chǎn)汽供自用。

2. 油化裝置的性能

（1）廢塑料的原料質量

由于供應的廢塑料質量良好，預處理工序的回收率高達92%，其余的8%中6%為水分，2%為預處理殘渣。

對分類回收廢塑料的種類分析結果如表1所示。

表1 廢塑料的種類分析結果 單位：%

由表1可以看出，適于油化的PE，PP和PS高達70.9%；而含氯的PVC為3.1%、PVDC為1.5%，和一般廢塑料相比分別表現(xiàn)為偏低和偏高；PET為12.2%則偏高。PET和PVC類不僅難.以成油致使油化率偏低，還易造成堵塞、腐蝕而影響設備正常運行，若能通過預處理選出更好。

（2）生成油的品質

按3種餾分分析的結果如表2所示。

表2 生成油的主要分析結果

將分析結果和標準對比：從引火點看，輕質油屬于1類(<21℃)，中、重質油則為3類(70℃~200℃)。灰分、硫(<0.01%和0.04%)、氮(分別為0.044%、0.191%和0.08%)等均符合要求。作為工業(yè)爐、鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)用燃料，發(fā)熱量均高，中、重質油的十六烷值也好，對重質油只要預熱到70℃～80℃也可用。輕質油中芳香族較高，這使十六烷值降低，主要是由于原料中的PS分解成乙苯類化合物的緣故；但它在中、重油中則含量較低，致十六烷值較高。另外，將生成油的炭素分布和市場上的商品油比較，輕質油相當于汽油和煤油的中間產(chǎn)品，中質油則相當于A重油，重質油廣泛分布到C40，臘又使油的流動點提高，但采取預熱后仍可供鍋爐用作燃料。

（3）油化殘渣的質量

油化殘渣的主要成分如表3所示。

表3 油化殘渣的主要成分分析 %

其發(fā)熱量為17 830 kJ／kg、發(fā)火點>50℃、假比重為0.38、粒度為61μm。原料中的金屬多以單體的金屬為主，有害的金屬Ca、Pb的含量分別為3.3和3.1 m g／kg，但經(jīng)熔出試驗仍符合燃料標準；二惡英含量遠低于填埋標準的3 ng-TEO／g，仍可作輔助燃料使用，但應注意解決粉塵問題。

（4）煙氣分析

對油化裝置的主煙筒和熱電聯(lián)產(chǎn)的煙氣成分分析結果如表4所示。油化裝置用輕質油和分解煙氣，熱電聯(lián)產(chǎn)則全部用重質油，從分析結果看全部符合標準。

表4 煙氣分析結果和標準對照表

（5）物料平衡

按油化工序和含預處理在內的全工序兩種方式計算的物料平衡如表5所示?？梢钥闯觯河突ば虻漠a(chǎn)物除鹽酸尚未利用外，其他均已利用，使全工序的再生利用率達91%。若如下所述采用加入石灰的新工藝后，油化殘渣將上升，生成油和鹽酸的回收率將下降，油品中的中質油下降的同時，輕質油的生成量將上升。

表5 全工序和油化工序的物料平衡表 %

（6）熱平衡

以上述物料平衡為基礎，再考慮每噸塑料耗電1 200 kW·h和耗燃料200kg計，并按廢塑料的熱量為33 494.4 kJ／kg、生成油和排出氣為43 96 1.4 kJ／kg，油化殘渣為1 8 003.2 kJ／kg，則算出的熱平衡如表6。由此可算出油化工序的能源利用率為72.7%。

表6 油化工序的熱平衡 單位：KJ／kg

3. 油化裝置最近的技術進步

（1）改為加石灰的新工藝

在處理生活廢塑料時，由混入的PVC、PET等熱分解產(chǎn)生的鹽酸等引發(fā)的堵塞和腐蝕成為油化裝置運行中需解決的最大問題。為此，通過加入石灰使之生成鈣鹽穩(wěn)定化而改善了設備的運行狀況；另外過去的酸性生成油也變?yōu)橹行?，過去使用堿性水對排出氣的洗滌也得以簡化，從而使工藝排水為零。加上操作經(jīng)驗的積累和改進，單線處理能力也由過去20 t／d提高到25 t／d，略大于設計能力。

（2）熱電聯(lián)產(chǎn)專燒重質油

原計劃用重質油和外供重油各1／2，后經(jīng)提高重質油的流動性和改善加熱系統(tǒng)后改為全燒重質油，使油化設備所需電力和燃料全部自給，發(fā)電能耗達0.24 kgee／(kW·h)水平。

（3）油化淺渣的商品化

初期作為產(chǎn)業(yè)廢物作填埋處理，后期和市下水道局作為污泥焚燒爐輔助燃料共同開發(fā)成功，從2003年4月起作為商品出售，既有利于降低成本，又減少了對環(huán)境的污染。

（4）過剩輕質油作為塑料原料再生利用

輕質油初期作為系統(tǒng)內各種爐的燃料利用，但仍有剩余，后隨著處理能力的提高余量更大。在上級組織下，和日本能源公司按循環(huán)用于塑料原料的目標進行了技術開發(fā)，并于2004年初步開發(fā)成功和試用。

（5）取消回收塔的探討。為簡化工藝以降低能耗和成本，正考慮取消回收塔改為在分解油罐內分為輕重餾分的方式。

二、香港產(chǎn)“廢塑料常壓裂解生產(chǎn)燃油設備”的概況

香港新藍天環(huán)?？萍加邢薰緩膹U塑料油化設備具有重大的節(jié)能環(huán)保作用和廣大的市場前景出發(fā)，通過多年對國內外廢塑料油化的調查后，針對存在的主要問題，在反復研究和查閱大量國內外相關資料的基礎上，結合我國在制造化工設備上的結構特點，經(jīng)百次試驗后成功開發(fā)出了適合于普遍推廣的造價低、結構簡單、占地面積小、能源消耗和成本低、投資小、原料來源廣、投資回收快、生產(chǎn)優(yōu)質燃油的“自給燃氣式廢塑料常壓裂解設備”，并由中國資源綜合利用協(xié)會于2006年4月24日在深圳召開了推介會。與會的環(huán)保節(jié)能方面的專家參觀后給予了高度評價?？偟恼J為中試設備的工藝已基本打通，待進一步完善相關系統(tǒng)設備，經(jīng)有資質的相關檢測部門檢測合格、取得經(jīng)驗后再進行推廣，并建議國家有關部門在項目進一步完善開發(fā)的示范過程中給予必要的支持。為了推動示范項目的及早實現(xiàn)，現(xiàn)對該設備的概況簡介如下。

該油化裝置的基本功能是將垃圾中的廢塑料，在常壓反應釜內經(jīng)催化裂解，將廢塑料中的有機高分子鏈切斷，還原成為低分子的炭氫化合物——燃油。生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的C 5以下可燃性不凝固氣體，經(jīng)回收裝置回收、穩(wěn)壓后由管道輸入到燃燒器燃燒，給設備自身加熱。該設備的主要特點如下。

1. 堅持安全第一方針，采取了系統(tǒng)的安全措施

（1）常壓運行多重保護

反應釜上部設計較大的出氣口與冷凝器相連，使反應釜內裂解生成的油氣通過管道不斷地注入冷凝器內被冷卻變成液體。設計冷凝器的冷凝速度略大于反應釜的裂解速度，確保正常工作時的釜壓<0.01M Pa，且在冷凝器出口處引一管道伸入1m深水中，若壓力>0.01M Pa時氣體即從水中自動溢出，以確保系統(tǒng)內壓力≤0.01M Pa。另外在釜上安裝壓力傳感器，不但用儀表顯示并具有壓力報警系統(tǒng)，以此提高安全性；在釜內、釜底和釜壁分別安裝多路溫度控制和顯示系統(tǒng)，以防止由于某一溫控系統(tǒng)損壞使釜溫失控帶來的安全隱患。

（2）采用反相侵入過濾和吸附的方式以消除過濾器堵塞。由于反應釜內裂解后的油氣帶有灰塵等固體微粒，若由上而下通過過濾器時，易造成微粒沉積在過濾器上堵塞；而反向式則油氣由過濾器下方進入使微粒在重力作用下沉積在過濾器下方并定期被消除，可防止過濾器堵塞。

（3）反應釜的加熱部位外加導熱性好的金屬保護層并定期更換，以確保反應釜不被氧化腐蝕。

（4）采用恒壓式排渣器(專利)，其優(yōu)點為不泄漏、耐高溫，可解決排渣器瀉漏帶來的安全問題。

（5）采用無間隙式釜用攪拌器(專利)，其優(yōu)點為貼底攪拌，可解決塑料升溫過程中的結膠和炭化問題。

2. 工序流程簡便使節(jié)能環(huán)保效果好，主要有以下各點：

（1）原料無需清洗，直接通過進料機進入反應釜，加上換熱系統(tǒng)用水采用循環(huán)方式，既節(jié)約用水，又可減少排水造成的污染。

（2）廢塑料在常壓反應釜內在400℃高溫下裂解后，高溫油氣進入氣相裂解室進行二次裂解，并經(jīng)3次冷凝、過濾后進入貯油罐，未凝氣則作為燃料利用，加上充分利用生產(chǎn)過程中的余熱，故保證了產(chǎn)油全部以成品出售，達到了耗能低、成本低，盡管未經(jīng)分選的廢塑料雜質多達20%以上，油的回收率仍達50%以上。

（3）系統(tǒng)過濾、吸附所用的物質主要是活性炭和天然具有吸附性質的材料，它們本身并不會造成污染；當失去活性報廢后，投入到反應釜內對塑料裂解起促進作用。反應釜最后的殘渣為煤粉狀，經(jīng)篩選后可作為碳黑出售或直接摻入煤炭燃用，這樣也有利于節(jié)能和環(huán)保。

3. 設備投資低、經(jīng)濟效益好，投資回收期約2年，初步計算如下：

（1）設備投資。每套標準設備為日處理廢塑料10噸，設備主體用不銹鋼制造，價格約為350萬元，加上設備、運輸、安裝、調試、人員培訓及土地費用約400萬元。按7年折舊，每年的折舊費約53萬元。

（2）效益分析。每年工作日按3 130天計，日產(chǎn)油按5噸計算，其基本效益估算如表7所示。

表7 油化裝置的年效益估算

(3)按上述估算，年收益為338.4萬元，考慮成本中加入折舊和其他管理費用以及廢塑料回收價的可能提高等因素后，年純收益仍在200萬元以上。

4. 小結和建議

目前國際石油價格久居高位而我國的石油純進口量卻逐年上升，這不僅是一個經(jīng)濟問題，而且涉及能源安全問題，必須引起高度重視并采取有效對策。在另一方面，廢塑料隨著人們生活水平的提高將日益增多，若不及時妥善利用將對資源環(huán)境日趨不利。采取廢塑料油化的方式，既符合建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標，也有利于緩解石油進口過多所造成的不利因素。另外，從國內國際經(jīng)驗看，廢塑料油化技術已基本成熟，經(jīng)濟上效益顯著，但要盡快啟動和快速發(fā)展仍需政府的導向和大力扶持。具體建議如下：

（1）根據(jù)專家對我國香港新藍天環(huán)?？萍加邢薰尽皬U塑料常壓裂解生產(chǎn)燃油裝置”評審的初步建議，建議由主管部門主持下進一步審查完善后立項進行示范工程試點，在驗證工藝的同時通過廢塑料的回收利用，帶動生活垃圾廢物回收體制的建立，為振興我國的資源再生產(chǎn)業(yè)作出重大貢獻。

（2）為了盡快取得成果以便在全國各個地區(qū)全面推廣，建議在廣州、上海、北京、武漢、沈陽和重慶6大城市同時開展試點示范工程，并吸收當?shù)乜蒲袉挝缓唾Y源再生部門參加。