塑料回收的化学工艺

随着全球塑料废弃物达到惊人的水平--据估计每年产生 3.8 亿吨，但只有 9% 被回收利用--对有效回收解决方案的需求空前迫切。有别于传统的机械方法，化学回收是一种变革性的方法，它提供了从多种材料中回收有价值原料的潜力。 塑料.本文将全面概述主要的化学回收技术，包括热解和气化，并评估不同塑料类型对原料的要求。我们将评估单体和燃料等产出产品，讨论这些工艺目前的技术准备水平和可扩展性，并分析其对环境的影响和经济可行性。

关键要点

• 化学回收与机械工艺有很大不同。
• 热解可将塑料转化为燃料和其他产品。
• 气化技术可将塑料转化为合成气，从而获得能源。
• 原料需求因加工的塑料类型而异。
• 产出的产品包括单体、石脑油和燃料。
• 环境影响和经济因素影响可行性。

化学回收概述及其与机械回收的区别

化学回收是一种变革性方法，涉及从分子层面分解塑料，以再生出适用于各种应用的原材料。不同于

机械回收是在不改变塑料化学结构的情况下将其物理加工成小块，而化学回收的目的是分解聚合物，将其转化为单体或其他化学构件。通过这种工艺可以生产出高质量的回收材料，这些材料可以重新用于制造新产品，其性能与原始材料相似。

与此相反，机械回收通常会受到污染、原料成分复杂以及重复回收后材料性能下降等因素的限制。例如，机械工艺会导致塑料失去某些物理特性，通常会降低其应用价值。这可以通过拉伸强度的显著下降来量化，某些聚合物在机械回收两个周期后，拉伸强度有时会超过 50%。

通常，化学回收可分为两种主要方法：

• 解聚，主要是将塑料还原到单体状态
• 热解，将其转化为燃料和化学品。每个 方法 根据加工塑料的类型，它们各自有其适用性。

例如，饮料瓶常用的 PET（聚对苯二甲酸乙二酯）可以通过有效解聚来回收其组成单体，而聚丙烯等聚烯烃则可以通过热解进行更有效的加工。

尽管化学循环利用前景广阔，但其实施仍面临一些挑战，包括技术准备和监管障碍。欧洲和北美正在进行的几个试点项目报告称，特定塑料的产量约为 80-90%，显示了其潜在的可行性。随着技术的发展，明确区分化学回收和机械回收工艺将在决定我们的废物管理和回收系统的有效性方面发挥重要作用。

主要化学回收技术：热解、气化、解聚和加氢裂化

热解过程： 它是在无氧条件下对有机材料进行热分解，将废塑料转化为有价值的碳氢化合物。典型的操作温度范围为 300°C 至 900°C，具体取决于原料类型和所需的最终产品。热解油可以用作替代燃料，也可以升级生产柴油和化学合成原料。一个显著的例子是将聚苯乙烯转化为苯乙烯单体，苯乙烯单体可用于生产各种塑料和树脂。生产指标表明，热解的效率可达 80%，可从废塑料中回收大量能源。

气化： 它的工作原理是通过在高温（约 700°C 至 1 600°C）条件下使碳质材料与一定量的氧气和/或蒸汽发生反应，从而将碳质材料转化为合成气（一氧化碳、氢气和部分二氧化碳的混合物）。产生的合成气可用作发电燃料或甲醇和氨等化学品的前体。德国巴斯夫公司（BASF）运营的一个现有设施可有效气化混合塑料废料，据报道可回收约 60% 的原始能量。

解聚： 它需要特定的催化剂和条件才能将聚合物链裂解成单体或低聚物。这种方法对某些类型的塑料（如 PET 和聚烯烃）具有选择性。最近的技术进步提高了产量，缩短了反应时间，使解聚成为一种回收高质量原材料的可行方法。麻省理工学院（MIT）已成功开发出一种新型催化剂，可提高 PET 的解聚率，显著提高回收效率。

水力开裂 它涉及使用氢气和特定催化剂，将较大的碳氢化合物转化为较小的、更有价值的碳氢化合物，通常在高压和中等温度（约 300°C 至 400°C）下进行。这种方法通常适用于重油，也可用于将塑料废料加工成可用燃料。例如，韩国的几家炼油厂有效地利用了水力裂解技术，从塑料残渣中获得了超过 85% 的液体燃料产量。这大大减少了对垃圾填埋场的依赖，同时将废物转化为经济上可行的产品。

不同塑料类型的原料要求和适用性

化学回收工艺的原料选择取决于所处理的塑料类型。按树脂识别代码分类，不同的塑料具有不同的特性，这些特性会影响它们对各种回收方法的适用性。例如，常用于饮料瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）更适合解聚等工艺，可产生类似原生材料的高质量材料。相比之下，聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等聚烯烃则可以通过热解将其转化为类似原油的物质，从而实现有效回收。

不同密度的聚乙烯（低密度聚乙烯和高密度聚乙烯）带来了不同的挑战。低密度聚乙烯的熔点较低，因此对热工艺的稳定性较差，而高密度聚乙烯的强度较高，可以承受较高的温度，提高了气化的可行性。对原料的最佳要求主要集中在粒度和杂质含量上；必须对原料进行分拣，以去除杂质，确保高转化效率，同时尽量减少加工过程中的原料降解。