□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(jì)90年代開始，國(guó)際上即開展了廢塑料油化技術(shù)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(shí)對(duì)環(huán)境的污染。經(jīng)過(guò)研究，技術(shù)問(wèn)題基本上得到解決，但在20世紀(jì)末油價(jià)較低的條件下未能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。當(dāng)時(shí)，我國(guó)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(shù)不夠完善，二次污染嚴(yán)重，且產(chǎn)出的油質(zhì)較差，最后被政府明令禁止生產(chǎn)。

21世紀(jì)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(gè)廢塑料油化中心，前兩個(gè)年處理能力為6 000噸，后者為1.48萬(wàn)噸。由于能量利用率為65%，競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)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(jià)暴漲致使經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)好而滿負(fù)荷生產(chǎn)。在我國(guó)，針對(duì)廢塑料油化技術(shù)中存在的問(wèn)題和油價(jià)暴漲下經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)好的形勢(shì)，香港新藍(lán)天環(huán)?？萍加邢薰鹃_發(fā)成功環(huán)保達(dá)標(biāo)、成本低、效益好和油質(zhì)優(yōu)的“自給燃?xì)馐綇U塑料常壓裂解設(shè)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(shù)概況

1. 油化工藝概況

對(duì)180萬(wàn)人城市的生活廢塑料由居民分類收集后先送市營(yíng)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(yù)處理工序

對(duì)運(yùn)來(lái)的塑料捆經(jīng)計(jì)量、拆捆、破碎、干燥、風(fēng)選和造粒的過(guò)程，制成φ6 mm×20 mm的圓柱體后送入原料倉(cāng)。

（2）油化工序

對(duì)運(yùn)來(lái)的塑料圓柱體計(jì)重后先進(jìn)行脫氯。脫氯裝置為電加熱的長(zhǎng)筒型，內(nèi)裝一軸式帶葉片的螺旋桿推動(dòng)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(wú)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(zhuǎn)窯式，對(duì)爐外側(cè)套管供600℃熱風(fēng)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?jiān)ㄆ诜峙懦龊筚A存。

分解油罐內(nèi)全凝縮油送回收塔分餾為3個(gè)餾分；從塔頂出來(lái)的輕質(zhì)油供本油化設(shè)備燃用，從中段出來(lái)的中質(zhì)油(相當(dāng)于A重油)則對(duì)外出售，從塔底出來(lái)的重質(zhì)油部分供鍋爐燃用以發(fā)電、產(chǎn)汽供自用；其余部分(相當(dāng)于C重油)則作為鍋爐燃料出售。排氣則通過(guò)完全燃燒以無(wú)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(zhì)量

由于供應(yīng)的廢塑料質(zhì)量良好，預(yù)處理工序的回收率高達(dá)92%，其余的8%中6%為水分，2%為預(yù)處理殘?jiān)?/p>

對(duì)分類回收廢塑料的種類分析結(jié)果如表1所示。

表1 廢塑料的種類分析結(jié)果 單位：%

由表1可以看出，適于油化的PE，PP和PS高達(dá)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(shè)備正常運(yùn)行，若能通過(guò)預(yù)處理選出更好。

（2）生成油的品質(zhì)

按3種餾分分析的結(jié)果如表2所示。

表2 生成油的主要分析結(jié)果

將分析結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比：從引火點(diǎn)看，輕質(zhì)油屬于1類(<21℃)，中、重質(zhì)油則為3類(70℃~200℃)?；曳帧⒘?<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(zhì)油的十六烷值也好，對(duì)重質(zhì)油只要預(yù)熱到70℃～80℃也可用。輕質(zhì)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(chǎng)上的商品油比較，輕質(zhì)油相當(dāng)于汽油和煤油的中間產(chǎn)品，中質(zhì)油則相當(dāng)于A重油，重質(zhì)油廣泛分布到C40，臘又使油的流動(dòng)點(diǎn)提高，但采取預(yù)熱后仍可供鍋爐用作燃料。

（3）油化殘?jiān)馁|(zhì)量

油化殘?jiān)闹饕煞秩绫?所示。

表3 油化殘?jiān)闹饕煞址治?%

其發(fā)熱量為17 830 kJ／kg、發(fā)火點(diǎn)>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(yàn)仍符合燃料標(biāo)準(zhǔn)；二惡英含量遠(yuǎn)低于填埋標(biāo)準(zhǔn)的3 ng-TEO／g，仍可作輔助燃料使用，但應(yīng)注意解決粉塵問(wèn)題。

（4）煙氣分析

對(duì)油化裝置的主煙筒和熱電聯(lián)產(chǎn)的煙氣成分分析結(jié)果如表4所示。油化裝置用輕質(zhì)油和分解煙氣，熱電聯(lián)產(chǎn)則全部用重質(zhì)油，從分析結(jié)果看全部符合標(biāo)準(zhǔn)。

表4 煙氣分析結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表

（5）物料平衡

按油化工序和含預(yù)處理在內(nèi)的全工序兩種方式計(jì)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(dá)91%。若如下所述采用加入石灰的新工藝后，油化殘?jiān)鼘⑸仙?，生成油和鹽酸的回收率將下降，油品中的中質(zhì)油下降的同時(shí)，輕質(zhì)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(chǔ)，再考慮每噸塑料耗電1 200 kW·h和耗燃料200kg計(jì)，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?jiān)鼮? 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(shù)進(jìn)步

（1）改為加石灰的新工藝

在處理生活廢塑料時(shí)，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(yùn)行中需解決的最大問(wèn)題。為此，通過(guò)加入石灰使之生成鈣鹽穩(wěn)定化而改善了設(shè)備的運(yùn)行狀況；另外過(guò)去的酸性生成油也變?yōu)橹行裕^(guò)去使用堿性水對(duì)排出氣的洗滌也得以簡(jiǎn)化，從而使工藝排水為零。加上操作經(jīng)驗(yàn)的積累和改進(jìn)，單線處理能力也由過(guò)去20 t／d提高到25 t／d，略大于設(shè)計(jì)能力。

（2）熱電聯(lián)產(chǎn)專燒重質(zhì)油

原計(jì)劃用重質(zhì)油和外供重油各1／2，后經(jīng)提高重質(zhì)油的流動(dòng)性和改善加熱系統(tǒng)后改為全燒重質(zhì)油，使油化設(shè)備所需電力和燃料全部自給，發(fā)電能耗達(dá)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(duì)環(huán)境的污染。

（4）過(guò)剩輕質(zhì)油作為塑料原料再生利用

輕質(zhì)油初期作為系統(tǒng)內(nèi)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(jí)組織下，和日本能源公司按循環(huán)用于塑料原料的目標(biāo)進(jìn)行了技術(shù)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(jiǎn)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(nèi)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(shè)備”的概況

香港新藍(lán)天環(huán)?？萍加邢薰緩膹U塑料油化設(shè)備具有重大的節(jié)能環(huán)保作用和廣大的市場(chǎng)前景出發(fā)，通過(guò)多年對(duì)國(guó)內(nèi)外廢塑料油化的調(diào)查后，針對(duì)存在的主要問(wèn)題，在反復(fù)研究和查閱大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)在制造化工設(shè)備上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)百次試驗(yàn)后成功開發(fā)出了適合于普遍推廣的造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、能源消耗和成本低、投資小、原料來(lái)源廣、投資回收快、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燃油的“自給燃?xì)馐綇U塑料常壓裂解設(shè)備”，并由中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)于2006年4月24日在深圳召開了推介會(huì)。與會(huì)的環(huán)保節(jié)能方面的專家參觀后給予了高度評(píng)價(jià)。總的認(rèn)為中試設(shè)備的工藝已基本打通，待進(jìn)一步完善相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，經(jīng)有資質(zhì)的相關(guān)檢測(cè)部門檢測(cè)合格、取得經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)行推廣，并建議國(guó)家有關(guān)部門在項(xiàng)目進(jìn)一步完善開發(fā)的示范過(guò)程中給予必要的支持。為了推動(dòng)示范項(xiàng)目的及早實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的概況簡(jiǎn)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(yīng)釜內(nèi)經(jīng)催化裂解，將廢塑料中的有機(jī)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(guò)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(shè)備自身加熱。該設(shè)備的主要特點(diǎn)如下。

1. 堅(jiān)持安全第一方針，采取了系統(tǒng)的安全措施

（1）常壓運(yùn)行多重保護(hù)

反應(yīng)釜上部設(shè)計(jì)較大的出氣口與冷凝器相連，使反應(yīng)釜內(nèi)裂解生成的油氣通過(guò)管道不斷地注入冷凝器內(nèi)被冷卻變成液體。設(shè)計(jì)冷凝器的冷凝速度略大于反應(yīng)釜的裂解速度，確保正常工作時(shí)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(shí)氣體即從水中自動(dòng)溢出，以確保系統(tǒng)內(nèi)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(bào)警系統(tǒng)，以此提高安全性；在釜內(nèi)、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(lái)的安全隱患。

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

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

（4）采用恒壓式排渣器(專利)，其優(yōu)點(diǎn)為不泄漏、耐高溫，可解決排渣器瀉漏帶來(lái)的安全問(wèn)題。

（5）采用無(wú)間隙式釜用攪拌器(專利)，其優(yōu)點(diǎn)為貼底攪拌，可解決塑料升溫過(guò)程中的結(jié)膠和炭化問(wèn)題。

2. 工序流程簡(jiǎn)便使節(jié)能環(huán)保效果好，主要有以下各點(diǎn)：

（1）原料無(wú)需清洗，直接通過(guò)進(jìn)料機(jī)進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)釜內(nèi)在400℃高溫下裂解后，高溫油氣進(jìn)入氣相裂解室進(jìn)行二次裂解，并經(jīng)3次冷凝、過(guò)濾后進(jìn)入貯油罐，未凝氣則作為燃料利用，加上充分利用生產(chǎn)過(guò)程中的余熱，故保證了產(chǎn)油全部以成品出售，達(dá)到了耗能低、成本低，盡管未經(jīng)分選的廢塑料雜質(zhì)多達(dá)20%以上，油的回收率仍達(dá)50%以上。

（3）系統(tǒng)過(guò)濾、吸附所用的物質(zhì)主要是活性炭和天然具有吸附性質(zhì)的材料，它們本身并不會(huì)造成污染；當(dāng)失去活性報(bào)廢后，投入到反應(yīng)釜內(nèi)對(duì)塑料裂解起促進(jìn)作用。反應(yīng)釜最后的殘?jiān)鼮槊悍蹱?，?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(shè)備投資低、經(jīng)濟(jì)效益好，投資回收期約2年，初步計(jì)算如下：

（1）設(shè)備投資。每套標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為日處理廢塑料10噸，設(shè)備主體用不銹鋼制造，價(jià)格約為350萬(wàn)元，加上設(shè)備、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、人員培訓(xùn)及土地費(fèi)用約400萬(wàn)元。按7年折舊，每年的折舊費(fèi)約53萬(wàn)元。

（2）效益分析。每年工作日按3 130天計(jì)，日產(chǎn)油按5噸計(jì)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(wàn)元，考慮成本中加入折舊和其他管理費(fèi)用以及廢塑料回收價(jià)的可能提高等因素后，年純收益仍在200萬(wàn)元以上。

4. 小結(jié)和建議

目前國(guó)際石油價(jià)格久居高位而我國(guó)的石油純進(jìn)口量卻逐年上升，這不僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而且涉及能源安全問(wèn)題，必須引起高度重視并采取有效對(duì)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(shí)妥善利用將對(duì)資源環(huán)境日趨不利。采取廢塑料油化的方式，既符合建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)，也有利于緩解石油進(jìn)口過(guò)多所造成的不利因素。另外，從國(guó)內(nèi)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)看，廢塑料油化技術(shù)已基本成熟，經(jīng)濟(jì)上效益顯著，但要盡快啟動(dòng)和快速發(fā)展仍需政府的導(dǎo)向和大力扶持。具體建議如下：

（1）根據(jù)專家對(duì)我國(guó)香港新藍(lán)天環(huán)?？萍加邢薰尽皬U塑料常壓裂解生產(chǎn)燃油裝置”評(píng)審的初步建議，建議由主管部門主持下進(jìn)一步審查完善后立項(xiàng)進(jìn)行示范工程試點(diǎn)，在驗(yàn)證工藝的同時(shí)通過(guò)廢塑料的回收利用，帶動(dòng)生活垃圾廢物回收體制的建立，為振興我國(guó)的資源再生產(chǎn)業(yè)作出重大貢獻(xiàn)。

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