作者：周小刊

塑膠製品被廣泛使用給人們帶來很大便利的同時，其回收問題也成為世界性難題。近年來，化學回收逐漸成為全球熱點。

作為廢舊塑膠回收的主要路徑之一，與物理回收相比，化學回收可以處理低價值、混合的、受汙染的廢塑膠，可對廢舊塑膠進行分子層面拆分和重組，產物與石油基塑膠質量相同，應用於食品和醫藥等高價值領域。

按照聚合反應的不同，化學回收有加聚類塑膠和縮聚類塑膠兩種工藝。加聚類塑膠是小分子烯烴或烯烴取代衍生物在加熱和催化劑作用下透過加成反應形成的高分子聚合物，主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴類塑膠和聚苯乙烯、聚氯乙烯等。縮聚類塑膠是多官能團單體之間透過發生多次縮合反應並放出水、醇、氨或氯化氫等低分子副產物後形成的高分子縮聚物，主要包括聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酸、聚氨酯等。由於加聚反應是不可逆反應、而縮聚反應大多是可逆反應；加聚類塑膠化學回收方法統稱為裂解法，縮聚類塑膠化學回收方法統稱為解聚法。

裂解法主要有熱裂解和催化裂解兩個方向。具體包括氣化裂解法、微波裂解法、加熱裂解法、共混裂解法、超臨界水法、加氫裂解法、催化裂解法等。

氣化裂解法

是在熱裂解基礎上增加氧化介質（空氣、氧氣或水蒸氣）將廢舊塑膠分解，以獲得合成氣（一氧化碳、氫氣、甲烷等）的化學回收方法。合成氣可作為生產其他化工產品（甲醇、合成氨等）的原料，也可作為燃料用於高效、低汙染的燃氣蒸汽聯合迴圈電站發電和供熱，以提高資源回收利用價值。該技術工藝特點是無需對廢塑膠進行過於精細的預處理，可分解混雜廢舊塑膠甚至與城市垃圾混雜的廢舊塑膠。氣化裂解法與焚燒法的主要區別是加入氧氣量不同：焚燒法又稱為過氧化法，在廢舊塑膠熱解過程中加入過量氧氣/空氣，廢塑膠完全燃燒，產物主要為二氧化碳和水等；氣化裂解法又稱為部分氧化法，在廢塑膠熱解過程中加入一定量氧氣/空氣，廢塑膠在其中部分氧化，生成產物主要為一氧化碳和氫氣等。由於氣化裂解將大分子拆解為最小的分子，需要消耗大量能量，能耗成本較高，罕有工業化應用。目前美國Texaco公司對氣化工藝研究較早，其廢塑膠碳轉化率可達91%。

微波熱解技術

是在無氧或缺氧條件下，利用大量熱能將大分子量廢塑膠裂解為分子量相對較小的化學品或燃燒氣體。微波熱解需要吸收大量熱量。與傳統熱解相比，微波熱解具有獨特的傳熱傳質規律和更好的加熱均勻性，溫度調控、熱解過程及預期最終產物的控制相對更加容易，節省大量反應時間，裝置熱慣性小。目前開發該技術的有中國石油化工股份有限公司等。

加熱裂解法

又稱為乾餾法，是指固體有機物在隔絕氧氣條件下加熱分解，最終生成可燃氣、液體油和固體炭的化學方法。按加熱溫度不同，可分為3種：900攝氏度以上為高溫熱解；600～900攝氏度為中溫熱解；600攝氏度以下為低溫熱解。其中，高溫熱裂解類似於煤的高溫乾餾，會產生大量可燃氣，但與氣化裂解法比，根本區別是高溫熱裂解是無氧裂解而氣化裂解是有氧裂解。另外，氣化裂解的產物是合成氣，不會有固體焦炭產生，高溫熱裂解主要產物則是焦炭和可燃氣，兩者比例可透過控制反應條件進行調節。當高溫熱裂解以產生焦炭為目標產物時，炭化工藝產生的固體炭可進一步製成焦炭、活性炭、離子交換樹脂，甚至碳奈米管等。中溫熱裂解介於高溫熱裂解和低溫熱裂解之間，其產物分佈也介於兩者之間。目前國際上使用該技術的企業有英國Plastic Energy公司、挪威Quantafuel公司、美國Agilyx公司和中國航天動力研究所等，有產能的僅英國Plastic Energy公司，產能為每年數千噸。國內研究該技術的有青島科技大學機電學院汪傳聲教授團隊和上海同濟大學熱能所陳德珍教授團隊等。

共混裂解法

在熱裂解法的基礎上發展起來，是將不同種類的廢舊塑膠以及廢舊塑膠與其他有機物進行共同混合裂解的方法。不同種類的廢塑膠以及廢塑膠與其他有機物在原料性質上有差異，但在裂解過程中能夠起到協同作用，使產品品質提高。共混裂解法可以是不同種類加聚類塑膠之間共混，也可以是加聚類塑膠與其他類塑膠之間共混，還可以是廢塑膠與煤、廢礦物油、生物質之間共混等。目前該技術尚處於研究階段，工業化應用案例較少。根據蒐集到的公開資料，在日本有少數案例，中國也有企業正在開發該技術。

超臨界水法

是在特定溫度和壓力下，用超臨界水作為溶劑和熱載體，同時起到微催化作用，將廢舊塑膠轉化為輕油、重油和蠟。水的臨界溫度為374。3攝氏度，臨界壓力為22。05兆帕。當溫度、壓力分別達到臨界溫度和臨界壓力時就處於超臨界狀態。超臨界水具有常態下有機溶劑效能，即能溶解有機物而不溶解無機物，而且還具有一定的氧化性，可以使廢舊塑膠降解或分解，回收有價值的產品。用超臨界水進行化學回收主要是為避免發生結焦，提高液化產物收率。該工藝對裝置要求高，投資成本較高。據公開資料整理，英國現已在建超臨界水化學回收工廠，處理量2萬噸/年，預計明年下半年開始運營，此為該工藝最大產能工廠。

加氫裂解法

是在催化裂解法基礎上加入氫氣形成的裂解法。加氫裂解法是對催化裂解法的改進，是加氫和催化裂解的結合，與催化裂解法不同的是在進行催化裂解反應的同時伴隨烴類加氫反應。在廢舊塑膠裂解研究中，生成的產物重質組分多且不飽和度大，採用加氫裂解法有助於解決這一問題，提高液態產物質量。該技術對工藝、裝置、控制要求高，投資和運營成本較高，工業化應用較為罕見。

催化裂解法

是在熱裂解法基礎上加入催化劑。其化學過程是熱裂解和催化裂解同時發生，反應速率快、時間短，油品中異構化、芳構化產物較多，油品質較高。與廢舊塑膠熱裂解相比，催化裂解有反應速率快、反應條件低、產品價值高等明顯優勢。在達到相同轉化率的情況下，加入催化劑可明顯降低反應溫度。隨著劑油比增加，反應溫度可進一步降低。裂解催化劑的擇形作用還可改善產品分佈，得到碳鏈更短的產品。催化裂解反應速度也大大快於熱裂解反應。目前國內使用該技術的企業為浙江科茂環境科技有限公司，該公司現已建成年處理量4萬噸的催化裂解廢塑膠化學回收工廠。

催化裂解烯烴重組法是在催化裂解基礎上加入烯烴最大化技術工藝，將廢舊塑膠直接轉化為乙烯、丙烯、輕質芳烴單體和液化氣。相較於將廢塑膠裂解制油後透過蒸汽裂解等方式制烯烴，該技術擁有更高的烯烴收率及更低的投資運營成本，是實現廢塑膠化學迴圈閉環的未來技術。目前國內浙江科茂環境科技有限公司數十萬噸級工廠正在建設中。

水解法

是在以水為溶劑的情況下，縮聚類廢舊塑膠在一定溫度壓力和催化劑作用下發生水解反應解聚成單體，水解法包括酸性水解、鹼性水解和中性水解3種類型。

醇解法

在以醇類物質為溶劑的情況下，縮聚類塑膠在一定溫度壓力和催化劑作用下發生醇解反應解聚成單體。醇類物質可以是一元醇、二元醇或多元醇。嚴格地說，以一元醇為溶劑的解聚法叫醇解；以二元醇或多元醇為溶劑的解聚法叫糖解。目前國內研究該技術的有中科院山西炭化所研究員、博士生導師侯相林等，使用該技術的企業有廣東樹業環保科技股份有限公司和浙江佳人新材料有限公司，產能分別為5萬噸/年和2。5萬噸/年。