清洁生产背景下废旧塑料资源化

清洁生产背景下废塑料循环与资源化技术Abstract：摘要：本文提出了清洁生产对废塑料循环与资源化的要求，列举了国内外废塑料循环进展，分析了几种常用废塑料资源化技术的优势与缺点，其中废塑料与煤共焦化技术更为适合我国的国情。关键词：清洁生产 废塑料 资源化由于工业生产规模的不断扩大，工业污染、资源锐减、生态环境破坏日趋严重，环境污染已经严重威胁到人类的生存与发展。人们渴望寻求一条能够推进工业可以持续发展的最佳途径：在发展工业的同时，削减有害物质的排放，减少人类健康和环境的风险，减少生产工艺过程中的原料和能源消耗，降低生产成本，使得经济与环境相互协调，经济效益与环境效益统一。走可持续发展道路成为人类必然的选择，而“清洁生产”是实施可持续发展战略的最佳模式。1塑料制品自20 世纪问世以来，具有质量轻、强度高、耐腐蚀、加工方便和美观实用等特点，广泛应用于各个领域。其被现代经济学家称之为“人类的第二矿藏”，废旧塑料循环与资源化是清洁生产环节中一项重要内容。1 清洁生产对废旧塑料循环与资源化的要求由于塑料难于自然降解，它所造成的环境污染亦日趋严重。据报道，全世界每年向海洋和江河倾倒的塑料垃圾，破坏了海洋生物的生存环境,造成海洋生物大量死亡。另外，大量塑料垃圾分散于土壤中，影响土壤的透气性，不利于作物生长。废塑料的处理也成为全球性的问题。常规的填埋法虽然投资少，容易处理，但它存在占用大量土地资源,影响土地通透性和渗水性,破坏土质、影响植物生长等缺点。焚烧法虽然有减量化效果，又能回收部分能源，但焚烧易产生轻质烃类、氮化物、硫化物以及其他的一些有毒物质，排放的废气可通过降雨进入农作物及食物链中，威胁人体健康。因此,只通过末端治理治标不治本,要想真正解决我国废塑料的污染问题，还需要按照清洁生产的思路，采取废物减量化和资源化等措施才能实现。21998年在第五次国际清洁生产研讨会上，指出清洁生产是将综合性预防的环境战略持续地应用于生产过程、产品和服务中，以提高效率，降低对人类和环境的危害。而对生产过程来说，清洁生产是指通过节约能源和资源，淘汰有害原料，减少废物和有害物质的生产和排放；对产品来说，清洁生产是指降低产品全生命周期，即从原材料开采到寿命终结处置的整个过程对人类和环境的影响。32 国外废塑料循环进展2.1 中国国内废塑料回收业作为一新兴产业，已经为我国废旧塑料资源再生、治理“白色污染”、保护生态环境作出了一定的成绩。突出的有：以浙江省东阳废塑城为首的七大废旧塑料集散地；大连、成都、重庆、沈阳、株洲、青岛、邯郸、张家口、北京、郑州等地分别从日本、德国引进了20余套熔融再生利用废旧塑料生产装置；山东省枣庄市山亭区桑村镇用废旧塑料制编织袋加工基地等。另外，还有各地塑料加工企业或引进或开发的不同生产规模的各类废旧塑料回收加工装置等。这些废旧塑料集散地、加工基地、回收加工装置等已经初步形成了我国的废旧塑料加工业，消耗掉相当数量的“白色垃圾”。如山东省的桑村镇塑料编织袋加工基地，拥有塑料颗粒加厂201家，塑料编织厂23家，形成了废旧塑料的收购、运输、加工、印刷一条龙，每年吃掉“白色垃圾”12万t，年产编织袋5亿条，年销售额3.5亿元。 但是，与国外废旧塑料回收利用加工业相比，无论从技术、规模、回收率以及经营管理等各个方面，我国在总体上还是相对比较落后的。例如：上世纪80年代末，美国的废旧塑料回收率为9%，20世纪末达到35%以上；而我国上世纪80年代末约在5%左右，20世纪末仍不足20%。在一些重视能源回收利用的国家，其塑料回收率极高，如瑞典高达91%，其中78%用于能源回收；丹麦的回收率为85%，其中76%用于能源回收。德国、奥地利、瑞士、荷兰、比利时等这些欧盟国家都有相当高的回收利用率。 2.2 美国美国FAD一直以来积极鼓励对塑料材料进行再利用，生产新的食品包装容器，但将再生塑料应用到食品包装上涉及很多健康和安全的问题。4为此FAD在2006年发布了一份题名为“再生塑料应用于食品包装中的注意要点”的文件。文件评价了再生塑料在食品包装中的多种应用，并且强调在应用这类产品时需要注意的问题。FAD规定，每一项使用再生塑料的提议都必须采取一事一议的原则，不管其再生过程生产的塑料产品能否在食品包装中应用，都必须先做出相应的审查。生产者要将再生塑料用在食品包装中，都必须向FAD提供相关的审查资料。当用再生塑料作为原始材料制成塑料的替代品时生产单位必须证明这些替代品对食品没有污染，或通过测试证明采用的再生过程可以除去可能存在的污染。研究开发部门在设计产品时就考虑到回收和拆卸处理。美国适宜回收的材料，考虑的重点不在于制作个别的零部件应采用哪一种塑料最为理想，而是考虑可以广泛动用的材质。这是在构思上的革命性转变，为了有利于回收，设计人员开始在设计产品时避免使用多种塑料，美国宝马公司准备在其新车设计中减少40%的塑料种类，目的是方便废塑料的回收。2.3 日本1996年日本颁布了包装再循环法律，这部法律的设计宗旨是减少在最终处置场填埋的一般废物量和使废物再循环，重点在于容器和包装。一切种类的一般废物中，容器和包装（包括食品、饮料及其他日用必需品的袋子和包装纸）占25%（重量）和约60%（体积）。该法律规定容器的制造商，或销售带容器和包装的产品的工商企业，应当负责按照其制作或使用的体积再循环一定数量的容器和包装中所用材料，则它们有责任为此缴纳费用。这种费用以更高零售价的形式转嫁给消费者。日本使用的塑料中聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）占总消耗量的67%，热塑性树脂占85.7%。1塑料通常作为材料再循环：通用热塑性树脂如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等被用于土木工程/建筑材料；再循环的发泡聚苯乙烯用于文具商品等；农用聚氯乙烯大多数被用来制作土木工程工件用材料；聚酯瓶用于纺织产品、文具商品及其他产品的容器等；此外，废塑料在使其还原成单体或使其液化/气化之后用来作为石油化工原料。3 废塑料资源化工艺随着国民经济的不断增长，人口数量不断增加，城市生活垃圾的数量也在以迅猛的速度增长。其中，废旧塑料的产生量十分巨大，与此同时将其资源化利用的意义也很深远。塑料废物资源化,既可以节省和利用资源,降低处理费用,又可消除或减轻废塑料对环境的影响,是近年来废塑料资源化研究的焦点。以下介绍几种资源化方法：催化热解油化再生、与煤共焦化和固体燃料热能利用技术(RDF) 。3.1 催化热解油化技术 废塑料催化热解油化5是将催化剂与废塑料混合在一起进行加热,，热裂解与催化裂解同时进行，以催化裂解为主，反应速度快、时间短,、油品中异构化、芳构化产物较热解工艺所得油品多，但催化剂与废塑料中的泥沙、裂解产生的残碳混合在一起，催化剂不易回收。为解决这一问题, 多采用对废塑料进行清洗或将熔融的废塑料通过催化剂层形成催化蒸馏的工艺形式。其工艺流程图如图1所示：图 1 催化热解流程工艺示意图热分解油化技术的优势是:产生的氮氧化物、硫氧化物等公害物较少；生成的气体或油能在低空气比下燃烧，废气量较少,对大气的污染较少；热分解残渣中,腐败性有机物量少；排出物密度高,结构致密,废物大大被减容；能转换成有价值的能源。热分解油化技术存在的问题是:处理的原料单一；生产出的油达不到国家标准；催化剂价格高、寿命短、设备投资大,使得回收利润很低；工艺流程较为复杂,操作较困难,不能进行规模化生产。总之,为了使该技术商业化必须结合废塑料收集、分类、预处理等和后处理中的烃类精馏、纯化等技术,才能使该技术具有竞争性。3.2 废塑料与煤共焦化废塑料与煤共焦化技术，是新近发展起来的可以大规模处理混合废塑料的工业化实用型技术。该技术基于现有炼焦炉的高温干馏技术，将废塑料转化为焦炭、焦油和煤气，实现废塑料的资源化利用和无害化处理。由于该技术不需改动传统的炼焦工艺，可利用原有的炼焦设备对废塑料进行资源化利用，比较符合我国国情，因此在国内研究较多。6Collin7等将废塑料先与煤焦油沥青共热解制得活性沥青再将其与煤共焦化,所得焦炭的质量得到改善。余广炜8等报道了废塑料配煤共焦化时产生协同效应。当塑料的添加量为1%时，协同效应强度最大；当废塑料配入比例达到5 %时，协同效应强度不明显。废塑料与煤共焦化技术的优势是：对废塑料原料要求相对较低；加工后的塑料与煤混合技术较简单；处理规模较大，初步估算利用我国现有炼焦炉可以全部处理当年国内产生的全部废塑料；工艺简单、投资较小、建设期短、无需对传统焦化工艺进行改造即可投入生产应用；无需增加新设备，与传统油化工艺相比，大大降低了初期投资和运行费用；废塑料处理过程实行全密封操作，而且废塑料不直接焚烧，防止了二噁英( Dioxins) 类剧毒物质的产生；塑料在超过其熔点时溶解，对煤可起到溶剂的作用，有利于煤中小分子的析出；允许含氯的废塑料进入焦炉，含氯塑料在干馏过程中产生的氯化氢可以在上升管喷氨冷却过程中被氨水中和，从而有效避免氯化物造成的二次污染和对设备及管道的腐蚀。废塑料与煤共焦化技术存在的问题是：催化剂对共液化反应效果有很大的影响，所以对共液化体系来讲，选择适当的催化剂是非常重要的，而且也是十分困难的。各种煤的热解温度范围及挥发分的生成速率差异较大，导致了热解温度高的煤所生成的自由基由于缺乏废塑料的供氢作用而再次相互聚合，引起焦油收率的降低。3.3 固体燃料热能利用技术（RDF）RDF 是将难以再生利用的废塑料粉碎，并与生石灰为主的添加剂混合、干燥、加压、固化成直径为2050 mm 的颗粒燃料。该固体燃料使废塑料体积小，且无臭，质量稳定，运输和存储方便。RDF燃料燃烧较常规垃圾焚烧具有明显的环境效益，但初期投资和生产成本较高，目前多用于经济发达国家，对广大发展中国家而言，在经济上还难以承受。5 结语塑料的产生方便人们生活的同时带来了废塑料的处理问题。而末端治理既存在消耗财力又存在二次污染和浪费资源等问题。清洁生产要求生产过程尽量减少污染，使用产品循环使用增加其生命周期，对废物要求减量化、无害化、资源化。在清洁生产的大背景下，对废塑料进行循环和资源化利用已是社会发展的必然趋势。废塑料资源化技术中，废塑料与煤共焦化技术具有不需增加新设备、投资少和见效快等特点，符合我国的国情，在我国有着更广阔的发展前景。参考文献1朱慎林 周. 赵. 清洁生产工艺及应用实例 M. 北京; 化学化工出版社. 2002.2徐竞. 废塑料的再生利用和资源化技术 J. 上海塑料, 2010, (01): 43-48.3赵玉明. 清洁生产 M. 北京; 中国环境科学出版社. 2005.4庾莉萍. 国内外塑料循环利用和新技术进展情况 J. 湖南包装, 2006, (03): 11-13+16.5冀星, 钱家麟, 王剑秋, et al. 我国废塑料油化技术的应用现状与前景 J. 化工环保, 2000, (06): 18-22.6胡发亭, 胡劲飞, 李克健. 煤与废塑料