根據(jù)7月16日消息，河北省三河市福海特種設備制造有限公司研發(fā)出一套可實現(xiàn)無污染廢舊塑料柔性油化的工藝設備。它的研發(fā)成功，破解了塑料垃圾處理的難題，實現(xiàn)了處理過程無污染，同時垃圾變能源，催生廢舊塑料的更大價值，而且經過簡單加工，98%的原料油都將成為供生產生活使用的柴油或汽油，油品質量達到國家標準。
在今年5月28日國務院發(fā)展研究中心“廢塑料能源化利用研究”研討會上，這套工藝得到了環(huán)保部固體廢物管理中心、國家發(fā)改委、清華大學的專家認可。其中，中國工程院院士、清華大學化學科學與技術研究院院長金涌認為：“整套設備在工藝上獨具匠心，構思巧妙。”
無污染廢塑料柔性油化工藝設備研發(fā)成功
首創(chuàng)“柔性”工藝，出油率高達95%
廢舊塑料變石油，相當于一個逆反應過程。
“塑料是石油中的烯烴類分子經過聚合反應生成的聚乙烯、聚丙烯等產品。”李勇說，讓廢舊塑料中已經聚合的大分子，在高溫下進行裂解反應，分子鏈斷裂，解聚成小分子，烯烴類小分子就可以轉化為汽柴油。
雖然塑料油化的方向眾所周知，在理論上也是可能的，但如何實現(xiàn)無污染、高出油率并實現(xiàn)工業(yè)化和連續(xù)性生產，成為急需破解的世界性難題。國內在這方面已經進行了30多年的研究，一直沒有突破。
“難點在于，塑料油化是一整套系統(tǒng)設備，涉及煉油、機械制造、工業(yè)設計、自動化控制等多個專業(yè)，在具體試驗過程中，一個工藝細節(jié)或設備參數(shù)的調整出現(xiàn)偏差，都將導致整個鏈條的紊亂，而且之前也沒有任何經驗可以借鑒。”李勇說。
令筆者意外的是，突破這項技術空白的福海公司，竟是三河市一家土生土長的民營企業(yè)。李勇從2010年開始研究塑料油化技術，在遍訪中國石油大學、北京化工大學等地相關專家后，先后投入4000多萬元，經過不斷的試驗總結，2013年6月在國內率先研制出這套設備。李勇將其命名為“無污染廢舊塑料柔性油化工藝”。
為什么稱為柔性?面對筆者的疑問，李勇說：“柔性是我自己給這套工藝起的名字，化工領域沒有這個專業(yè)術語。”
李勇介紹，柔性工藝相比其他塑料油化技術，最直接的區(qū)別就是整個工藝流程從低中高三種溫度，緩慢對廢舊塑料進行裂解油化，而不是“土法煉油”中采取的高溫迅速裂解反應，使塑料迅速氣化。“此前的塑料油化工藝，化學反應劇烈，我們的工藝，化學反應柔和，所以叫柔性。”
廢舊塑料變成汽柴油的過程大體包括：塑料破碎—低溫解聚液化—固液分離干餾—高溫加熱漿液—催化裂解氣化—冷凝分離—成品油。這套工藝于2013年11月通過了省工信廳的新產品新技術的鑒定驗收，各項性能指標國內領先，可以實現(xiàn)批量生產。
“國內其他廢舊塑料油化工藝，在整個工藝流程中難以對原料的反應溫度進行低中高區(qū)間控制，反應溫度大都在360℃—600℃之間，始終高位運行。”李勇解釋，而柔性油化工藝通過合理控制溫度、壓力等反應條件，使廢舊塑料在200℃—250℃就開始裂化反應，逐步過渡到高溫，有步驟地對各類油品分類收集，避免了過度高溫裂解產生的結焦、縮聚反應芳烴化，降低了原料的結焦率，減少了油品中雜質的含量。
“整套工藝不但有利于油品的產生，”李勇說，“而且出油率高，最高可達95%。”
破解“流體化”難題，將廢舊塑料變財富
在福海公司塑料油化車間，廢舊塑料進入進料口，經預處理后被傳送帶運到設備中最高的裝置——加熱爐內，然后自上而下經歷熱解反應釜、催化反應塔、分餾塔、冷卻塔的處理，原料油從末端出口流出。
整套工藝流程看似水到渠成，但研發(fā)中卻需破解一個個難題，廢舊塑料流體化就是其中一項。
傳統(tǒng)的廢舊塑料油化利用一般有兩種方法。最簡單也是多數(shù)“土煉油”采用的方法是熱裂解，把廢舊塑料裝進高溫加熱爐里進行熱裂解，缺點是反應溫度高、時間長，能耗大，排出大量廢渣廢氣。另一種方法是催化裂解，將催化劑與廢塑料混合在一起進行加熱，反應快，能耗低，但油品雜質多。
“由于塑料是熱的不良導體，采用這兩種方法時，在高溫爐內，緊貼爐膛內壁的塑料會迅速碳化，距離爐膛稍遠一點的塑料還沒有充分液化，塑料不能充**解，所以都會造成出油率低、油品質量差的問題。”李勇說，更重要的是這兩種工藝設備都只能采用間歇式作業(yè)，不能進行工業(yè)化連續(xù)性生產，“也就是一爐塑料熱解完之后，必須等爐涼了再加料，加料之前還要把爐膛內壁粘連的附著物清理干凈。”
但柔性油化設備采用特殊的液態(tài)成漿工藝，通過合理控制化學反應條件，進行工藝流程的循環(huán)，使塑料在整個反應過程中全部實現(xiàn)液態(tài)的流體化。“液體化的塑料不容易造成管道的堵塞、不會在設備的內壁形成大量附著物，避免了因為清理設備只能間歇式作業(yè)的問題，大大提高了處理效率。”李勇說，目前這套設備日處理塑料垃圾量最高可達300噸。
為了實現(xiàn)廢舊塑料的連續(xù)處理，他們還開發(fā)了“氣壓密實封閉進料口裝置”，原料在向加熱爐推進的同時，氣泵隨即對爐口進行密閉，“邊推進邊密閉，實現(xiàn)了整個工藝流程的全封閉連續(xù)作業(yè)。”
柔性油化工藝的突破為拓展能源開辟了新路徑。李勇介紹，相比于原油提煉成汽柴油60%—70%的比例，塑料油化生產的原料油，有98%都可以提煉成汽柴油。“一噸塑料油化生產的汽柴油，相當于2.2噸原油。”
目前，發(fā)達國家廢塑料能源化利用率在70%以上，而國內廢舊塑料的回收利用率僅為22%，這意味著我國每年產生的3000多萬噸廢舊塑料被白白浪費掉，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境。
“如果使用柔性油化工藝，這些塑料都將變?yōu)樨敻弧?rdquo;李勇算了一筆賬：若該項技術實現(xiàn)產業(yè)化，全國每年利用廢舊塑料可產出柴油2000多萬噸，市場價達2000多億元，相當于減少使用6000萬噸原油來提煉柴油，等于全國每年進口原油的70%，比大慶油田當年出油量的峰值5500萬噸還高，相當于為國家發(fā)現(xiàn)了一個新的“大慶油田”。“而且由于原材料廣泛，這個‘油田’將遍布全國，既不污染環(huán)境，也不改變地質結構。”
采用密閉無氧化方式，處理過程近零污染
清澈透明，與加油站的汽油沒什么兩樣。7月16日，在福海公司再生能源設備與工藝研究所，筆者見到了廢舊塑料“變”成的汽油。
“經過石油化工科學研究院的檢測分析，這種油品的閃點、密度、黏度、灰分等指標都高于國家標準。”李勇說，油品不僅質量高，而且整個生產過程近乎零污染。
在福海公司會議室，推開窗，筆者聞不到“土法煉油”那種刺鼻的氣味，只能看到不遠處運行中的加熱爐頂部的一個煙囪冒出的淡淡白煙。
李勇介紹，目前我國廢塑料處理的途徑主要有填埋、焚燒、造粒等。填埋占用大量土地，產生二次污染;焚燒產生的有毒有害物質難以完全處理，污染環(huán)境;造粒需要清潔的塑料，原料需提前清洗，會浪費大量水資源。
“我們的柔性油化設備和工藝對于原材料的要求很低，就是再也不能回收利用的劣質塑料。所以相比其他處理方式，不占土地;原材料不用水洗，也沒有廢水排放;由于采用密閉、無氧化方式，經過低中高三種溫度，有步驟地對塑料中可以轉化成油品的部分進行了收集，真正做到了‘榨干吃凈’，也基本沒有廢渣。整套密閉設備僅在加熱爐設計有一個排放口，排放少量廢氣?？梢詫崿F(xiàn)了廢舊塑料的環(huán)保、高效利用。”
李勇表示，福海公司的整套工藝設備已經通過了專業(yè)檢測機構——北京市譜尼檢測有限公司的檢測，煙塵、氮氧化物、二氧化硫、氯化氫的排放濃度分別為4.5mg/m3、28mg/m3、4mg/m3、0.34mg/m3，遠低于國家標準。
今年底，福海公司將在三河市投資建成一條日處理100噸的零污染廢舊塑料柔性油化工藝生產線。據(jù)了解，該生產線建成后可以率先解決廊坊地區(qū)的白色污染問題，甚至可以輻射周邊，幫助處理京津的塑料垃圾。
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