苏州生活源软塑料废弃物化学循环项目报告

1.1项目概述 1.2项目执行单位介绍 1.3项目过程 3.1降低原料含水量 3.2去除金属杂质 3.3化学循环加工 3.4收率分析 4.1油品情况说明 4.2热解气情况说明 4.3尾渣情况说明 4.3.1碳含量及热值 4.3.2固废危废鉴定 附：化学循环技术相关方简介 1.浙江科茂环境科技有限公司 2.北京师范大学 3.苏再投再生资源回收经营有限公司 1摘要为研究以化学循环方式回收城市生活源软塑包装废弃物的技术和经济可行性，德国国际合作机构（GIZ）、北京师范大学、苏州城投再生资源发展有限公司、浙江科茂环境科技有限公司及科茂化学回收研究院合作开展了“苏州生活源软塑料废弃物化学循环”项目，将来自苏州社区的软塑包装废弃物进行了收集，化学循环中试及加氢后处理。项目主要得到以下结论：2第一章项目简介本项目隶属于“重塑包装-中欧合作赋能回收循环价值链项目”（简称“重塑包装项目”该“重塑包装项目”受德国经济合作与发展部（BMZ）委托，通过develoPPP.de专项资金与多家私营企业合作（包括汉高、利乐、陶朗、芬欧蓝泰和农夫山泉由德国国际合作机构（GIZ）执行，旨在通过试点先进的废弃物收集和分拣模式，提高包装废弃物（塑料和饮料纸基复合包装）的回收率，并通过探索再生利用路径，提升循环回收价值链。本化学循环项目在重塑包装项目的支持下，由德国国际合作机构（GIZ）、北京师范大学、苏州城投再生资源发展有限公司（简称：苏州城投再生）、浙江科茂环境科技有限公司（简称：科茂环境）及科茂化学回收研究院合作德国国际合作机构（GIZ）在本项目中负责制定项目方案，协调各项目参与方，并为项目执行提供经费支持。北京师范大学负责前端社区垃圾成分调研，包括分选与测试，以明确塑料废弃物的来源、成分和可化学循环性。并负责根据科茂的化学循环实验结果，完成技术系统的生命周期评估（LCA）。苏州城投再生负责协调苏州市的社区，并协助在社区中开展垃圾成分调研以及软塑收集、贮存、转运等作。科茂环境负责利用化学循环技术中试装置，将社区收集到的混合软塑料废弃物加工成塑料热解油，具体包括原料预处理、化学循环中试、初步加氢精制及产物全面检测。科茂化学回收研究院负责收集及分析过程数据和检测结果，结合废塑料原料及化学循环产品数据库数据，组织撰写项目报告。本项目于2023年6月启动，12月结束。经过分拣生活垃圾中的混合软塑料1、三次化学循环中试制取塑料热解油、加氢精制中试及产物全面检测等环节，证实了中国典型城市生活垃圾中全部塑料废弃物的50%以上（全部软塑废弃物中的80%以上）均可通过科茂环境的化学循环装置进行化学循环，产出品质较好的塑料热解油，满足主要产品指标要求和主流下游石化企业进料要求，经过加氢后得到的精致热解油品质进一步提升，可单独或掺混进蒸汽裂解、催化裂化等装置。产出的热解气尾气成分类似液化石油气，热值高于天然气，具有很高的能量回收价值；产出的固态碳渣具有约1/3的碳含量，热值约为褐煤（23.0-27.2MJ/kg）的28.6%-50.1%。第二章原料收集本项目通过德国国际合作机构（GIZ）、北京师范大学、苏州城投再生的协作，从生活垃圾中的其他垃圾中合计收集了近300kg混合软塑料，运送到科茂环境的化学循环中试基地。详细的原料组分如下表所示：图2：原料组分分析图3：生活源塑料废物来源分析结果显示：第一，进入到垃圾焚烧厂的其他垃圾中仍然存在大量的塑料废弃物，其中硬质塑料占比小于40%，软质塑料占比超过60%。软塑废弃物中有超过40%来源于垃圾袋、背心袋、连卷袋及购物袋等。第二，按用途分类，居民端产生的塑料废弃物，超过90%为各类包装，其中占比较高的是各类袋子（43%食品包装（20%）和快递包装（17%）。第三，根据收集的样本，目前进入到垃圾焚烧处置的塑料废弃物的50%以上2及软塑废弃物中的80%以上，均适合通过化学循环工艺进行回收。第三章化学循环该原料以生活膜类塑料为主，含有一定量水分（主要来自厨余垃圾），大部分水分被包裹在塑料包装袋中，收集时难以直接去除。为减少能耗，同时测试除水效果，通过破碎后晾晒等预处理方式进行除水，具体情况如下：晾晒除水第一次中试(晾晒2天)第二次中试(晾晒3天)第三次中试(晾晒5天)原料重量(kg)77.41861.472142.453晾晒后重量(kg)73.35056.050126.500除水重量(kg)4.0685.42215.953除水率5.25%8.82%11.20%表1：三次中试原料含水率该原料是城市生活垃圾通过人工分拣出的低值软塑料，金属杂质较少，经过磁选，挑选出1.01kg金属3，占比低于0.5%，与科茂化学回收研究院在全国数个城市的原料调研结果相近。3该部分金属指的是原料中混有的金属杂质，比如铁钉、易拉罐拉环、圆珠笔弹簧、螺丝等能够通过磁选分离出来的金属，不包将去除金属杂质和部分含水量的原料投入化学循环装置进行三次中试，产出塑料热解油、热解气和固态残渣。其中原料、热解油、水分、固碳残渣质量为实测值，热解气质量为计算值（实测体积×检测机构测量密度误差率为计算值（100%-三项产物收率）。以干基原料计算（不计含水率三次中试平均油品收率74.33%，固态残渣收率11.63%，热解气收率12.13%，误差率（遗漏在装置内无法排出的产物）1.91%。物料平衡详情如下表所示：项目第一次中试第二次中试第三次中试平均收率重量(kg)收率重量(kg)收率重量(kg)收率投入含水原料73.350-56.050-126.500--干基原料65.062100%52.048100%121.000100%100%含水48.288-4.002-5.500--产出油47.67473.27%39.22475.36%89.97474.36%74.33%废水58.288-4.002-5.500--渣9.27014.25%5.23910.07%12.80210.58%11.63%气6.92510.64%7.03013.51%14.79212.22%12.13%误差及误差率1.1931.83%0.5551.07%3.4322.84%1.91%表2：三次中试物料平衡8根据科茂化学回收研究院废塑料原料及化学循环数据库，不同原料加工产出的三相产物收率有所差异，几种代表原料（干基）化学循环产物情况如下：干基原料油品收率气体收率固态残渣收率原料图片废PP片材（某上市公司合作项目）89.9%9.24%0.73%废PE膜（某跨国石化企业合作项目）91.32%7.20%1.16%废塑料桶（某固废上市公司合作项目）81.7%14.60%4.50%废编织袋（某化工上市公司合作项目）67.45%15.51%17.04%填埋场废塑料（某国有固废集团合作项目）77.44%13.46%9.10%表3：几种代表原料化学循环产物因生活源废塑料中不可避免地混有少部分无法处置的杂质，如铝塑包装中的铝、各类包装袋中的无机添加剂（滑石粉、碳酸钙等）、鸡蛋壳等食物残渣、其他无机杂质等，预估干基原料中的有效塑料成分在80%-90%之间，纯塑料化学循环液相产物收率85%-90%，故生活源废塑料化学循环表现出的综合液相产物收率为70%-75%左右。9第四章产物检测4.1油品情况说明经权威第三方检测机构检测，三次中试及第三次中试热解油初步加氢的数据情况如下：项目指标要求6第一次中试第二次中试第三次中试第三次中试后加氢充分加氢预估说明密度0.75-0.87g/cm30.791g/cm30.783g/cm30.774g/cm30.773g/cm3低于0.760g/cm3热解油密度较低，为轻质热解油，加氢后轻组分含量进一步增加馏程初馏点≤40℃-70℃,终馏点≤500℃-650℃-3℃-471℃55℃-394.5℃32.5℃-416℃—50℃-350℃热解油油品组分在C5-C22之间，加氢后油品组分在C5-C22之间碳含量80%-87%80.8%80%85.64%85.68%≥85%氢含量12%以上13.7%12.8%13.67%≥14%热解油氢含量高，适宜加工为低碳烯烃等高价值化学品，加氢后氢含量进一步提升，可加工产出更多高价值循环材料硫含量低于0.5%0.0069%0.0057%0.0078%0.0023%≤0.001%含量低，符合常规石油装置要求氮含量低于0.3%0.0876%0.0792%0.1079%0.01115%≤0.001%含量低，符合常规石油装置氯含量1-500ppm不等403ppm327ppm430.3ppm28.81ppm≤10ppm可与原油或馏分油掺炼降低含量。或在原料端通过分选（光选、水选等）降低PVC等含氯塑料含量，或原料预热、油品后处理或加氢精制后氯含量进一步降低，可容纳更多塑料热解油进入炼油装置硅含量1-100ppm不等29ppm21ppm20.1ppm36ppm≤3ppm热解油硅含量相对较低，大规模装置可通过精馏降低至10ppm以内；基于加氢中试设备限制（催化剂中硅元素进入油品预计规模化装置充分加氢可降至3ppm以下金属和其他非金属单元素小于5ppm，总量小于100ppmFe超量，其余小于5ppm，总量小于100ppm全部小于5ppm，总量小于100ppm量，其余小于5ppm，总量小于100ppm全部小于1ppm，总量小于100ppm全部小于1ppm，总量小于50ppm受限于中试装置配置，规模化装置可以通过精馏装置进一步下降酸值小于102.4200水分小于0.5%0.024%0.0295%0.04%0.00102%≤0.001%表4：三次中试及第三次中试热解油初步加氢数据根据以上分析可得到结论：生活源全混软塑废弃物在未进行品类分拣情况下，通过科茂公司化学循环装置产出的热解油，除氯超标外，基本满足大部分下游主流石化企业对塑料热解油的要求。对城市生活源废旧塑料进行机械分拣（水选或光选等降低原料中聚氯乙烯（PVC）等杂塑含量，可得到更低含氯杂质的热解油，以满足石化企业蒸汽裂解、催化裂化等装置单独或掺混进料的要求。该原料产出的热解油经过加氢精制可进一步提升品质，提升烃类饱和度，脱除杂质，能满足更高要求炼化装置的进料要求。同时，通过塑料原料预加热，对油品进行矿物吸附、溶剂萃取等技术手段也能大幅降低氯含量。4.2热解气情况说明经权威第三方检测，三次中试热解气主要数据如下：检测组分第一次中试第二次中试第三次中试甲烷%(V/V)4.679.8911.31乙烷%(V/V)4.758.0510.83乙烯%(V/V)2.414.125.95丙烷%(V/V)3.515.217.53丙烯%(V/V)6.198.6114.96总碳4烃%(V/V)6.948.3112.81氢气%(V/V)7.8117.7313.57氧气%(V/V)2.760.730.35氮气%(V/V)33.0513.603.65一氧化碳%(V/V)3.823.862.61二氧化碳%(V/V)24.1019.8816.43密度(kg/m3)1.55111.46851.6272高位体积发热量(MJ/m3)37.4649.1765.65低位体积发热量(MJ/m3)34.7645.4960.84表5：三次中试热解气主要数据成分分析显示：以生活源全混软塑废弃物为原料，通过科茂公司化学循环装置产出的热解气，成分类似液化石油气，热值高于天然气，具有很高的能量回收价值。4.3尾渣情况说明经权威第三方检测，三次中试固碳残渣主要数据如下：4.3.1碳含量及热值项目单位第一次碳含量%36.1334.5125.69高位体积发热量MJ/kg12.9712.307.95低位体积发热量MJ/kg11.6611.437.79表6：三次中试固碳残渣主要数据根据检测报告，依据GB5085.7-2019《危险废物鉴别标准通则》，此次鉴别的物料具有《危险废物鉴别标准》(GB5085.6)中规定的毒性含量，判断该送检样品属于危险废物。详情如下：根据GB5085.1-2007危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别3.1，固废的pH值为10.68，不具有（GB5085.1-2007）规定的pH值危险腐蚀性特征。（2）浸出毒性：浸出毒性全项根据GB5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别表1，该固废的主要毒性鉴别初筛物质，主要是有机物如：苯、甲苯、二甲苯、乙苯，但均未超出毒性鉴别表1的限制，不具有（GB5085.3-2007）有机物浸出毒性的特征。（3）毒性物质含量根据挥发性有机物、半挥发性有机物、金属全扫结果先对检测项目进行初筛；再对具体项目进行定量分析。其中未检出挥发性、半挥发性有机物。但其中重金属类毒性物质含量的综合超标，因此该固废属于危险固废的范畴。原因分析：毒性物质超标主要来自钛元素，因为白色和浅色塑料袋会添加钛白粉以提高耐候性、耐碱性等产品性能。根据GB5085.5-2007危险废物鉴别标准反应性鉴别4.2.3，该固废不具有（GB5085.5-2007）的硫化氢气体反应性。根据GB5085.4-2007危险废物鉴别标准易燃性鉴别4.2，该固废不属于（GB5085.4-2007）规定的固态易燃废物。（6）急性毒性初筛根据GB5085.2-2007危险废物鉴别标准－急性毒性初筛4.1，该固废不属于（GB5085.2-2007）规定的急性经口毒性渭县毒性的固体废物。表7：第三次中试固碳残渣检测数据检测结果显示：以生活源软塑废弃物为原料，通过科茂公司化学循环装置产出的固态碳渣，具有约1/3的碳含量，热值约为褐煤（23.0-27.2MJ/kg）的28.6%-50.1%。危废检测六个方面中的五个方面检测合格，毒性物质方面存在钛元素超标。原因可能是项目仅进行一次危废检测，可能存在一定误差，也可能是由于原料中的白色和浅色塑料袋添加的钛白粉所致。尾渣在规模化项目中，可制成环保砖或通过化学法处理达到一般工业固废标准，交由有资质的企业处置。第五章项目意义以化学循环技术处置中国城市生活软塑废弃物，具有潜在重要的环境价值、社会价值和经济效益。化学循环技术能够很好地适应占废塑料总量50%以上的低值废塑料，产出的基础化学品可用于加工成新塑料，品质与原生塑料一致，可将城市塑料回收率从当前的30%潜在提升至70%-80%，是解决塑料污染、促进资源回收利用的关键技术。用化学循环的产物生产新塑料或材料，能够替代原油制取塑料，潜在可降低中国原油依赖度约10%-20%，同时减少塑料焚烧有效降低城市垃圾处理碳排放。化学循环可实现末端高值化应用，将为城乡垃圾和废塑料分类分选设施提供关键运营资金，有力推动垃圾“分类分选+资源化”体系建设，同时能提升其他废弃物（废纸、玻璃、金属、有机质等）分离和循环利用率。以市场化方式实现“以废养废”，有效降低政府财政负担。具备优秀的经济效益，也为相关产业提供“绿色低碳赋能”科茂化学回收研究院估算，化学循环产业潜在产值超过1000亿元/年，将贡献丰厚的企业利润及财政税收。中国有潜力建设约150-200座废塑料处置能力4万-10万吨/年的工厂，约15-20座30万-100万吨/年的大型工厂。化学循环工厂产出的绿色低碳塑料原料，可为我国塑料制品、化工、新材料、汽车、建材、消费品等行业注入“低碳循环灵魂”，助力各行业在碳税壁垒格局下提升全球竞争力。附：化学循环技术相关方简介浙江科茂环境科技有限公司是前沿的废塑料化学循环企业，依托“低温低压催化裂解催化重组”和“高选择性催化裂解”两大原创技术，将以往须填埋或焚烧的废塑料进行分子级回收，前者以废塑料生产