废旧家电塑料热解回收的可行性研究报告.docx

废旧家电塑料热解回收的
可行性研究报告

华南理工大学化学与化工学院
陈烈强

2010.1.20

1废旧家电塑料的现状
家用电器、电子产品制造业是目前最快速增长的产业之一，而高速的市场增长与技术革新速度又产生了更大量的废旧电器、电子产品（Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE）。2000年我国需要处理约4500万件WEEE。《国务院关于加炔发展循环经济的若干意见》〔国发（2005）22号〕要求“国务院有关部门和地方人民政府有关部门要加大科技投入、支持循环经济共性和关键技术的研究开发。……、组织开发……、可回收利用材料和回收技术……。”，WEEE处理的最佳途径就是实现资源化回收。目前对WEEE的回收利用主要是拆解回收价值较高的金属材料和电子电器元件，而WEEE中的电子塑料、树脂等高分子材料因回收价值较低而作为废弃物。广东省作为全国最大的家电及电子产品生产和消费地区之一，WEEE中高分子固体废弃物的处理已成为经济和社会持续性发展的严重威胁因素。其中电视机是我国城镇居民拥有量最大的电子电器产品，据国家统计局公布数据表明：在以电视机、洗衣机和电冰箱等为代表的17种耐用消费品中，2000年我国城镇居民每百户拥有电视机116.60台，是同比拥有量最多的耐用消费品；2004年城镇居民电视机拥有量更达至133.44台/百户居民。按电视机正常使用和更新寿命为5~10年估计，2005年我国电视机理论报废量高达3300万台，由此产生废旧电子塑料超过300万吨。今年（2010年）仅废旧电视机可达五千万吨，而各类废旧电子电器总量可达1.2亿吨。因此，开发废旧家电塑料的回收处理技术对实现WEEE处理的资源利用最大化和环境影响最小化具有重要意义。
废旧塑料的再生是当前成本最低、效益最高的回收技术。塑料再生是指将废旧热塑性塑料制品进行按其种类进行分选后，通过热熔-造粒等过程处理后成为塑料原料，从而延长塑料生命周期的资源回用技术。一方面，塑料再生所需的原料为各种固体废弃物，原料成本极低且来源充足；同时，目前再生过程主要采用简单的加热熔融，技术工艺相对简单；另一方面，世界石油供应的紧张导致石油化工产品价格的飞涨，由此造成塑料及其原料的价格不断攀升。因此、塑料再生已成为经济效益最高的塑料回收技术。
然而现有的塑料再生技术并不适用于废旧家电塑料的处理。由于几乎所有家电外壳塑料都含有1~10%的阻燃剂，其中最常见的是溴代阻燃剂（Brominated Flame Retardants, BFRs），如多溴二苯醚（Polybrominated Diphenyl Ether, PBDE）和多溴联苯（Polybrominated Biphenyls, PBB）等。研究发现：BFRs在热处理过程中常产生剧毒的多溴代联苯二恶英/呋喃，因而欧盟制定了RoHS指令严格控制PBDE和PBB在制品中的含量，并限制多溴二苯醚超标的塑料制品在欧盟市场销售和使用。
2废旧家电塑料的热解回收
热解（pyrolysis），在工业上也称为干馏，是将有机物质在隔绝空气条件下加热，使之转化成有用的燃料或化工原料的废物处理技术。电子塑料的热解就是其在高温及缺氧之状态下产生有机物降解反应，大分子物质逐渐由于分子间化学键的断裂而生成分子量较低的小分子物质，绝大部分的电子塑料已分解、挥发，只留下少许残渣，裂解过程所产生的挥发气体经由反应器排气管排出，经过油气分离（冷凝）、可凝结之气体将冷凝成油，而不凝性气体则可经处理后做为燃料或化工原料利用。与焚烧处置不同，热解过程是在无氧的条件下进行，因此可以抑止二噁因、呋喃的产生，废气产生量也较少，对环境的影响比焚烧低得多。
真空热解是在反应压力低于大气压下进行的热化学反应，由于塑料的热解是一个从液相或固相转变成气相的过程，因此真空有利于反应的进行。真空热解技术在进行废旧塑料的处理中，有其独特的优越性。真空条件缩短了热解产物在高温反应区的停留时间，减少了二次热解反应的发生，尤其降低了卤化氢发生二次反应生成卤代烃的几率。为了实现含卤废旧电子塑料热解工艺的无害化目标，避免热解全过程产生二恶英等剧毒物质，提高热解效率和改善脱卤效果，华南理工大学陈烈强等发明的废旧电子塑料两级真空热解技术，将塑料经破碎熔融后于250~350℃、5~10kPa的压力条件下真空分离，挥发出其中阻燃剂小分子，达到良好的脱卤效果。
废旧家电塑料真空热解一般形成７０～８０%的油，１０～２０%的气体以及～１０%的固体残渣，
3．废旧家电塑料的两级真空热解回收工艺
两级真空热解技术是华南理工大学借鉴国外先进技术的基础上开发出拥有自主知识产权处理废旧家电塑料的新工艺，该工艺以回收化工原料和燃料油为目的，其关键技术是真空热解脱卤工艺。具体回收工艺流程见下图：

不 凝 气
洗 涤 器
气 体 处
理 系 统

冷凝器1

含卤有机 液体
真 空 熔 融

高温焚烧处理
家电塑料

冷凝器2
破 碎

分离
低 卤 热
解 油

苯酚,苯乙烯,苯等
燃油等

真 空 热 解

热解残渣（填埋）

按照废旧家电塑料的真空热解工艺路线，首先破碎的塑料在低于300℃、低压（5～10kpa）下的真空熔罐内分离出含溴阻燃剂，然后将相当于投料重量７０～８０％的残余塑料熔体送到下一个高温真空热解罐进行真空热解，经过真空热解的塑料融体能产生相当于投料重量７０％左右的低卤液体油和１０％左右的固体残渣。
采用真空条件可以提高液体产品的产率，降低气体和固体残渣的产率，从组成来看，真空下热解可以提高液体油的化工单体的含量，进一步提高产品的经济价值。
4 经济及社会效益分析
4.1市场前景
目前广东省每年以家电为主的废弃电器超过500万台套以上，而且仍以10％以上的速度增长。这些废弃的电子电器产品目前只能经简单的拆解分类，仅限于回收金属成分，其余部分仍采用填埋、焚烧办法处理，让大量有剧烈毒害的物质转移到大气、土壤、地表水、地下水中，问题严重得很。
据我们对广东省废固管理中心的调研表明，对以家用电器为主的废旧塑料处理已成为比城市生活垃圾、城市污泥和其它废固处理更为急迫、更为严峻的课题。虽然眼下有许多企业或投资商急需开发对废旧家电的回收处理，但又缺少技术先进、生产可靠的项目支撑。例如清远、南海、汕头、潮安等市区已有规划，建立包括废旧塑料回用开发在内的WEEE处理环保园区，可靠的、系统的技术受到格外欢迎。
以目前WEEE状况统计，在每年产生的大约50万吨WEEE中有15万吨左右为废旧塑料，如果将从国（境）外利邻近省份引入的WEEE汁计入，废旧塑料作将达到20－30万吨。近两三年来，欧盟等先进工业国家相继展开针对年处理量为3000吨规模的热解和汽化装置，我省能建立如此规模的处理工厂可达五间以上，以目前市场上化工原料的价格看，从废旧塑料中回收苯乙烯、苯酚、纯苯、混合二甲苯、溴等产品的价格在6000～12000元/吨，由于受到原油价格攀升的影响，国际市场的化工原料和燃料油的价格一直处于高位运行，国内市场的价格也大幅上涨，因此在当前的形势下，利用废旧塑料热解生产化工原料和燃料油具有很高的经济效益和可靠的市场保障，鉴于家电塑料的特殊组成，目前通用废旧塑料的热解技术不能满足废旧家电塑料热解过程的环保要求以及达到相应的产品标准，因此急需适合废旧家电塑料的热解技术以及热解产品的利用技术，以保障WEEE的资源化是在无害化工艺条件框架内实现。
4.2 产品单位售价及盈利预测
通过真空热解回收气体和液体焦油产品，气体产品主要由甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳、氢气等组分构成，具有很高的热值，可以通过燃烧为热解过程提供能量达到内部循环。低卤热解油主要由碳氢化合物组成，富含苯乙烯、苯、二甲苯、苯酚等化工单体原料，可以进一步分离提纯获得价值更高的化工原料，分离化工单体后的残余油可作为燃料油使用。目前市场化工原料的价格如下：
苯乙烯：１００００～１２０００元/吨
苯 酚：１１０００-１２０００元/吨左右
α-甲基苯乙烯：８０００～１００００元／吨
纯 苯：６０００-７０００元/吨
乙　苯：６０００－７０００元／吨
混合二甲苯：４０００～５０００元/吨
燃料油：３０００～４０００元/吨

按建立年处理３０００吨电视机外壳塑料的装置计算：
投资：２０００万元
热解油产量约：２１００吨
可以回收约：
苯乙烯：１２００吨，
苯：５０吨，
甲苯：１００吨，
乙苯：１００吨，
α-甲基苯乙烯：１００吨
燃料油：４００吨，
总价值：１５００～１６００万元
原料及处理成本约：１２００万元
利润约：３００万元
4.3 社会效益分析
回收WEEE不但可以创造可观的经济效益，更主要的方面是巨大的社会效益，采用本项目提出的技术处理电子废旧塑料，可以将WEEE对环境的危害降低到最低水平，资源化效率高，处理过程产生的二次污染极小。
5 风险分析
5.1 技术风险
热解技术回收处理废旧塑料已经开展了多年，国内外均有成功的工业装置运转的先例，在国内也建立了不少小型塑料油化装置，对普通通用塑料废物来讲，热解是一项已经实际生产检验的可靠成熟技术。真空热解冷凝技术虽然还没有见到在家电塑料废物方面的规模应用，但是真空热解回收废旧轮胎、废旧汽车、废旧电池等方面已有所闻，本课题组近几年来的研究就是借鉴国外同类技术的基础上，结合自己开展废旧电路板真空热解冷凝回收研究取得的经验而深入开展的，特别是我们一直在跟踪德国该领域技术的进展，因此废旧电子塑料真空热解技术风险不大。
5.２　市场风险
目前、废旧电子塑料真空热解产品的市场风险主要来自两方面，一是WEEE的来源。目前国内WEEE的收集、拆解系统仍然非常混乱，基本由松散的民工完成，处于一种没有组织领导的失控状态，导致一方面一些正规回收企业无法获得WEEE，另一方面则有大量的WEEE在各地以低水平的原始方式处理。目前国家已制定了行将实施的废旧家电回收处理条例和采取了一些鼓励生产商与用户回收废旧家电的经济措施。因此获得充足的WEEE和废旧电子塑料将会成为可能。废旧电子塑料真空热解技术将有可能否有效得到有效推动。
二是风险是原油价格风险，本项目回收废旧电子塑料以各种石油化工产品为最终产品，原油价格高有利于这样的回收处置方式，如果原油价格回落到相对低位，导致石油产品价格下降，可能会影响经济效益。但考虑到WEEE的处理主要是一个环保问题，因此市场的经济风险可以依靠政府环保政策和产业政策调整来解决，而且原油价格爬升是绝对的，几乎不可能出现大幅回落情形。