中國“強制使用再生塑料”時代第1展

2025年9月3-5日·浙江寧波

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2023 年全球塑料產量超過 4.3 億噸，中國初級形態塑料產品達 1.19 億噸、塑料制品 7500 萬噸。2022 年中廢塑料量達 6300 萬噸，回收率約 30%，其中大量低值廢塑料通過填埋或焚燒處理，造成資源浪費和環境污染。低值廢塑料以包裝類塑料為主，主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。物理回收對占全球廢塑料總量約 40～70%的低值廢塑料適用性有限，亟需發展化學回收技術實現廢塑料的高價值利用。本文系統介紹全球低值廢塑料組成、化學回收的主要工藝及原理評述、規模化商用的 Plastic Energy、Quantafuel、Honeywell UOP UpCycle、ExxonMobil Exxtend、Nexus Circular 的工藝技術、技術參數、產品質量等情況。

目錄

1、低值廢塑料組成

2、化學回收原理與評述

2.1 熱裂解

2.2 催化裂解

2.3 加氫裂解

2.4 解聚

2.5 氣化

3、工藝技術詳述

3.1 Plastic Energy

3.2 Quantafuel

3.3 Honeywell UOP UpCycle

3.4 ExxonMobil Exxtend

3.5 Nexus Circular

4、參考文獻

低值廢塑料組成

聚乙烯（PE）包括高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE），是全球最主要的低值廢塑料，占比約 40%～60%。低值廢塑料中 PE 占比情況：中國約 47%，歐洲約 37.5%（LDPE 為 32.1%、HDPE 為 5.4%），美國約 45%，澳大利亞約 37%（LDPE 為 17.3%、HDPE 為 19.7%）。LDPE 主要用于塑料袋、保鮮膜等軟包裝，而 HDPE 多用于牛奶瓶、洗發水瓶等。

聚丙烯（PP）在低值廢塑料中占比情況：中國約 18%，歐洲約 16%，美國約 22.5%，澳大利亞約 14.9%。PP 常用于外賣餐盒、零食包裝、日化瓶蓋等。

聚苯乙烯（PS）在低值廢塑料中占比情況：中國約 16%，歐洲約 11.6%，美國約 10%，澳大利亞平均約 10.29% 。 PS 主要用于泡沫包裝、一次性餐具等。

聚氯乙烯（PVC）在低值廢塑料中占比情況：中國、歐洲約 7%，美國、澳大利亞占比約 7～8%。PVC 主要用于一些管材、包裝膜、信用卡等。

復合塑料材料主要以 PET/PE 復合的鋁塑、紙塑的食品托盤、利樂飲品包裝、零食袋等為主， 污染塑料 主要包括含油污的餐盒、農用地膜或棚膜等。復合、污染塑料約占低值廢塑料 12～30%，其中農膜占比約 5～8%。

圖 1 典型國家低值廢塑料組成統計表

化學回收原理與評述

化學回收作為處理低值廢塑料的突破性技術路徑，通過分子級解構將塑料廢棄物轉化為化工原料，實現資源的閉環利用。與物理回收不同，化學回收不依賴塑料的物理形態和初始性能，能夠處理混雜、污染嚴重的低值廢塑料，并生產出與原生塑料性能相當的再生材料。根據反應機理和產物類型，化學回收工藝主要分為熱裂解、催化裂解、加氫裂解、解聚和氣化五大類，不同工藝對比如下表 1 所示。。根據《化學回收·歐洲塑料》報告指出，2023 年全球化學回收產能約 200 萬噸/年，其中 80%為裂解（熱裂解、催化裂解、加氫裂解）技術，15%為解聚技術，5%為氣化技術。

表 1 主要化學回收工藝對比分析

2.1 熱裂解

熱裂解工藝是在無氧或缺氧條件下，通過高溫（通常 400-600℃）將塑料大分子斷裂為小分子化合物的過程。該工藝原料適應性廣，可處理 PE、PP、PS 等聚烯烴類混合廢塑料，產物主要為裂解油（占 60%-80%）、裂解氣（15%-30%）和固體殘渣（5%-15%）。六種常見塑料類型（LDPE、HDPE、PP、PS、PET、PVC）在最佳裂解溫度下的油品收率及主要產物如下表 2 所示：

表 2 主要塑料種類裂解特性

工藝原理

以 Plastic Energy 為代表，在無氧條件下通過高溫（450-600°C）將塑料大分子鏈斷裂，產物以重質油為主。以聚乙烯（PE）為例，其裂解過程可分為三個階段：

①引發階段 ：在 350°C 以上，聚合物鏈隨機斷裂生成烷基自由基（R·）；

②增長階段 ：自由基通過β-斷裂不斷縮短鏈長，產生小分子烯烴（如乙烯、丙烯）和新的自由基；

③終止階段 ：自由基復合形成穩定產物，包括鏈烷烴、烯烴和二烯烴。

該過程受溫度和時間顯著影響，在 500°C、停留時間 30 分鐘條件下，液體收率可達 75-85%，但產物碳數分布寬（C5-C30），需后續分餾。該技術原料適應性廣，可處理混合廢塑料，但產物品質相對較低，需進一步精制。

工藝評述

現代熱裂解工藝已從早期的“土法煉油”發展為連續化、自動化工藝，如英國 Plastic Energy 開發的連續攪拌釜反應器（CSTR）技術，可實現 95%以上的原料轉化率。熱裂解的關鍵優勢在于能夠直接處理未清洗的混合廢塑料，且通過工藝優化可調控產物分布，如日本三菱重工的微波熱解技術通過精準控溫使液體產物收率提升至 85%以上。然而，傳統熱裂解存在能耗高、產物品質不均一等缺點，裂解油通常需進一步加氫精制才能作為化工原料使用。

2.2 催化裂解

催化裂解 是在熱裂解基礎上引入催化劑，通過降低反應活化能實現更溫和條件下的高效轉化，催化劑類型包括分子篩（如 ZSM-5）、金屬氧化物（如 Al?O?）和復合催化劑等。

工藝原理

以 Quantafuel 和 Honeywell UOP UpCycle 為代表，采用酸性催化劑（例 ZSM-5 分子篩）降低反應溫度（300-450°C）并改變產物分布，可顯著提高目標產物選擇性。催化劑提供質子酸位點，促進碳正離子機理的反應：

①質子化 ：烯烴在酸位點吸收一個質子形成碳正離子的過程，；

②β-斷裂 ：生成更小的碳正離子和烯烴；

③氫轉移 ：產生飽和烴并形成芳烴；

④芳構化 ：小分子烯烴環化生成 BTX（苯、甲苯、二甲苯）。

工藝評述

Quantafuel 采用專有分子篩催化劑，可使 C5-C12 餾分占比提升至 70%以上，實現 85%以上的液體收率，其中輕質油占比超過 60%。Honeywell UOP UpCycle 通過兩級催化將烯烴含量從熱裂解的 40%降至 15%以下，顯著改善油品穩定性。Honeywell UOP UpCycle 工藝集成催化裂解與精餾單元，可直接產出符合石化標準的原料。青島惠城環保開發的“混合廢塑料深度催化裂解制化學品（CPDC）”技術，采用專用催化劑使三烯（乙烯、丙烯、丁烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯）收率約 85～95%以上。催化裂解的反應溫度通常比純熱裂解低 100-150℃，能耗降低約 30%，且產物中輕質組分比例更高，更適合作為石化原料。該技術的核心挑戰在于催化劑抗中毒能力和壽命，特別是處理含氯、含硅等雜質的低值廢塑料時，催化劑失活速度快，再生頻率高，增加了運營成本。

2.3 加氫裂解

工藝原理

以 ExxonMobil Exxtend 為代表，在裂解過程中引入氫氣（壓力 2-5MPa），在金屬-酸雙功能催化劑作用下發生：

①加氫飽和 ：烯烴+ H? → 烷烴；

②異構化 ：直鏈烷烴→支鏈烷烴；

③裂解 ：大分子→小分子烷烴。

該過程降低產物不飽和度（碘值<5g I?/100g），硫含量可控制在 10ppm 以下，芳烴含量可控制在 10%以下，從而顯著改善油品質量滿足食品級塑料生產要求。

工藝評述

新興的 Nexus Circular 采用逆流流化床反應器設計，實現 95%以上的碳轉化率。反應典型氫耗為 100-150Nm3/噸原料，能耗較熱裂解增加 15-20%，但產物價值提升 30%以上。使用專用催化劑（如 ZSM-5、金屬氧化物），定向生成低碳烯烴。溫度通常為 300-600°C，壓力取決于催化劑類型（如分子篩需中壓，金屬催化劑可高壓）。

2.4 解聚

工藝原理

以 Agilyx 為代表，針對聚苯乙烯開發的解聚工藝，在 200-300°C 下通過控制斷鍵位置實現單體高效回收，反應式如下所示：

采用專有催化劑可使苯乙烯回收率達 85%以上，純度>99.8%，滿足再生聚苯乙烯生產需求。該技術對原料純度要求高（PS 含量>90%），回收生產能耗僅為新料生產能耗的 40%。

工藝評述

解聚工藝是針對縮聚類塑料（如 PET、PU、PA）的選擇性回收方法，通過水解、醇解、氨解等反應將聚合物還原為單體。與裂解技術相比，解聚產物純度更高，可直接用于生產食品接觸級塑料。美國 Agilyx 公司開發的苯乙烯解聚技術，可將廢 PS 轉化為純度 99.8%的苯乙烯單體；浙江佳人新材料采用的醇解工藝，使廢 PET 轉化為 BHET 單體的收率達到 95%以上。解聚技術的局限性在于原料要求較高，通常需要按塑料種類分類收集，且反應介質（如水、醇類）消耗量大，后處理工序復雜。近年來，酶催化解聚等生物技術嶄露頭角，如 Carbios 公司開發的 PET 解聚酶，可在常溫常壓下將 PET 高效解聚為單體，為化學回收提供了更綠色的技術選擇。

2.5 氣化

工藝原理

廢塑料氣化是在高溫（通常>1000°C）和一定氧氣條件下，將塑料中的高分子碳氫化合物轉化為小分子合成氣的熱化學過程。其核心反應包括：

①干燥階段 ：100-200°C，原料中水分蒸發；

②熱解階段 ：300-600°C，塑料大分子鏈斷裂生成焦油、烴類氣體和炭；

③氣化階段 ：700-1400°C，焦油、炭與氣化劑（O?/H?O/CO?）發生吸熱反應生成合成氣（主要成分為 CO 和 H?），其中部分碳氫化合物燃燒提供反應所需熱量，需精確控制氧碳比以防止過度燃燒，生成 CO?和 H?O。

主要化學反應：

工藝評述

氣化工藝最大優勢是原料適應性極廣，可處理包括含鹵素塑料在內的所有類型廢塑料，且無需復雜預處理。但能耗高、設備復雜（需耐高溫材料），且需配套凈化系統處理焦油和酸性氣體（如 H?S）。相比裂解法，氣化法產物合成氣更適用于合成化工生產基礎化學品而非直接制塑料單體。氣化技術的不足在于系統復雜、投資高昂且能源效率較低（約 60%），目前主要用于處理城市生活垃圾中的塑料組分，而非專門的廢塑料回收。

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工藝技術詳述

3.1 Plastic Energy

Plastic Energy 專注處理柔性塑料包裝，原料來源于與超市、物流中心的直接合作，通過收集系統確保原料高清潔度（污染率<3%）。獨特之處在于可處理含鋁塑復合材料（如零食包裝）。進料要求：①LDPE/LLDPE（≥70%），PP（≤20%），其他雜質<10%；②氯<500ppm，鋁箔含量<3%，水分<5%；③形態特點：可處理多層復合薄膜、收縮膜等難回收形態塑料材料。

3.1.1 工藝流程

圖 2 Plastic Energy 流程示意圖

圖源：Plastics_Carlos_Monreal_-_BIR_2023

熱熔融與進料： 廢塑料通過熱熔泵（Hot Melt Pump）加熱熔化為液態（溫度約 120-200℃），形成均勻的塑料熔體后通過泵送入熱解反應器。 關鍵設計： 采用低溫（120°C）熔融均質化；離心脫鋁（效率>90%）；螺桿脫氣去除揮發物。

熱解反應器（Rector）： 熱熔融塑料在攪拌式熱解反應器中進一步加熱至高溫（通常 350-500℃），發生無氧熱裂解反應，長鏈聚合物斷裂為短鏈碳氫化合物蒸汽，少量固體殘渣（焦炭，約 8-10%）通過刮刀從反應器壁清除。 關鍵設計 ：半連續攪拌確保溫度均勻和反應效率，避免局部過熱或結焦；操作溫度 500°C，停留時間 45min；無催化劑，添加 10%熱載體（石英砂）；負壓操作（-0.05MPa）；反應器采用稀土涂層和熔鹽分離技術抑制設備腐蝕（腐蝕速率<0.05mm/a）。

裂解氣接觸器（Contactor）： 作為分子過濾器選擇性分離不同鏈長的裂解氣成分，中短鏈分子進入后續冷凝系統，長鏈分子：冷凝后返回熱解反應器繼續裂解。

冷凝與產物收集（Condesation）： 裂解氣通過三級冷凝器逐步冷卻為石腦油 TACOIL?（72%～75%）、不凝氣（15%）、炭渣（10%） 。 不凝氣燃燒為反應器供熱，實現能源自給。炭渣用作建材或者能源利用。設置鋁渣回收系統，回收純度＞95%，回收 150kg 鋁錠/噸原料。

3.1.2 產品

石腦油 TACOIL?主要集中在 C10-C25（沸點范圍約 180-400°C），其中輕餾分（<200°C）占比約 15-20%，中餾分（200-350°C）占比 50-60%，重餾分（>350°C）占比 20-25%；芳烴含量<5%，氧含量<0.5%，Al<1ppm，Si<5ppm。通過合作伙伴（如 SABIC、ExxonMobil）裂解裝置深加工后，可制成再生原生質量塑料，符合歐盟 REACH 認證和食品接觸材料法規。

3.1.3 商業應用

運營：① 西班牙 Almeria 工廠：規模 5000 噸/年，2016 年運營，是歐洲首個獲得 REACH 認證的化學回收工廠。②西班牙 Seville 工廠：初始規模 5000 噸/年，2017 年運營，2022 年宣布新增 33,000 噸/年產能，與 TotalEnergies 簽訂承購協議。③法國 ExxonMobil 合作項目：規模 25000 噸/年，地點 Le Havre，2025 年運營，劃擴展至 33,000 噸。

在建 ：①荷蘭 Geleen 項目：規模 20000 噸/年，沙特基礎工業公司（SABIC）合資項目，2021 年啟動建設，截至 2025 年 3 月項目已進入最終施工階段并完成關鍵合作布局。②美國 Freepoint Eco-systems 合作項目：規模 33000 噸/年，地點德克薩斯州，原計劃 2024 年年中投產，但截至 2025 年 6 月，尚未有最新運營狀態更新，與 TotalEnergies 簽訂 TACOIL?承購協議。

圖 3 荷蘭 Geleen 項目實景圖

圖源：Plastics_Carlos_Monreal_-_BIR_2023

3.2 Quantafuel

Quantafuel 專注于混合廢塑料的催化裂解技術，其工藝特點在于集成催化裂解與加氫精制，可直接生產高純度裂解油（PyOil?）。原料主要來源于市政生活垃圾分選后的低值混合塑料（如 PE、PP、PS 等），通過預處理確保雜質控制。進料要求：① 成分 ：PE/PP/PS 占比≥85%，PVC≤0.5%，PET≤2%，其他雜質（金屬、纖維等）≤5%； ②物理特性 ：粒徑 10-50mm，堆積密度 0.2-0.4g/cm3，水分含量<5%，需預分選去除鋁層；③ 雜質限值 ：鹵素總量<1000ppm，重金屬（Pb+Cd+Hg）<100ppm，氯含量 < 300ppm，灰分 < 3%。

3.2.1 工藝流程

圖 4 Quantafuel 工藝流程示意圖

圖源：Summary-of-Plastic-to-oil-Plants_EEC_Kai-Sun

預處理系統 ：原料經近紅外分選（NIR）剔除 PVC 和 PET，破碎至 10-50mm 顆粒；通過熱風干燥（200°C）脫除 HCl，氯殘留降至 < 50ppm；螺桿擠出機熔融（150-250°C），形成均質塑料熔體。

催化裂解反應器 ：采用雙循環流化床設計（反應器+再生器），塑料熔體與催化劑接觸，長鏈聚合物斷裂為短鏈烴類。采用階梯式升溫控制（400-650℃，分段溫度調節），初始 500℃促進解聚，終溫 650℃提高芳烴選擇性。操作壓力 0.1-0.5MPa，低壓抑制副反應，高壓增強裂解深度。催化劑采用 Ni-MgO/γ-Al?O?（Ni 負載量 5%），其中 Ni 斷裂 C-C 鍵，MgO 調控自由基路徑，γ-Al?O?酸中心生成芳烴。連續進料系統避免結焦，催化劑在線再生（每 48 小時循環一次）。H?/塑料質量比為 1.5-2.5，比例 1.5 時汽油選擇性 68%，2.5 時柴油選擇性 55%。 流體動力學特性： ①流化速度：0.3-1.2 m/s（根據顆粒粒徑調節）；②床層密度：300-500 kg/m3（通過催化劑循環量控制）。 關鍵技術 ： ①熔鹽 采用離心分離（600℃）、脈沖電場耦合技術，熔融鹽（NaCl-KCl）分離效率>99%；② 抗結焦 采用動態調節催化劑循環速率，使焦炭沉積量<0.1g/kg 塑料；③ 溫度 梯度控制設置 3 個溫區（500℃/600℃/650℃），通過逆流接觸實現逐級裂解。 產物 ：輕質石腦油（C5-C10）30-35%，柴油餾分（C11-C20）50-55%，不凝氣 10-15%，焦炭 8-10%。不凝氣燃燒為反應器供熱，能源自給達到 80%。炭渣用作制備活性炭或者建材添加劑。

加氫精制單元 ：裂解油在固定床反應器中加氫（溫度 300-350°C，5-8MPa），氫油比（體積）控制 400:1 - 600:1。產物：輕質石腦油（C5-C10）30%、RON>90（汽油調和組分），柴油餾分（C11-C20）60%、十六烷值>50（符合 EN 590 標準），重油（C21+）：10%，循環回裂解單元。

3.2.2 產品

石腦油 PyOil? 主要集中在 輕質石腦油（初餾點 -180°C）30%、柴油（180-350°C）50-55%，其中 芳烴 含量 18-22%； 雜質 含量：硫 < 10ppm，氯 < 5ppm，金屬 < 1ppm，符合石化裂解原料標準；如后續進一步加氫精制后硫<5ppm、氮<10ppm，滿足滿足 ISCC PLUS 認證要求。

3.2.3 商業應用

運營： 丹麥 Skive 項目：設計規模 20000 噸/年，2021 年投產，全球首個獲 ISCC PLUS 認證的催化裂解工廠，合作伙伴巴斯夫進一步將 PyOil?用于生產 Ccycled?再生塑料。2022 年因設備故障（進料系統機械問題）進行技術改造。2023 年兩條生產線穩定運行，實際產能 12000 噸/年，原因包括原料波動影響產物收率（需動態調整催化劑配方）、PVC 含量過高須停機清洗（當 PVC 含量超過 0.8%時需停機清洗 48 小時/次）、原料收集的限制。

圖 5 丹麥 Skive 項目實景圖

圖源：Company presentation Quantafuel ASA 12 January 2022

3.3 Honeywell UOP UpCyclel

Honeywell UOP UpCycle 工藝是一種先進的廢塑料化學回收技術，采用熱解原理將混合塑料廢棄物轉化為高質量再生聚合物原料（Recycled Polymer Feedstock， RPF）。該技術由霍尼韋爾旗下 UOP 公司開發，UpCycle 工藝的核心價值在于其能夠拓展可回收塑料的種類，包括傳統機械回收無法處理的彩色、柔性、多層包裝及聚苯乙烯等低值廢塑料。進料要求：① 成分 ：優選原料：LDPE、HDPE、PP、PS 等聚烯烴類；可接受原料：PET、PVC（需嚴格控制比例）；限制原料：含溴阻燃劑塑料、含氟聚合物；典型原料組成：PE 為 40%，PP 為 30%，PS 為 15%，其他為 15%； ②物理特性 ：粒徑 10-50mm（最優 20-30mm），堆積密度＞0.2g/cm3，水分含量<5%；③ 雜質限值 ：硅含量<200ppm，重金屬（Pb+Cd+Hg+Cr6+）<100ppm，總氯含量 <1000ppm（最優<500ppm），灰分 < 5%。

3.3.1 工藝流程

圖 5 Honeywell UOP UpCyclel 工藝流程示意圖

預處理系統

初級分選 ：磁選去除金屬雜質，彈跳篩分離重質雜質，氣流分選去除輕質纖維； 破碎與篩分 ：雙軸剪切破碎機將物料破碎至目標粒徑，雙層振動篩確保粒徑分布均勻； 深度凈化 ：干法清洗去除表面污染物，靜電分選進一步分離不同塑料種類，近紅外（NIR）分選剔除 PVC 等不適宜組分； 均化處理 ：配料倉實現原料均質混合，在線成分分析儀實時監控原料組成。預處理系統設計處理能力通常為熱解主裝置的 1.2-1.5 倍，確保連續穩定供料。

熱解反應系統

UpCycle 熱解反應系統采用 連續流化床反應器 設計。 進料與預熱 ： ①預處理后的塑料顆粒通過螺旋給料器連續進料；②在預熱段被加熱至 200-250℃軟化。 主反應區 ： ①物料進入流化床反應器，溫度維持在 400-450℃；②采用石英砂作為熱載體，確保傳熱均勻；③停留時間控制在 15-30 分鐘。 氣固分離 ：① 反應產物經旋風分離器分離固體殘渣；②熱解氣進入冷凝系統。 催化劑系統 ： ①專用催化劑以流化狀態加入反應器；②催化劑與原料質量比約為 1:100；③失活催化劑連續再生循環使用。 關鍵工藝參數：① 反應溫度：420±20℃；系統壓力：②微正壓（0.1-0.3 barg）；流化氣速：0.3-0.5 m/s（標準狀態）；催化劑活性：≥80%初始活性；氧含量：<100 ppm。 產物 ：裂解油 75-85%，不凝氣 10-15%，炭渣＜5%。④ 溫度分布控制： 設置 3 個控溫區 A（預熱區 250℃）/B（反應區 420℃）/C（氣化區 380℃）。

產物分離與精制系統

熱解產物精制系統包括以下關鍵單元： 分級冷凝 ： ①一級冷凝（120-150℃）回收重質餾分；②二級冷凝（60-80℃）回收主餾分；③：三級冷凝（20-30℃）回收輕組分； 催化重整 ： ①在溫和條件下（300℃， 20bar）對冷凝油進行加氫處理；②采用；Pt/Al?O?催化劑；③氫油比：200:1（體積比）； 深度凈化 ： ①吸附脫除殘余氯、硫等雜質；②分子篩脫除微量水分；③過濾去除固體顆粒； 產品調和 ： ①按餾分性質調配成標準 RPF 產品；②添加穩定劑延長儲存期。

3.3.2 產品

UpCycle 工藝生產的 RPF 具有以下典型特性：典型餾分分布：C5-C9：25%，C10-C20：60%，C21+：15%。烴類組成（PIONA 分析）： ①鏈烷烴：45-55%；②異構烷烴：25-35%；③烯烴：≤5%；④芳烴：15-20%。 雜質 含量：硫：≤5ppm，氯：≤5ppm，氮：≤10ppm，金屬總量：≤1ppm。RPF 產品主要作為蒸汽裂解裝置原料，生產乙烯、丙烯等基礎化學品，其質量滿足以下標準要求：①ASTM D7213-22：塑料熱解油標準；②ISCC PLUS 認證：可持續性認證；③REACH 法規：符合歐盟化學品注冊要求；④FDA 21 CFR：適用于食品接觸材料生產。

3.3.3 商業應用

運營：①西班牙 Sacyr 工廠：2021 年 Honeywell 與西班牙 Sacyr 公司成立合資企業，規模 30000 噸/年，地點安達盧西亞，2023 年投產。②土耳其 Biotrend Energy 工廠：規模 60000 噸/年，地點 Izmir 地區，2025 年投產。Honeywell 提供工程設計、啟動和長期技術支持。③美國 Avangard Innovative 項目：規模 30000 噸/年，地點德克薩斯州 Waller，2023 年投產。

圖 6 Honeywell 西班牙 Sacyr 項目工廠

圖源： https://www.innovaspain.com/sacyr-reto-economia-circular/

3.4 ExxonMobil Exxtend

ExxonMobil Exxtend?技術是一種先進的化學回收解決方案，旨在解決全球塑料廢棄物管理挑戰。該技術于 2022 年 12 月在德克薩斯州 Baytown 工廠首次實現商業化運營，年處理能力達 3.6 萬噸塑料廢棄物，是北美規模最大的先進化學回收設施之一。Exxtend 技術進料要求：① 主要處理成分 ：聚烯烴類（PE+PP 占比≥70%）、聚苯乙烯（PS）；② 不兼容成分 ：金屬、玻璃、纖維材料、彈性體（如橡膠）及其他非塑料成分需控制在 1%以下；③ 限制性塑料 ：PVC（建議<3%）、PET（建議<5%）；④ 雜質控制要求 ：鹵素總量（Cl+Br）<3000ppm；重金屬含量 Pb<100ppm，Cd<50ppm， Hg<5ppm；硅含量：<500ppm；灰分含量：<5%； ⑤物理特性 ：粒徑：<50mm（最優 10-30mm）、堆積密度：>150kg/m3、水分含量：<15%

3.4.1 工藝流程

圖 7 ExxonMobil Exxtend 工藝流程示意圖

圖源：5_Panel-Discussion-–-Shaping-Recycling-Targets-and-the-Role-Certification-Embodies-–-Shannon-Milburn-ExxonMobil-US

原料預處理單元

原料接收與倉儲 ：塑料廢物經稱重后存入防雨倉庫，倉庫配備通風系統控制揮發性有機物排放； 粗篩分 ：通過滾筒篩（孔徑 50mm）分離過大或過小物料； 破碎系統 ：采用兩級破碎（粗破至<100mm，細破至<30mm），設備配備噪聲控制裝置； 深度分選 ： 近紅外（NIR）分選：識別并分離非目標聚合物，靜電分選去除殘留金屬和礦物雜質，風選分離輕重雜質確保塑料純度； 均質化緩沖 ：混合不同批次原料以確保組成穩定。

熱解反應單元

采用閉鎖式料斗和螺旋給料器的進料系統以確保無氧環境下連續進料；熱解反應器采用流化床反應器，操作溫度 450-550°C；熱源采用燃燒部分不凝氣提供能量，輔助電加熱控溫；反應器液相停留時間為 30-90 分鐘；反應器壓力為微負壓（-0.5 至 -1.5kPa）以防止氣體泄漏；催化劑系統采用專用沸石催化劑（ZSM-5 系列）提升裂解選擇性和液體收率。 關鍵工藝參數： ①熱解區為 450-550°C（根據原料調節），高溫區（二次裂解）為 600-650°C（減少重質組分），急冷溫度為 200°C 以下（防止二次反應）；②空塔氣速為 0.3-0.6m/s（流化床反應器）；③催化劑負荷：0.5-1.5kg 催化劑/t 塑料；④停留時間分布：氣相 10-30 秒，液相 45-90 分鐘，固相（焦炭）4-6 小時 。關鍵設備如反應器和換熱器采用特殊材料（如 INCONEL 625）以抵抗高溫腐蝕。

產物分離單元

氣固分離 采用高溫旋風分離器去除夾帶的固體顆粒。 冷凝系統 采用分級冷凝： ①一級冷凝（200-300°C）回收重質油餾分；②二級冷凝（80-120°C）回收輕質油餾分；深冷（-20°C）回收液化石油氣組分。 氣體處理 ： 脫硫裝置采用胺法脫除 H?S 等硫化物；采用變壓吸附回收高純度氫氣（>99.9%）回用系統；不凝氣部分作為燃料，剩余送火炬系統燃燒。

產品集成處理單元

油品 調和 將不同餾分按比例混合，達到下游裝置進料標準。油品 脫水處理 采用離心分離和分子篩脫水，使水分<0.5%。油品 過濾凈化 采用多級精密過濾（最終 1μm）去除固體雜質。成品油存入氮封儲罐，通過管道輸送至一體化石化裝置。

3.4.2 產品

ExxonMobil Exxtend 工藝生產的產物分布：①液體產物（熱解油）：70-85wt%（C5-C30 烴類）；②氣體產物：10-20wt%（C1-C4 烴類及 H?）；③固體殘渣：3-8wt%（焦炭及灰分）；④廢水：<0.1m3/t 塑料（主要來自原料水分）。裂解油具有以下典型特性： ①化學組成： 鏈烷烴 45-60%、烯烴 20-30%、環烷烴 10-15%、芳烴 5-10%、硫含量<50ppm、氯含量<10ppm、金屬含量：<5ppm； ②物理性質 ： 密度（20°C）：0.78-0.85g/cm3；粘度（40°C）：2.5-5.0cSt；閃點：>60°C（閉杯）；凝點：<-15°C。③滿足 ISCC PLUS 對可再生原料的質量要求，符合 ASTM D7544 熱解油標準，達到石化裝置裂解爐進料標準（SINOPEC Q/SH 0527）。 不凝氣 具有以下典型特性：甲烷為 15-25%，乙烯+乙烷為 10-15%，丙烯+丙烷為 20-30%，C4 組分為 15-20%，氫氣為 5-10%，熱值為 45-55MJ/kg（高于天然氣）。 固體殘渣 具有以下典型特性：碳含量 25-35%；熱值為 12-18MJ/kg；重金屬含量符合 EPA 40 CFR 261 對無害廢物的要求；專業危廢處理單位回收金屬后安全填埋。

3.4.3 商業應用

運營：①美國 Baytown 工廠：規模 36000 噸/年，地點得克薩斯州 Baytown，2022 年投產。

圖 8 ExxonMobil Exxtend 得克薩斯州 Baytown 工廠圖

圖源：5_Panel-Discussion-–-Shaping-Recycling-Targets-and-the-Role-Certification-Embodies-–-Shannon-Milburn-ExxonMobil-US

3.5 Nexus Circular

Nexus Circular 是一家專注于先進塑料回收技術的商業領導者，其創新的熱解技術正在徹底改變廢棄塑料的管理方式。該公司成立于 2008 年，自 2018 年起開始商業化運營，該技術可將傳統機械回收無法處理的低值混合廢塑料（如薄膜、軟包裝、多層復合塑料等）轉化為高質量的熱解油，作為石化原料生產原生質量的再生塑料。Nexus Circular 技術進料要求：① 主要處理成分 ：LDPE、HDPE、PP、PS 等聚烯烴為主，PVC/PET/尼龍<5%；② 雜質控制要求 ：非塑料雜質<15%，水分<20%；③ 物理特性 ：薄膜、片材、注塑件等，厚度<5mm。

3.5.1 工藝流程

圖 9 Nexus Circular 工藝流程示意圖（英文）

圖源：USPTO-11952545-Nexus-Broad-Oil

圖 10 Nexus Circular 工藝流程示意圖（中文）

粗破碎 采用雙軸剪切破碎機將原料破碎至 50-100mm，破碎后采用滾筒篩控制出料粒度并去除粉塵。 分選 工藝采用磁選去除鐵金屬（如螺母、螺釘），采用金屬探測器+氣動分選移除銅、鋁等，采用滾筒篩去除粉塵、砂礫等細小污染物，采用人工/自動分揀方法剔除 PET、PVC、尼龍、熱固性塑料及非塑料雜質（紙、玻璃等），以控制非塑料 雜質 ≤3 wt%，PVC 等含氯塑料 ≤5 wt%，并通過傳感器實時監測雜質水平。

干燥 工藝采用轉筒干燥機熱風干燥去除表面水分，熱風溫度低于塑料軟化點（如 LDPE 軟化點約 105°C）以避免結塊，以實現將原料的含水率 ≤20 wt%控制≤3 wt%。

擠出機 通過單/雙螺桿擠出機加熱塑料至半熔融狀態，擠出機設多級排氣口，脫除揮發性污染物（水分、氯、有機物等），在排氣處監測氯含量；根據塑料類型調整熔融段溫度（如 PP 熔點約 160°C），設置泄爆片防止超壓；通過螺桿轉速調節物料停留時間。

熱解 反應器為 螺旋流化床型式 ，溫度為 480-500℃，壓力為常壓或微負壓（-0.5kPa），停留時間：30-90 分鐘，氧含量<1%，設置攪拌裝置確保熱傳導均勻，對反應器內的焦炭監測以定期清理反應器內積碳。反應器內置電加熱器（數量≥2）獨立控溫防止局部過熱結焦。反應器設置壓力釋放閥以保障安全。微負壓至微正壓可調，通過閥門和真空系統聯動實現，影響產品餾分分布。避免局部過熱（>550°C 易生成焦炭），需均勻加熱并實時監測溫度分布。

多級冷凝系統：①一級冷凝 冷凝高沸點組分（蠟），溫度控制需使沸點≥冷凝溫度的烴類凝結，冷凝產物為熔融蠟（固體/半固體烴，碳鏈較長）； ②二級冷凝 冷凝中沸點組分（油），溫度低于第一級，分離輕質烴，冷凝產物為液態油（碳鏈較短，如 C?-C??烴）； ③三級冷凝（可選） 冷凝輕組分（如 C?-C?烴），以進一步分離不凝氣體。

3.5.2 產品

廢塑料裂解產物主要包括 蠟（Wax） 和 油（Oil） 兩類烴類組成物，其特性總結如下：① 蠟（Wax） 的平均分子量范圍為 300–400 道爾頓，主要含 C??–C?? 烴類（占比 60–80 wt。%），少量不飽和烴（80–90 wt。%）和芳烴（0–15 wt。%），硫<500ppm、總氯<50ppm，氮<300ppm，硅<125ppm；② 油（Oil） 的平均分子量范圍為 50–300 道爾頓，主要含 C?–C?? 烴類（占比 90–100 wt。%），硫<500ppm、總氯<50ppm，硅<2000ppm。其產品可直接用于生產 原生質量（virgin-quality）的新塑料 ，性能與化石原料生產的塑料完全相同并獲得 國際可持續性與碳認證（ISCC+） ，確保其供應鏈材料完全可追溯且來源可持續。自 2020 年首次認證后，每年均通過復審。與殼牌、陶氏化學、雪佛龍、菲利普斯等巨頭簽訂長期協議，例如向殼牌供應 6 萬噸熱解油（2020 年協議）。

3.5.3 商業應用

運營：①美國亞特蘭大工廠：初始規模 3600 噸/年，地點佐治亞州，2018 年投產，2022 年擴建后總產能提升至 15,000 噸/年。截至 2022 年 10 月，累計處理廢塑料 2700 噸。但第三方報告（Lux Research）指出，運營三年后僅產出 1700 噸熱解油，遠低于設計產能。

圖 11 Nexus Circular 亞特蘭大工廠圖

圖源：Nexus-Circular-Revolutionizing Recycling in the Hygiene Sector

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文章來源：環境技術極客