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化学回收过程是怎样的? 原料考虑因素和数据输入怎么样?

   2023-10-07 互联网佚名1520
核心提示:塑料成本和原料纯度之间的平衡在很大程度上受到收集物流、收集量、最佳实践的人口教育、区域、操作和通过材料回收过程的最终产量的影响。因此,化学回收过程的分析应考虑目前可用的塑料原料选项,同时还应考虑作为对新化学回收技术创造的市场的响应而建立的新塑料废物流。任何回收设施(机械和化学)的一些最大风险是确保原料(a)以相对实惠的价格,(b)在稳定的体积,和(c)具有一致的质量。

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这些分配方法包括基于经济的分配,即根据产品各自价值的某种衡量标准来分配对产品的影响,或基于物理属性的分配方法,例如质量或能量含量分配。

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鉴于此分配方案带来的模糊性,ISO 标准 14044 建议“尽可能”避免分配,而是建议采用系统扩展方法。 我们注意到 ISO 14044 于 2020 年进行了修订,为系统扩展方法提供了额外的指导。 在本次修正案中,多功能性问题中的替代概念被纳入系统扩展的定义中,以减少“与替代产品相关的环境负担”的影响。 在化学回收的背景下,我们将系统扩展定义为功能的显式扩展。 单元包括废聚合物的多种功能。 提供有关定义系统扩展方面的差异的附加注释。

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无论如何,这种系统扩展方法适用于开环和闭环化学循环,我们在以下部分中描述涵盖这两种循环的分析方法。

升级产品对环境的影响可以直接与传统线性供应链制造的聚合物产品计算的环境影响进行比较。 高产量(全球产量>100万吨/年)聚合物传统制造供应链的最新基准数据该分析按强度(每公斤)和比例(美国消费水平)在绝对基础上量化能源消耗和温室气体排放指标。

废物评估方法相对于系统扩展方法的优点在于,环境影响具体归因于相关升级产品,而不是初级和次级材料的组合功能单元。

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缺点是经济分配取决于聚合物市场价格的波动,需要定期更新以这种方式计算的影响。

该废物评估框架应用于开环化学升级回收过程,将废弃的 PET 瓶转化为更高价值的玻璃纤维增​​强复合材料。

系统扩展是分析开环化学回收过程影响的另一种方法,其中第一和第二生命周期产品(分别是原始单体和有价值的升级产品)组合形成单个功能单元,这与闭环化学回收过程提供的方法类似。 -循环回收,除了在开环环境中还需要考虑报废阶段的影响。

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系统边界的绘制是为了区分两个系统,其中(a)功能单元的两个组件是单独生产的,并且(b)它们通过向上循环过程连接在一起。

系统扩展方法的好处在于,它避免了潜在的不稳定分配假设,例如依赖市场价格波动的经济废物估值方法引入的假设。

这种方法的缺点是(a)数据要求往往更高,(b)分析师必须对聚合物加工方法做出假设,以及(c)影响不能直接归因于感兴趣的高价值产品,这是一个关键考虑可能会使结果的解释以及与替代制造系统或替代产品的比较复杂化。

在评估经济和环境影响的任何分析方法中废旧物资回收流程,最好首先开发一个用于开环回收的可靠 TEA 案例。

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如果严格的 TEA 不可行,但有实验室数据,则可以使用比例假设。

据估计,全球塑料树脂产量每年超过3.6亿吨。 这种生产最终导致大量废塑料的积累。

美国的人均塑料垃圾产生量位居世界第一,每年总计达 3400 万至 4200 万公吨。 大多数美国塑料垃圾(75%)被填埋,其余的要么被焚烧(15.3%),要么被回收(9.3%),要么管理不善且下落不明。

相对于总废物的低回收率意味着每年 20 亿至 40 亿美元的经济机会,有资格使用多种新技术来进一步回收塑料。

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所有转化混合废塑料的紧急化学回收过程都需要采购和收集这种原料,并且可以采用各种转化回收策略。 最简单的塑料废物流是后工业塑料废物,通常是干净的,需要最少的分类鉴于塑料纯度高,如图所示选择性地瞄准化学品是最适用和可行的。

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然而,后工业化流还可以包括多层组件(例如未使用的包装组件),其中概述的策略可能更合适。

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尽管此处概述的策略适用于后工业废物,但这种废物仅占所有塑料废物的一小部分且无法解释。

当今最成问题的塑料废物是混合消费后废物,其中一些通过 MRF 进行处理,另一些进入城市固体废物并最终进入垃圾填埋场。

当消费后废物进入 MRF 时,它不会立即经历中概述的过程,这是因为不同塑料类型的体积较小且混合。

发达国家的大多数 MRF 被称为清洁 MRF,它依靠消费者将可回收材料从城市固体废物中分离出来以产生单一流。

据估计,59% 的美国家庭可以获得路边回收服务(其中 6% 是订阅式的),而 21% 的家庭只能使用垃圾回收计划,令人震惊的是,有 20% 的家庭无法获得路边回收服务。虽然塑料成分各不相同,但 MRF 一般将其材料分为旧瓦楞纸箱和袋子(15%)、纸纤维(40%)、铝/铁等金属(4%)和玻璃(15%),还有 21% 其他剩余的。

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塑料一般分为PET和高密度聚乙烯(HDPE)(5%),其余为混合塑料薄膜废料和混合硬塑料(主要是塑料#3-7)。

所有常见的塑料类型都是热塑性树脂,通常根据树脂代码标识符进行分类。

在这些塑料类型中,汽水瓶中的 PET 和牛奶壶中的 HDPE 是最常见的(机械)回收塑料,约占消费后回收的 70%。 PP(#5)最近成为分离的焦点; 然而,其市场价值波动很大,严重依赖于原生聚丙烯的当前价格。

MRF 分离的不同阶段代表了不同催化策略的不同机会。 分类之前塑料废物的聚集可能有利于催化分馏过程,或者成为塑料解构的通用催化剂。

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当污染水平较高时,该策略可能适用于较低的捆包等级,而中概述的策略将适用于较高的捆包等级或经过不同分选步骤的塑料。

此外,分选回收树脂的价格根据污染程度的不同而有所不同。

塑料回收协会发布了包装中可接受的污染水平指南,该指南在世界各地得到广泛接受。

例如,F 级 PET 的污染物含量高达 >28%,而 A 级的污染物含量<6%。 塑料原材料的数量和质量取决于这些材料的最终市场。

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在北美,多个地区都提供所有可回收材料的每周价格和等级数据。

此外,IHS 等信息情报公司(通常基于订阅)对于跟踪化石衍生化学品的价格很有用。

《塑料新闻》是一个免费资源,追踪传统塑料和再生塑料的最新价格。

同样,等人最近发表的一篇文章。 列出了 MRF(美国)的体积和流量分析,以及 PET 和聚烯烃的原始树脂生产。

回收材料的价格差异很大,不仅取决于塑料的来源和污染程度,还取决于市场供需动态。

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塑料的可用性和当前的 MRF 基础设施将决定哪些技术更有可能被大规模开发和采用,从而影响其整体经济可行性。

如上所述,可机械回收的塑料对其材料的需求将会更大,因此废塑料的购买价格将成为任何转换产品的最低售价。 与此同时,更便宜或可替代的原材料来源,例如可以免费获得的纯棉包或纺织品,将大大降低原材料成本。

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塑料成本和原材料纯度之间的平衡很大程度上受到收集物流、收集量、最佳实践方面的人口教育、地区、运营和材料回收过程中的最终产量的影响。

这就是为什么像美国几个城市流行的单流回收那样,可以增加收集量; 然而,它增加了分离不同塑料类型的挑战性任务。

这决定了原料成本。 为了减轻这些负担,回收商投资了新的分离技术,以提高效率和更高的材料回收率。 除了降低与高纯度材料相关的价格之外,新技术还可能导致 PET、HDPE 和 PP 更高纯度的塑料流。

因此,对化学回收工艺的分析应考虑当前可用的塑料原料选择废旧物资回收流程,但也应考虑为响应新化学回收技术创建的市场而建立的新塑料废物流。

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对于任何回收设施(机械和化学)来说,最大的一些风险是确保原料(a)价格相对实惠,(b)数量稳定,(c)质量稳定。

与化石塑料行业相比,许多依赖消费后材料的回收设施规模较小,且因其收集和运输物流的性质而分散。

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适当的收集半径需要根据工厂规模确定,但由于当前的回收设施不是本地的,因此该设施可能无法利用类似于石化制造的规模经济(因为现有基础设施使原始聚合物价格保持较低水平)。

通过增加收集的数量和质量来满足消费后材料的需求将提高回收的可行性。

与确保原料供应相关的一个复杂因素是聚合物首次生产和回收之间的时间滞后。

该使用阶段的停留时间使得很难预测来自更耐用的塑料产品的废弃原料的可用性或稠度。

本文讨论的分析方法依赖于静态和瞬时原料供应的稳态假设。

因此,此分析产生的影响并没有传达有关该影响在预测到未来时将如何变化的信息。

虽然这种方法可能适用于特定的初级和次级塑料产品供应链,但更稳健的聚合物回收经济范围模型可能需要包括动态的跨期效应以及各种聚合物产品生命周期之间的相互作用。

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在这种情况下,需要一种所谓的动态生命周期评估方法。

总体而言,工艺评估工具对于了解新的回收工艺至关重要,并最终能够对当今现有的线性制造技术与未来新兴的创新化学回收方法进行客观、定量的比较。

通过化学催化、反应工程、先进的分离技术和严格的化学工艺设计实现的新的化学回收方法。

为了减轻塑料制造对环境的影响以及一次性塑料废物积累引起的全球污染危机,必须具有成本效益和可持续性。

 
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