【化工】废塑料化学回收产业发展报告四:企业篇
发布时间:2022-08-12 来源:华体会体育app在线登录 作者:华体会app官网下载

  近年来,由于世界多国政策支持及国际主流石化、品牌和包装巨头企业倾力布局等因素推动,废塑料化学回收逐渐成为全球关注的热门话题。科茂化学回收研究院整理分析多年来科研和商业发展成果,撰写“

  1.化学循环是实现“塑料垃圾到高品质材料”高值化闭环的主要技术路线。从过去以混合塑料热解和PET解聚为主,逐步发展出包括聚烯烃裂解和PET、PA、PU、PMMA解聚等在内的多条细分赛道,产物可用于包装材料、改性塑料、纺织服装、家居建材、汽车部件等多个应用领域。

  2.混合聚烯烃类废塑料催化裂解和热裂解是塑料污染治理潜力和市场规模潜力最大的两条技术路线。因其能够处理物理回收企业难于处理的低值废塑料,通过裂解得到塑料油,经过深加工进一步转化为乙烯、丙烯、BTX等基础化学品,聚合后得到高分子材料,从而形成完整闭环。

  3.根据在建项目统计,全球化学循环产能将从2020年的万吨级增长到2025年的数百万吨级。世界头部品牌、包装、零售、化工和资源回收企业普遍认同化学循环是完成其塑料可持续目标的核心途径,并在全球范围内迅速布局产能。

  4.化学循环的原料最大潜力来自“两网”中的“城市环卫系统”,其可得性和体量依赖大规模机械化垃圾分选(MRF)。垃圾分选加化学循环可实现废塑料领域真正的“两网融合”,化学循环产能的建立为垃圾分选提供更强的经济牵引力和塑料垃圾吸纳能力,是产业快速发展的重要驱动力,同时推动城市生活垃圾成为碳减排的重要载体。

  5.化学循环产业模式在欧美国家及跨国公司得到验证,产能迅速扩张,为中国的产业发展提供了样本。中国化学循环产业起步较晚,但发展潜力极大,如得到资金、政策、政府支持等方面的加持,有潜力成为全世界最大的食品级PCR塑料生产国和出口国。

  随着大部分国家碳中和目标的确立,全球已经进入低碳可持续时代,整个化工材料领域正在进行系统的低碳循环转型,全产业链产品模式会发生重大转变,机遇与挑战并存。塑料作为重要的化工材料,其循环利用备受关注。化学循环凭借原料适应性广、安全环保性强、产品不降级甚至可以升级等优良特性,成为塑料行业低碳循环利用最受瞩目的主流技术。

  如本系列报告《技术篇》、《市场篇》和《政策篇》分析,中国的废塑料化学循环技术处于世界领先位置,市场潜力巨大,系统的政策支持正在逐步建立,中国有潜力成为该领域全球行业领导者、最大生产国和出口国。

  科茂化学回收研究院将在本篇报告中尝试阐述化学循环产业链全貌及代表企业,涵盖品牌、零售、包装、化工、环卫、固废处理、技术提供方、NGO等在废塑料化学循环领域的行动。

  品牌商和零售商把产品卖给个人和企业消费者,消费者产生垃圾,环卫企业收集垃圾。垃圾中品类单一、较为干净的废塑料(以PET/HDPE/PP为主)被物理回收企业收集,经过分选、清洗、破碎、熔融、造粒,得到降级PCR塑料(部分物理回收技术可实现不降级),用于重新做成产品,通过品牌商和零售商回到消费者手中,由此完成塑料的循环。

  混合低值废塑料(以PP/PE为主,可包含PS)通过液化或单体工艺进行化学回收,产出塑料油或乙烯、丙烯和BTX单体,由化工企业进一步加工成原生质量的PCR PP、PE、PS、PET和化纤单体,进而做成可用于食品和医药等高价值领域的包装物或高品质织物、泡沫及其他材料,再回到品牌商和零售商完成闭环。现有化工企业少有专门处理塑料油的装置,需与原油或石脑油混合后加工,通过Mass balance的方法认证以确保可追溯性。

  通过水解、醇解、酶解等解聚的方式回收PET、PA和PU单体,得到PTA(对苯二甲酸)、BHET(对苯二甲酸双羟乙酯)、CPL(己内酰胺)、多元醇等单体或低聚物,通过化纤企业制成原生质量的PCR化纤、薄膜等,经过纺织服装企业和包装企业进入市场。

  通过水解、醇解等方式回收PU单体,得到多元醇、二胺(可进一步合成异氰酸酯,为PU的重要原料)等单体或低聚物,通过PU企业制成原生质量的PCR PU,进而经过家居材料企业加工成泡沫、床垫、鞋具和皮革等用品进入市场。

  通过水解、醇解等方式回收PMMA单体,得到MMA(甲基丙烯酸甲酯)单体,通过PMMA企业制成原生质量PMMA,进而经过材料企业加工成有机玻璃或与ABS共聚制成透明ABS等用品进入市场。

  本系列报告之《市场篇》指出:化学循环产业的发展经历了从能源替代驱动到环境驱动,再到国际政治共识驱动市场打开的发展过程。化学循环PCR塑料由过去因不经济而没有市场,到现在成为跨国化工、包装和品牌企业的重要战略和KPI,真实且庞大的市场需求已经形成。

  作为化学循环市场崛起的重要节点,2018年艾伦·麦克阿瑟基金会与联合国环境规划署合作启动“新塑料经济全球承诺”,承诺签署方包括国际领先的品牌、零售和包装物巨头企业,以及政府、NGO等组织。全球承诺的签署使塑料循环经济从可做可不做的柔性理念变成了企业可持续部门和产品部门的硬性绩效指标,推动化学循环PCR塑料包装和产品的需求激增。

  除此之外,以中国石化、利安德巴塞尔、SABIC、BASF、壳牌、埃克森美孚等国际化工巨头为主要成员的数十家跨国企业建立“终结塑料废弃物联盟(AEPW)”,承诺投入15亿美元,推动塑料循环经济建设,防止和减少废塑料泄漏到环境中,促进废旧塑料循环利用,化学循环是其青睐的技术路线。同时,多个AEPW的成员企业承诺为客户提供PCR塑料。建立和扩充PCR塑料产能和产业链,成为近几年国际化工巨头的重要战略。

  下图为全球排名前列的品牌企业做出的承诺,根据承诺,到2025年,塑料包装中要含平均约25%PCR组分,而2020年数据则不足10%,且大部分为物理回收。这些企业所需塑料大部分为食品接触级,但物理回收较难全部满足其需求,因为物理回收对原料单一度和洁净度要求较高,原料有限且依赖源头分类和预处理,扩大规模难度较大。同时物理回收大部分为降级回收,意味着较难满足品牌企业的品质需求。化学回收凭借产品不降级成为品牌企业非常青睐的解决方案。

  为实现全球承诺,部分品牌企业在化学循环领域积极采取行动,如加入旨在促进塑料回收和再生的NGO、付出较高溢价采购化学回收PCR塑料包装等。

  下图为全球排名前列的零售企业做出的承诺,根据承诺,到2025年,塑料包装中要含平均约25%的PCR组分,而2020年数据为10%左右。

  为实现全球承诺,部分零售巨头在化学循环领域积极采取行动,如使用PCR塑料购物袋和包装材料、加入促进塑料包装循环的NGO等。

  下图为全球排名前列包装企业的承诺。到2025年,塑料包装中要含有平均25%-30%的PCR组分,而2020年数据为不到15%。

  为实现全球承诺,部分包装企业在化学循环领域积极采取行动,如生产PCR塑料包装、促进废塑料包装的回收等。

  (1)品牌巨头为兑现塑料包装PCR组分的承诺,其可持续发展部门和采购部门需在全球范围寻找PCR塑料来源,将压力传递给上游包装企业和化工企业。化工企业没有PCR塑料产能,将难以满足客户需求。

  (2)数十家跨国企业建立“终结塑料废弃物联盟(AEPW)”,承诺投入15亿美元,推动塑料循环经济建设,防止和减少废塑料泄漏到环境中,促进废旧塑料循环利用,同时,多个AEPW成员企业承诺为客户提供PCR塑料。

  建立和扩充PCR塑料产能和产业链,成为近几年化工巨头较为关注的战略举措。然而化工企业较少有化学回收技术和项目的储备,为在可持续转型时期稳定服务已有客户,开拓可持续树脂新市场,化工企业正在积极投资或整合化学回收技术和项目。科茂化学回收研究院整理部分化工企业的行动如下。

  化学循环产品需求增长和技术发展进步离不开NGO的鼓励和呼吁。科茂化学回收研究院概要梳理国际NGO的行动如下。

  艾伦·麦克阿瑟基金会除了发起针对品牌、零售和包装企业的全球承诺外,还发起了“全球塑料公约网络”。该网络由多个国家和区域组成,目标包括可重复使用、可堆肥、可回收塑料包装设计占比、回收率以及PCR组分等,具体如下。

  在中国,诸多组织也开始大力推动化学循环,中国石油和化学工业联合会(CPCIF)是典型代表之一,多家协会或机构也纷纷采取行动。

  目前化工企业少有专门处理塑料油的装置,需与原油或石脑油混合加工。数年内,化学循环树脂的主要生产者还是现有的化工企业。混合加工产出PP/PE/PS等,通过Mass balance认证的方法保障PCR树脂的可追溯性。

  2020年,冰淇淋品牌Magnum宣布推出超过700万个冰淇淋桶,系世界上第一个上市的食品级塑料化学循环案例,由SABIC、联合利华和Plastic Energy共同完成。Plastic Energy用化学回收的方式提供塑料油,SABIC的化工厂以塑料油生产PCR PP,联合利华以此原料做了梦龙冰激凌的盒子。体量不大,但具有划时代意义。

  SABIC还推出了一系列化学循环PCR树脂产品案例,包括与联合利华推出PCR PP食品容器;与包装巨头贝瑞(Berry)联合推出PCR PE食品软包装袋;与英国零售商特易购(Tesco)联合推出PCR PE食品薄膜保鲜袋;与瑞士包装企业康美包(SIG Combibloc)联合推出PCR PP果汁包装盒;与美国塑料保鲜容器企业特百惠(Tupperware)联合推出PCR PP吸管和杯子;与英国烘焙食品供应商Allied Bakeries联合推出PCR PE面包包装袋等等。

  在中国,科茂环境以“低温低压催化裂解催化重整”工艺建设了首个化学回收工厂,处理能力4万吨/年,将混合废塑料转化为高品质轻质热解油,并进一步用于裂解乙烯、丙烯。科茂与多家化工巨头、包装企业和品牌商有密切合作,正在推动中国完成废塑料到食品级新塑料行业闭环。

  化学循环化纤和包装产业链有两条路径,一条为PET瓶、废纺织品(涤纶、尼龙、氨纶等)通过解聚法制成单体,聚合后制成纤维、瓶片和膜料;另一条为聚烯烃化学回收工厂将废塑料制成塑料油或双烯苯,通过石化企业制成化纤和包装材料单体,再制成纤维、瓶片和膜料。

  聚烯烃基废塑料通过制PCR乙烯、苯再进一步制PET单体,最终产出原生品质的PCR PET,避免了瓶到瓶原料成本过高的问题,是一个潜力很大的方向。目前以聚烯烃废塑料为PCR PET原料的路线,科茂环境等企业正在与上下游伙伴推进项目。

  2021年,树业环保年产7万吨化学回收r-BHET生产线投产。其r-BHET获得了ISCC PLUS认证,系其化学醇解回收循环再生专利技术生产的聚酯系列原料,已获得SABIC、韩国SK 、可口可乐等500强企业高度认可。产物可广泛应用于特种工程塑料、高档化妆瓶、高端运动衣服、高端运动鞋材等领域。

  同年,三联虹普与台华新材旗下控股子公司浙江嘉华签署化学法循环再生尼龙材料项目合同,合同金额6256万元人民币。该项目如成功实施,将填补国内该领域技术空白,并一举达到世界先进水平。

  化学循环泡沫产业链有两条路径,一条为废泡沫及其他聚氨酯制品通过解聚法制成单体,聚合后制成新的泡沫等产品;另一条为聚烯烃化学回收工厂将废塑料制成塑料油或双烯苯,通过石化企业制成多元醇和异腈酸酯单体,再制成泡沫等产品。

  聚氨酯制品有热固性和热塑性之分,热塑性聚氨酯有不少物理回收案例,热固性聚氨酯暂无物理回收案例,化学回收是其再生利用的重要潜在方向。

  2021年,科思创在德国开始运行一个软质泡沫化学回收试验工厂,目标是将废旧床垫中的软质泡沫通过化学回收,并最终将回收的原材料再销售。

  化学循环有机玻璃产业链有两条路径,一条为废PMMA通过解聚法制成单体,聚合后制成PCR PMMA,可制成新的有机玻璃,或者与ABS混聚制取透明ABS,用于汽车领域;另一条为聚烯烃化学回收工厂将废塑料制成塑料油或双烯BTX,通过石化企业制成MMA单体,聚合后产出PCR PMMA。

  PMMA的需求量并不高,但其最重要的使用属性为透明度,而物理回收较难保证透明度,因此化学回收很有可能会成为主要的回收方式,目前已在全球范围内拥有较多案例。

  化学循环产业模式在欧美国家及跨国公司得到验证,世界头部品牌、包装、零售、化工和资源回收企业普遍认同化学循环是完成其塑料可持续目标的核心途径,并在全球范围内迅速布局产能。根据在建项目统计,全球化学循环产能将从2020年的万吨级增长到2025年的数百万吨级。

  我国企业也在积极开展技术研发和产能布局。作为国内最大的树脂生产商,中国石化正在着力攻关热裂解和微波裂解等新技术,同时与相关企业建立技术合作,已有百吨级中试和万吨级在建项目。科茂环境已有多个项目在建设中,合计年处理量68.3万吨,同时在20余座城市布局产能。

  未来会出现大型废塑料化学循环基地,既能够处理附近地市每天数百吨至上千吨的废塑料,也能与现有的中小型化学回收工厂协作,同时处理废塑料和塑料油,产出PCR双烯、BTX和聚合物,供给下游树脂企业、改性企业、精细化工企业和化纤企业。

  科茂环境正在建设年处理量60万吨的废塑料化学循环全球灯塔工厂,以前沿的“高选择性催化裂解”专利技术生产PCR丙烯、BTX和低碳烷烃,将废塑料全部转化为基础化学品。丙烯通过聚合生产PCR PP;烷烃可作为蒸汽裂解的原料,拥有比石脑油更高的收率,产出的乙烯丙烯后聚合为PCR PP/PE,也可燃烧产出垃圾基再生能源以自用或输出;BTX可通过芳烃联合装置生产PX,进而加工成PCR PET。工厂能够实现从废塑料到食品级新塑料的完整闭环,即“彻底的化学循环”,同时可以实现净负碳排超过120万吨/年和净负能耗。

  科茂化学回收研究院认为,中国化学循环产能潜力为数座百万吨级超级工厂,数十座30-60万吨级大型工厂,100-200座数万吨级中小型工厂,有着全球最大的产能潜力。

  化学循环的原料来源渠道多种多样,可以跟环卫系统接轨,也可以嵌入垃圾焚烧厂进行焚烧前分选,还有工业农业危废废塑料等多种渠道。废塑料的充分资源化有潜力使城市垃圾焚烧减碳25%-40%。

  第一种场景是与环卫系统接轨,通过大型垃圾分选装置,在干垃圾、湿垃圾、混合垃圾、装修垃圾中分选出低值废塑料做化学回收,生成塑料油或新塑料原料,剩余垃圾通过焚烧或填埋处理。这可能是未来潜力最大的渠道,也是中国成为世界化学循环PCR塑料最大生产国和输出国的关键环节。

  相较而言,物理回收更多地依赖现行的废品回收体系,化学回收能够更好地与环卫系统结合,推动“两网融合”体系建设。

  第二种场景是在焚烧前将垃圾经过分选设备,分选出其中的低值废塑料,进入化学回收装置,剩余垃圾进入焚烧设备。欧洲已呈现焚烧前分选的趋势。一是可以实现垃圾处置碳减排,通过碳交易产生附加经济价值;二是高热值塑料的分出使焚烧厂拥有更强的垃圾吸纳能力,政府就不需要建造更多垃圾焚烧厂。这既是政府诉求,也是市场诉求。

  我国发达地区生活垃圾增量显著且热值提升明显,尤其在垃圾分类情况下,干垃圾热值过高导致焚烧效率下降的情况开始出现。进行焚烧前分选,一是可更好地实现垃圾减量化和资源化,实现“无废城市”目标;二是可以实现显著的碳减排;三是减少焚烧厂的环保和运营成本压力。某些欠发达地区,垃圾焚烧厂或面临“吃不饱”的现象,则暂时可能不适宜进行焚烧前机械分选。中国化学回收产能的扩大、有效率的产出,会为垃圾焚烧前分选提供重要的经济动力。

  第三种场景是在老旧垃圾填埋场复原开挖后经过分选设备,分选出其中的低值废塑料,进入化学回收装置,剩余垃圾进入焚烧设备,或者进行回填。填埋前分选也可能会出现,分选出低值废塑料和其他可回收物,剩余不可回收物和难回收物进行填埋处理。现在我国垃圾填埋场中的废塑料体量约为4-5亿吨,因此这是目前潜力最大的存量原料来源。

  其他应用场景,比如农膜、农药包装、造纸厂尾渣、医疗废塑料、危废废塑料等,许多难以进行物理回收的废塑料有望成为化学回收很好的原料。其中医疗废塑料成分以较纯的聚烯烃为主,采用裂解技术可实现较高收率,但须经过无害化处理,微波技术是无害化处理的重要路线 垃圾分类+环卫一体化使原料可得性增强

  我国于2017年开始在46个重点城市开展城市生活垃圾分类,并从2019年起进一步推广到全国地级及以上城市。各地制定了详细的垃圾分类方法、目录与指南,购置了大量的垃圾分类设施、设备,并广泛开展了垃圾分类的宣传教育与督导,投入了大量的人力、物力、财力,我国城市生活垃圾回收率大幅提升。

  纵观资源再生行业,为了得到高质量和高价值的再生产品,需要在生产加工过程的进料环节满足单一材质(高纯度、少杂质)的要求。尽管化学回收对原料的单一度和洁净度要求不高,但若能提供更高纯度、更少杂质的原料,将会得到更高质量和更高价值的产品。我国生活源垃圾往往是不同材质的混合物,除了废纸、废金属、废纺织品等混合,仅废塑料就包含数种不同组分,如PET、PP、HDPE、LDPE、PS、PU、PA、PMMA、PC、ABS等,所以分选就成为资源化过程中必不可少且最为关键的前置环节,甚至可以说分选是实现资源化目标的必要手段。只有通过分选后得到高纯度的单一材质物料,才有可能成为再生加工环节的合适进料,从而生产出优质再生料用于新产品生产,完成资源化过程。

  2022年1月,发改委等部委发布《关于加快废旧物资循环利用体系建设的指导意见》(下称《意见》),《意见》要求:到2025年,建成绿色分拣中心1000个以上;包括废塑料在内的9种主要再生资源循环利用量达到4.5亿吨。《意见》的发布,促使垃圾分拣/分选工厂如雨后春笋般涌现,截至2022年6月,已有11家企业通过再生资源绿色分拣中心认证。

  分选行业的技术和设备非常成熟,但在中国尚未广泛普及,下游资源化收益不高,较难覆盖分选成本是主要原因之一,因此比较依赖政策和补贴的推动。化学回收凭借卓越的经济性,依靠仅占生活垃圾分选厂产出物15%-20%的低值废塑料为原料产生的收益就有可能覆盖整个分选系统和化学回收的成本。另外,在化学回收产能建立之前,生活垃圾分选产出的大部分废塑料品质较低无法物理回收,只能通过焚烧或填埋处理。

  凭借独特的技术优势、卓越的减碳属性和对上下游产业的促进作用,化学循环是解决塑料污染、推动“垃圾分类”、“无废城市”、“两网融合”、“循环经济”、“双碳目标”等政策落地实现的绝佳途径甚至是唯一出路,受到环卫和固废处理企业的青睐。

  区别于固废处理行业的其他领域(如危废处理等领域较高的技术壁垒、垃圾焚烧领域较高的资金壁垒),环卫行业的准入门槛相对较低,市场竞争激烈。目前整个市场参与的企业有数千家,其中以规模较小的环卫企业为主,市场集中度CR10在15%左右。向上下游延伸,将垃圾分类、无废城市和两网融合等串联成为环卫企业的必经之路。部分头部环卫企业已开始探索“垃圾分类+环卫一体化+再生资源”新模式,大力布局再生资源产业,在将垃圾分类和清运的基础上,通过高值化回收实现利润增长。

  同时,垃圾焚烧市场集中度已超过50%,未来增长引擎将不再依赖焚烧项目扩张,而是以垃圾焚烧厂为据点,开拓相关环卫、餐厨、工业固废、危废、医废、再生资源等“焚烧+”业务,依托焚烧厂建设静脉产业园,部分企业尝试探索“分选+再生+焚烧”新业态。部分企业行动请见下表:

  废塑料化学循环技术在技术水平、规模效应、产品品质、环保程度、安全生产等方面较以往实现了长足进步,具备大规模工业化生产的基础,未来也将成为主要的碳减排技术之一,已成为国家重点支持鼓励的产业。

  化学循环PCR塑料已成为头部跨国企业的重要战略和KPI,真实且庞大的市场需求已形成。税收、碳补贴等因素的加持赋予了化学循环PCR塑料数倍的短期溢价,以及较高的长期溢价。

  废塑料回收法定目标逐渐清晰,化学循环PCR塑料的终端使用和专属产品标准正在推进,科技、金融及其他配套政策支持正在建立,废塑料化学循环行业政策支持力度逐渐增大,未来前景一片光明。

  全球化学循环产能将从2020年的万吨级增长到2025年的数百万吨级。世界头部品牌、包装、零售、化工和资源回收企业普遍认同化学循环是完成其塑料可持续目标的核心途径,并在全球范围内迅速布局产能,为中国的产业发展提供了样本。

  在产业变革的时点,上一阶段的领先企业,若没有自我革命的勇气实现战略转型,很多会像诺基亚、柯达等企业陷入创新者的窘境,迅速由盛转衰。全球头部品牌、包装、化工企业面临低碳循环转型,环卫和固废企业面临国家鼓励焚烧到鼓励资源化的政策转变,当前塑料回收主力军物理回收企业面临高值塑料原料紧缺、价值增值不高的难题。废塑料化学循环是当下值得重点投入的战略方向。

  感谢中国石油和化学工业联合会外资委副秘书长满娟,终止塑料废弃物联盟(AEPW)中国区首席顾问汤裕生,世界银行集团IFC高级投资官员孙浩和顾问庄平博士,中国合成树脂协会塑料循环利用分会会长、同济大学生态文明与循环经济研究所所长杜欢政教授,中国石化集团高级专家、教授级高工蔡志强,中国石油集团高级专家、教授级高工庞江竹、光大环保(中国)技术总监、光大生态环境设计院院长张洪波,上海睿莫环保联合创始人熊维博士,安姆科集团大中华区研发副总裁王忠林,陶朗集团循环经济副总裁常新杰,广东丽诺环保有限公司总经理洪禄添,德国国际合作机构(GIZ)废弃物与循环经济部门主任钱名宇,远景红杉碳中和基金副总裁张加贝,广东省环境科学研究院环境风险与损害鉴定评估研究所王中慧工程师、高黎博士,国泰君安证券政策研究院宋亚楠博士,以及中国石油和化学工业联合会化学循环课题组成员伙伴对本系列报告做出的重要贡献。