工艺展览

　　作为中国最大的合成树脂生产商，中国石化是首家加入终止塑料废弃物联盟（AEPW）的中国大陆企业，近年来在易回收、可循环、可降解等方面持续发力，不断探索合成树脂循环经济发展路径，打赢“白色污染”攻坚战。

　　本期专题为您展示中国石化在处置和节约利用塑料制品方面的实践和努力，欢迎关注。（文图由 郭 鑫 陈子佩 甄栋兴 潘亚楠 周梦瑾 孙宝翔 翟瑞龙 提供）

　　目前生活中使用的包装袋，一般是复合包装，比如牛奶外包装盒，由表膜、黏合剂、纸、PE（聚乙烯）等十几层材料构成。这种多材料构成的复合膜虽然机械性能更优良，但多层膜的紧密黏结，导致分开难度较大，即使回收，也难以重复利用。目前，欧盟制定新的法规，要求“提高塑料包装的回收利用率，并确保2030年前所有的塑料包装都可进行回收或再利用”，当前普遍的使用的复合包装将不能够满足这一要求，此规定为BOPE全PE单一材料包装材料的开发和应用带来了契机。

　　BOPE薄膜（双向拉伸聚乙烯薄膜）是一种单一、可实现完全回收利用的塑料材料。使用BOPE薄膜不仅能减薄包装30%~50%，减少合成树脂使用量，而且能提高包装强度。

　　BOPE薄膜可作为包装膜、复合膜、农用膜、医用膜，特别是高强度抗穿刺复合包装袋、耐低温包装、轻量化包装、一体化材质可回收包装等。如：真空米砖包装、洗衣液自立袋、面膜袋、抗破包速冻食品包装、低温包装等。

　　BOPE薄膜就是以具有特殊分子结构的聚乙烯树脂为原料，经平膜法双向拉伸工艺成型的一类高强度薄膜材料。

　　通俗来说，在普通聚乙烯的微观结构中，分子链处于无规松散状态，如一团乱麻。经过吹塑、流延等拉伸工艺处理后，一部分分子便朝同一方向整齐排列，使材料在拉伸方向上的力学性能明显提升。如果从横向、纵向两个方向拉伸，就如同给这团松散的麻线织就了纵横的网架，材料的力学性能将大幅提升。

　　复合包装材料由两种或两种以上材料，经过一次或多次复合工艺组合在一起而形成。复合包装材料常由双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）、双向拉伸聚酯薄膜（BOPET）等材料制造成。而 BOPE由于材料中只含有聚乙烯，这种单一材料包装结构与传统的多种不一样的材料复合的包装结构相比，更利于回收再利用。

　　在厚度减少30%~50%的情况下，关键性能仍达到普通聚乙烯薄膜的性能，从而能够有实际效果的减少物料使用和能量消耗，以及运输成本和碳足迹。

　　同时，BOPE薄膜具有更为出众的厚度均匀性，热封性、防潮性好，纵、横向抗拉强度好，并具有可折叠性等优点。

　　并不是所有的聚烯烃树脂都能够最终靠双向拉伸工艺加工，在高速拉伸的作用力下，普通聚烯烃树脂存在极易破膜的技术难题。中国石化北京化工研究院从1999年起就参与国家相关项目的研发，通过调节聚烯烃的微观结构，首先研发出替代国外同种类型的产品的BOPP专用料，于2004年获得国家科学技术进步二等奖。

　　2007年，北化院开始攻关BOPE产品研究开发，对BOPE专用料的分子结构和聚集态结构可以进行调控，最终成为国内首个开发出兼具高拉伸速度和高拉伸倍率、可满足薄膜工业生产的BOPE专用料的团队，专用料性能完全超越了进口产品，已获得中国授权专利40多件，欧洲、美国、日本授权专利3件。

　　我国地膜产量和使用量都居世界第一，年使用量超过140万吨，约占世界总使用量的70%。新疆当地专家呼吁，地膜残留问题如果不解决，再过5~10年，新疆将无地可种。近年来，中央和地方有关部门很看重地膜污染治理工作，提出到2025年基本实现地膜全回收。

　　“新疆棉花好，地膜少不了”。中国石化勇担职责，助推农业可循环可持续发展，自主研发的国内首款高强度长耐候的地膜在新疆阿克苏地区棉田成功应用，助力新疆棉田稳产高产。

　　该专用料应用于室外经受气候的考验，如光照、冷热、风雨、细菌等造成的综合破坏，其耐受能力称为耐候性。耐候地膜专用料就具有防老耐候、稳定加工、绿色环保、回收率高等特点，其厚度仅为10微米左右，是国内最薄的耐候地膜。同时，耐候地膜回收后可重复利用，在新疆阿克苏地区棉田历经覆盖使用240天后，实现了回收再利用，避免了地膜残留。

　　耐候地膜生产的基本工艺有别于双向拉伸技术，使用的是吹塑法。如果把这种工艺比作吹气球，耐候地膜在气球制作的步骤中，无须添加各种颜色、助剂等，可一气呵成；“吹”的时候也无须担心时刻会爆炸，可以“吹”成比常规气球更大的气球；吹成的气球既薄又具有力学性能。

　　2019年起，北化院、化销华北、中天合创、下游用户产销研用一起努力，成功开发EGF-34GL高强耐候地膜专用料。所制备的耐候地膜在阿克苏地区棉田实际覆盖使用240天后进行回收。回收地膜光泽度好，物理机械性能满足企业测试标准和新疆区域标准（DB65 3189-2014）。经测试，耐候地膜回收率高于85%，显著优于市场同种类型的产品。2020年，中国石化在新疆建成34GL专用料高强耐候膜千亩示范田，2021年20万亩小规模推广，至今产销约1万吨。

　　废塑料危害虽多，但并非“十恶不赦”，它的破坏性往往与管理不当和低回收利用率有关。通过物理回收和化学回收两种循环方式，将废塑料变废为宝，成为当下最理想的处置方式。近年来，中国石化积极推动建立废塑料化学循环技术链和产业链。在回收中，将塑料中的高分子碳链转化为小分子，此后，通过加工既可以“返璞归真”，用来生产燃油、化工产品，实现“从石油中来，再回到石油中去”，也可以“浴火涅槃”，重新用来生产塑料，实现“从塑料到塑料”的闭环。

　　废塑料化学循环产业链需要回收、分拣、加工、生产等多个环节的多家企业密切配合方可顺利运转（如下图），因此“各自为战”“等米下锅”形势十分严峻。石油化工科学研究院自主研发出废塑料连续热解（RPCC）技术，成为同类技术中的佼佼者。

　　RPCC技术是废塑料化学循环的关键核心技术，也是目前废塑料化学循环的主流研究方向。废塑料热解技术能在特定条件下使塑料的大分子链断裂，使固态的废塑料变身为液态的“热解油”。然后，通过对热解油进行催化裂化后加工，高效、低排放地生产塑料单体，形成烯烃—塑料—废塑料—烯烃的闭合回路，实现塑料的再生利用。

　　形象地说，塑料是由烯烃等一个个塑料单体经过聚合反应形成的高分子化合物。每个塑料单体就好比一颗颗珍珠，在未经过加工时各自独立，但在生产塑料的过程中，各个塑料单体间会发生聚合反应，形成新的化学键将彼此连接，最终形成塑料产品，这一过程就好比用一条条丝带（化学键）将一颗颗珍珠（塑料单体）串联起来，共同形成一串珍珠项链（塑料）。而RPCC技术就是把连接珍珠的丝带剪断，让已经老旧的珍珠项链重新变回一颗颗珍珠，并且利用回收后的珍珠重新制作各式各样的珍珠项链，从而变废为宝。

　　2019年，中国石化成为首家加入终止塑料废弃物联盟（AEPW）的中国大陆企业，加大投入研发拥有自主知识产权的可降解塑料，并努力探索循环经济发展路径。目前，常见的可降解材料有PGA、PLA、PBST、PEAT等，而这些材料中都有中国石化努力的身影。

　　PLA（聚乳酸）是目前最广泛、投入研究应用最多的可降解材料，以玉米、秸秆等生物质为原料，是典型的可再生、生物全降解高分子材料，拥有非常良好的机械性能、物理性能和生物相容性，可大范围的应用于膜袋包装、一次性餐具、3D打印材料、医疗辅助器材等众多领域。

　　丙交酯是PLA的关键原料，目前，丙交酯合成技术是整个PLA产业链的关键“卡脖子”环节，其技术壁垒高、投资费用大、成本高。

　　中石化（大连）石油化工研究院从2014年开始丙交酯研发技术工作，经过近十年攻关，解决了影响丙交酯技术规模化应用的关键技术及工程难题，形成了具有自主知识产权的丙交酯合成技术，完成了技术中试，打通了全流程，验证了自主研发工艺和关键设备的可行性，研制出满足各项指标的丙交酯产品，可用于下游纤维级PLA合成，当前，正在进行万吨级丙交酯合成工艺包开发。

　　PGA（聚乙醇酸）作为重要的可降解高分子，是一种单元碳数最少、降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料。与其他可降解塑料相比，PGA在自然环境下就可降解为二氧化碳和水，甚至在海水中也能够获得有效分解。PGA除了应用于各类饮料和防腐食品包装，在医疗可吸收手术缝合线、农业地膜、油气开采等高端领域也具有广阔的应用空间。

　　为加快PGA的研究攻关，上海石油化工研究院成立4个工作小组，内外部联合攻关。在PGA合成领域，上海院建有PGA模试装置一套，于2019年打通乙醇酸-乙交酯-PGA的模试全流程，自制PGA各项性能达到了进口医用级PGA的要求，并经下游厂家试用成功制备出手术缝合线样品，相关性能达到企业要求。目前，该院已完成工艺包编制，正在开展PGA中试装置建设。

　　此外，2021年7月6日，中国石化贵州50万吨/年PGA项目一期20万吨/年工程开工，建成后将大力推进可降解塑料下游应用加工产业的发展。

　　在众多可降解材料品类中，PBS（聚丁二酸丁二醇酯）系列聚酯由于其成膜性好、耐热性高、力学强度高、耐水解性高，且可实现100%生物降解等特点，是包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜等一次性塑料制品的最佳替代品。

　　丁二酸，又称琥珀酸，是PBS系列可降解材料的重要合成原料，大范围的应用于合成可降解塑料、食品、医药、香料、油漆、电镀、表面活性剂、润滑剂、弹性体等领域。

　　目前，丁二酸成熟制备工艺主要有电解法和生物发酵法，存在成本高、产量小等问题，不足以满足我国现有可降解市场对丁二酸的原料需求，成为制约PBS发展的重要的因素之一。另一工艺为顺酐加氢、水解工艺，相较于前者，成本低、更为环保，但因技术难度大，目前尚未有工业化装置。

　　自2009年开始，中国石化着力开展顺酐加氢制丁二酸方面的研发技术工作，经过十几年的科研攻关，2021年，由大连院开发、上海工程公司研发的国内首套“10万吨/年顺酐加氢水解制丁二酸工艺包”，北化院自主研发的“顺酐加氢催化剂及2万吨/年顺酐加氢制丁二酸成套技术工艺包”，接连通过中国石化科技部审查。至此，中国石化解决了生物可降解材料关键原料问题，进而形成该领域完整研发技术链和价值链。

　　PBST（聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚丁二酸丁二醇酯）具备比较好的耐热性、力学性能和生物降解性，能够大范围的使用在一次性日用品、包装材料、塑料袋、农用薄膜等领域，是解决塑料“白色污染”问题的重要途径。

　　北化院从2004年初开始以稀土化合物作为催化剂进行PBST的聚合研究，先后完成不同装置规模的小试、模试、中试和工业生产装置的聚合试验。同时，依据对PBST的分子结构设计，开发了形状记忆材料、室温塑型骨折固定材料、3D打印线材等。该技术目前已经落地海南炼化，正在进行6万吨/年装置建设，预计2023年底实现装置中交，该套装置为国内外首套PBST专用连续聚合装置。

　　此外，2019年2月28日，仪征化纤生物可降解材料PBST（产品牌号TS159）在万吨级装置上实现工业化生产。

　　生物可降解PBAT（己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯聚合物）是一种半结晶型聚合物，熔点在120摄氏度以下，拥有非常良好的延展性、断裂伸长率、冲击性，以及优异的生物降解性，最大的优点是热稳定性好、加工性能好。除了应用于农膜生产，通常与PLA（聚丙交酯）等共混改性制成终端产品，还可用于塑料包装薄膜、一次性用具、医用材料等领域。

　　仪征化纤是国内生物可降解塑料的领跑者，是目前中国石化唯一生产PBAT的企业。

　　2022年4月，仪征化纤成功生产出高品质低熔融指数的生物可降解材料PBAT，用其生产的后期制品强度更高，更结实耐用。产品的质量达到了国内领先水平，得到了国内高端用户认可，PBAT熔融指数能轻松实现自由调控，满足多种用户的需求。

　　PBSA（聚丁二酸丁二醇酯共聚己二酸丁二醇酯）由丁二酸、1,4-丁二醇（BDO）、己二酸（AA）共聚而成，能够最终靠添加碳酸钙和淀粉减少相关成本。与PBST、PBAT相比，具有熔点低、结晶快、流动性高等特点，可用来生产3D打印线材、热粘合纤维、医用材料、膜袋类等产品。

　　在PBAT、PBST的工业化生产基础上，2020年10月27日，仪征化纤生物降解塑料产品再添新成员。历时数年，他们攻关的PBSA在万吨级装置上实现了工业化生产, 采用国内独有工艺技术，工艺路线国际领先。

　　答：目前的第一大难点，是循环产业链前端缺乏稳定规范的塑料来源。我国废塑料回收率普遍较低，废塑料循环再生产业仍处于发展初期和蓝海阶段，未建立起适用于构建循环型社会的专业稳定的收集、分选和供应渠道。当前废塑料的回收端存在原料分散、与其他废弃物混杂，且多为小作坊式企业回收等情况，难以实现跨领域、跨区域资源和市场的统筹，收集规模严重受限，分拣水平低，行业高精度、自动化、大型化的分拣设备少、成本高，影响了分拣的效率和质量。我国废塑料收集以拾荒大军为主，缺乏规范性、稳定性，而另一大主力城卫系统与塑料回收系统分属不同机构，无法高效协同。

　　第二大难点是循环产业链中技术、装备不成熟，影响工业化进程。在物理循环中，很多塑料是复合包装，并非单一材质，缺乏专业的设备分拣，导致再生料性能不稳定。在化学循环中，热解技术目前还存在四大亟待解决的问题：一是非牛顿流体，热溶入物黏度比较大；二是导热系数小，导热性能差；三是炉内温度不均匀，反应时间过长，二次裂解严重；四是杂质元素含量相对较高。

　　第三大难点是循环产业链的后端政策激励有待完善。一是废塑料规范化深加工制造合格产品的环节较多，加工流程复杂，成本比较高，影响了生产积极性；二是再生塑料产品的生产范围及产品的应用场景范围尚不清晰，具体产业政策也不明确，有关税收优惠政策并未兼顾产业链中后端；三是由于再生料在生产的全部过程中存在一些污染环节，此类项目的审批经常按危废项目提级管理，增加了审批难度。

　　答：一是强化政策推动。建议国家将废弃物循环再生产业纳入环保和产业高质量发展规划，指导地方政府、生态环境部门将废塑料等废弃物循环再生作为补充的条款，列入建设项目环境影响评价分类管理目录。按照环保减碳类项目简化合规性及环评等审批流程。建议增加资金扶持，加大对下游石化企业的税收优惠力度，通过碳税政策调高不可再生产品的价格，提高产业链利润率，调动公司制作积极性。

　　二是构建稳定的废塑料循环利用的来源。在政府主导下，加强生产企业与城市环卫、物资回收等单位之间的合作，减少中间环节，降低回收利用成本；鼓励和支持生活垃圾填埋场、塑料制品企业等废塑料集中的单位，将产生的废塑料配套提供给有资质的公司进行再生，建立稳定的废塑料供货关系；因地制宜研究集中处理半径，合理设置回收点位，以便快捷稳定获取废塑料资源。

　　三是加强绿色循环技术的创新与攻关。建议持续将废塑料循环利用技术纳入国家重点研发计划和重大科学技术专项，布局国家重点实验室。建设一批废塑料循环经济国家级创新平台，发挥新型制优势，加快突破瓶颈技术。鼓励石化企业产学研用深层次地融合，建设绿色低碳循环技术创新项目孵化器和协同创新平台，推动技术转移和创新成果转化。

　　四是加快新型化学循环技术的产业化步伐。我国能源化工企业一方面应加快关键技术攻关，加紧评估相关技术的规模化、可行性与经济性；另一方面建议尽快选取一两家小炼化公司进行试点改造，形成可复制、可推广的模式，同时强化规划布局，在主要城市型炼厂附近通过自建或者合作方式设立回收网点，确保性质和数量相对来说比较稳定的废塑料原料供应，建立“原料-产品-回收利用深加工-再生产品”全产业链模式，使其作为物理回收有效的补充及填埋和焚烧的替代方案。

　　五是强化数字技术赋能。研究“互联网+”资源循环利用的有关政策措施，推动数字技术在废塑料循环产业链前端、中端、后端多场景的应用。“互联网+”模式为废塑料资源回收打通了一条新渠道，可加速构建一个比传统的产业链更精简的回收再利用闭环。有国家政策的支持，借“互联网+”的东风，运用物联网、大数据等手段，建立再生资源回收的新产业模式，有望开启废塑料循环利用跨越式前进新征程。