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采用数字化回收解决方案促进人类生存、经济发展与环境保护协调发展
在整个塑料价值链上, 许多公司都在积极努力开展工作与合作,以解决塑料废弃物问题。而数字化解决方案正在帮助解决回收过程中的一些大难题。

可持续发展既是一项重大挑战,也是全世界关注的焦点。解决人类生存、经济发展与环境保护之间的三重底线,要在满足社区和员工需求的情况下减少对环境的影响,同时为企业创造利润并非易事。消费者和企业都在重新审视目前的情况,寻求解决可持续性发展的方案。

塑料的生产和使用是可持续问题中的重要部分,而疫情进一步提高了人们对塑料废弃物处理的关注。事实上,在疫情期间,所有可持续发展相关的题材都吸引了更多的关注。企业对风险的意识越来越强,对减少塑料废弃物等环境问题的关注也越来越多。与此同时,我们看到,在疫情期间,人们更多地使用一次性塑料制品来确保食品卫生和防止病毒传播。 

多年来,塑料的回收利用率一直不高,不过,加大塑料回收却是迈向循环经济的关键。这个苛刻的概念基于以下原则:制造过程需从当前的线性生命周期转变为整合废弃物和副产品并消除排放,同时从整体上减少对自然环境的影响。

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图1 - 塑料回收是迈向循环经济的关键

根据艾伦·麦克阿瑟基金会 (Ellen MacArthur Foundation)的数据,全球只有约14%的塑料包装被回收利用,多达三分之一的塑料包装最终进入生活环境当中。在最近的CERAWeek对话中,IHS Markit副总裁Anthony Palmer估计,到2050年,将有超过40万公吨的塑料废弃物渗入生活环境当中。

消费品公司纷纷制定宏伟目标,将再生塑料整合到其最终产品和包装之中,其中一大难题是扩大回收和收集流程,以解决塑料废弃物数量大、分散范围广的问题。

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图2 - 将再生塑料用于最终消费品和包装的必要性

令人欣慰的是,在整个塑料价值链上, 许多公司都在积极努力开展工作与合作,以解决塑料废弃物问题。而数字化解决方案正在帮助解决回收过程中的一些大难题。

对于使用机械回收工艺来说,当塑料废弃物被熔化并制造新的塑料制品时,很难将材料重新整合到价值链中。基于成份不同 ,由回收标志#1-#6标识的不同塑料类型(如图3所示)往往需要不同的解决方案和劳动密集型的分拣。许多包装更使用了混合塑料,通常标记为#7,这类材料需要用特殊方法处理。

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图3 - 塑料回收标志

日本公司FP Corporation在其包装和物流业务中面临着复杂的运营和可持续性问题。最终,FP公司成功地应用了数字化供应链解决方案来优化复杂的生产和配送流程,以实现盈利和可持续发展目标。

FP公司与Time Commerce合作制定了一个详细的调度计划,将需求计划和仓库容量与生产、库存和运输的关键成本要素相结合。该计划包括从消费者所在地回收废旧塑料容器,以及在生产现场对主要由聚苯乙烯(PS#6)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET或PETE#1)的材料进行再利用。FP公司估计,在2019财年,公司减少了44.3万公吨的塑料废弃物填埋并减少16万公吨的碳排放,延续了往年的持续增长。

数字化技术还有助于企业提升和改进新的回收能力,即“先进回收”。这种先进的方法与机械回收的不同之处在于,它将聚合物分解成初始单体或原料,或另一种可用作原料的中间物。先进回收将大量塑料废弃物转化为可用的材料。随着工艺的改进,它还可以在可回收塑料的种类和可变性方面提供更大的灵活性。  

热裂解是聚乙烯(HDPE#2和LLDPE#4)和聚丙烯(#5)先进回收的主要工艺。一些跨国公司正在致力于热裂解工艺研究,尤其是数字化模拟解决方案,如艾斯本公司的Aspen Plus。这些解决方案可用于对聚合物分解过程中发生的复杂反应进行建模,针对成本和排放,进而优化工艺操作条件。热裂解可以作为本地回收计划中有用的第一步,因为热裂解获得的液态产品比大量塑料废弃物更容易运输。

最近一项使用Aspen Plus对废旧轮胎热解进行建模的研究显示,模拟模型可以“作为一个强大的工具来响应决定燃料需求和价格的市场条件,同时由工艺经济分析驱动来确定最优的工艺操作条件(如温度)”。运营商可以根据当地市场对汽油、柴油和其他碳氢化合物的需求来优化生产。(1)

在回收过程中的下一个步骤中,数字化技术仍然可以发挥作用,因为由此产生的热解油将作为原料集成到生产烯烃的蒸汽裂解装置中。如Aspen PIMS等计划调度解决方案能帮助企业评估替代原料的装置处理能力,并就最优的加工条件提供指导。随着操作经验的积累,过程分析可以帮助操作员针对可靠性和维护工作(例如裂解炉除焦)提供操作指导,在平衡运营需求的同时确保运营高能效。

塑料在其应用中的价值,包括提高质量和耐久性,是整个塑料价值链的另一个重点。一些消费品公司正在转向可以重复使用的更耐用的包装,而塑料生产商则在努力提升产品质量,使其更易于回收,并从整体上降低目前生产中的浪费。

聚合物特性和工艺的模拟加速了新产品的开发,使生产厂商能够以更低的成本,更快将新产品推向市场。例如,陶氏化学公司利用动态模拟来调整工艺条件,从而加快产品上市并缩短聚合物生产的批次周期时间。SCG化学公司通过取消新HDPE牌号的工厂试验,节省了30多万美元。

塑料价值也受生产质量影响。数字化解决方案消除了在大批量生产过程中经常出现的低价值产品,同时优化当前的聚合工艺生产操作,以最大限度地减少低质量产品产量并降低能耗。计划调度解决方案可用于聚合装置的生产操作,通过优化生产计划调度和工艺操作条件,确保在高质量产品牌号切换之间所产生的过渡料最少。

全世界都需要做出重大努力来解决塑料废弃物的挑战,推进可持续发展目标。企业可以利用数字化解决方案,更好地加速实现聚合物的回收、优化和重新设计方面的宏伟目标。

参考资料:

(1) 《废旧轮胎的热解:使用Aspen Plus®进行建模和参数估计研究》,Hamza Y. Ismail, Ali Abbas, Fouad Azizi 和 Joseph Zeaiter. Waste Management,第60卷,2017年2月。

循环经济要求整合过程以消除废弃物和排放


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