3万吨年二氧化碳基降解塑料项目

3万吨年二氧化碳基降解塑料项目内容摘要：

有关专家估计，除完全降解技术以外，国内外在降解塑料技术方面相差不大，但目前 我国降解塑料在技术和经济上都存在一些问题，其原因是生产企业推向市场的产品基本上是部分降解产品，如淀粉填充型生物降解、光 /生物降解聚苯乙烯发泡餐盒，光 /生物降解聚丙烯餐盒、聚乙烯包装袋、垃圾袋等。 这些产品具有与普通塑料制品相似的使用性能，但降解性能较差，阻碍了降解塑料大规模进入市场。 2020 年宁波天安生物有限责任公司消化吸收了中科院微生物所的技术，经过 7 年的努力建成了千吨级聚羟基烷酸酯的生产线，这是国内最大的微生物发酵制备生物降解塑料的规模化生产线。 国内外二氧化碳聚合物的供应现状 1991 年 ，美国的空气化学产品公司通过购买日本专利并改进申请美国专利后， 1994 年已有二氧化碳聚合物出售。 近年来日本在二氧化碳聚合物研究上有了一定的进展。 日本三菱化学公司高桑恭平进行了二氧化碳、环氧乙烷共聚合的研究，制成了热稳定性高，力学性能好又可生物降解的聚碳酸亚乙酯。 目前，世界上二氧化碳基塑料的规模化生产线还未见报道，俄罗斯伏尔加格勒州立大学有 30 吨规模的试验生产线，韩国的浦项制铁（ POSCO）计划从 2020 年开始筹建年产 3000 吨生产线，但是否已经建成还不确定。 8 2020 年 4 月，集团公司采用专利技术，经过 3 年 的艰苦努力，完全采用国产设备，成功地建成了年产 3000 吨二氧化碳基塑料生产线，并生产出合格产品，这是目前世界上投入运行最大的二氧化碳基降解塑料的生产线。 国内外市场需求情况 二氧化碳共聚物与美国 Cargil Dow 公司生产的聚乳酸相比，两者具有类似的透明性、阻隔性和可降解性，但二氧化碳共聚物玻璃化温度（ 360C）比聚乳酸（ 560C）低，韧性比聚乳酸好，强度比聚乳酸低，两者的性能可以互补。 从综合成本来分析，聚乳酸的最终成本具有降至 9000－ 10000 元 /吨的潜力，而二氧化碳共聚物具有降至 6000－ 7000元 /吨的潜力。 随着聚乳酸市场突破 30 万吨级，二氧化碳基塑料的市场也将达到 20－ 30 万吨级。 由于成本较低，二氧化碳基塑料的市场份额会迅速增大。 据美国、日本和欧洲降解塑料协会的权威预测， 2020 年降解塑料的需求超过 50 万吨，随后 5－ 15 年将是降解塑料飞速发展的时期，预计到 2020 年为 200 万吨， 2020 年全世界的需求将超过 2020 万吨，中国的需求将超过 200 万吨，因此降解塑料的市场前景十分广阔。 市场预测 近年来我国塑料消费不断上升，已经成为世界塑料生产和使用大国，塑料垃圾量越来越大，“白色污 染”日益严重，必须加强治理。 据 9 统计目前我国食品、医药、电器行业的塑料包装年需求量在 200 万吨以上，仅一次性塑料医疗制品每年需求就超过 20 万吨，其中难以回收利用的一次性塑料包装占 40%，产生的垃圾量每年 80 万吨。 如果其中30%以降解塑料取代，市场需求每年也在 20 万吨以上。 降解塑料已得到国家有关部门的高度重视。 近几年来我国政府及有关部门出台了一系列政策和措施，如 1996 年铁道部发出禁止使用聚苯乙烯发泡餐盒的通知。 其后杭州、株洲、汕头、武汉、厦门、福州、广州、长春、哈尔滨等城市也相继出台了禁止使用一次性聚苯乙烯 餐具的规定，大连、张家口等城市出台了禁止使用不易降解的聚乙烯包装袋的规定。 1996 年国家颁布的《中华人民共和国固体废弃物处理法》，对地膜、一次性包装塑料制品的使用也作了相关限制，国家环保局也将降解材料列入环保产品。 这些措施对降解塑料占领国内市场提供了十分有利的机遇。 国际市场上全降解塑料的价格普遍高于 30000 元 /吨，限制了降解塑料的大规模应用。 针对世界绿色和平组织的巨大压力， 2020 年 3 月美国和澳大利亚政府承诺：如果普通全降解塑料的市场价格低于 20200元 /吨，医用全降解塑料的售价在 25000 元 /吨，政府 将给予生产和销售全降解塑料的公司一定补贴，并制定推广全降解塑料的政策法规。 因此，我们若能以上述价格出口，只需占领国际市场的 10－ 20％，年需求量就可达到 10－ 20 万吨。 本项目的最终产品为完全降解塑料，属于高科技专利产品，国际上正处于导入期阶段，但随着技术和市场的逐渐完善，该产品将进入 10 迅速成长期。 从国内外的需求来看，本项目的产品具有巨大的市场潜力，若能降低成本，以每吨 20200 元－ 25000 左右的价格销售，是完全有希望在近几年达到 10 万吨 /年的生产规模并占领国内外市场。 主要原材料价格分析及预测 本项目的主要原料有二氧化碳、环氧化物等，其价格见下表。 主要原材料的价格及其供应情况表 原料 价格（元 / 吨） 产地 二氧化碳 500 原产地，管道输送 环氧丙烷 11000 锦西石化，专用槽车运输 甘油 8000 北京 ,运输距离大约 1000 公里 甲醇 2020 油田，汽车运输 溴乙烷 10000 天津，铁桶，汽车运输 本项目的二氧化碳和甲醇均由 公司 内部供应，数量充足，质量可满足工艺要求，价格分别稳定在 500 元 /吨和 1800 元 /吨左右。 环氧丙烷由 *****集团供应，国内环氧丙烷近 4 年的价 格变化如图1 所示，从图中可知：随着环氧丙烷用量的增加，其价格（平均值）有上升趋势，但已逐渐趋于平稳。 若加上运输费和包装费，每吨需增加1500 元左右。 环氧丙烷的价格主要受运输距离、产能规模、原料价格及工艺的影响。 11 6000650070007500800085002020 2020 2020 2020环氧丙烷 图 1 2020～ 2020 年环氧丙烷的价格波动情况 甘油、溴乙烷等属于基本有机化工产品，国内产量充足，价格相对稳定。 上述价格来源于调研、网上查询、电话咨询生产厂家、相关化工报刊及技术方提供等。 目标市场的分析与预测 市场细分 本项目产品面向国内外市场。 国外主要销往美国、日本等发达国家；国内主要面向东北、华北及中原地区的食品包装、食品保鲜、一次性泡沫塑料及餐具、一次性医药包装等行业。 目标市场 我们目前产品的主要用户为日本、美国大的塑料制品公司。 国内主要用户为宁波天安生物制品公司、山东威高科技公司等。 12 3 建设规模及产品方案 建设规模 根据 CO2 高效固定为全降解塑料技术完善程度、规模效益和市场状况等 多因素综合考虑 ，确定二氧化碳基降解塑料项目的生产规模为 3万吨 /年。 产品方案 根据现有的技术开 发现状和市场需求，通过调整生产工艺、技术配方、后处理工艺等可生产保鲜膜树脂、食品包装材料树脂、 泡沫板材树脂 和餐盒材料树脂等四大系列产品。 具体品种及其产量见下表。 产品方案一览表 品种 产量（吨） 保鲜膜树脂 5000 泡沫板材树脂 10000 食品包装材料树脂 7000 餐盒材料树脂 8000 13 4 场址选择 位置现状 场址建设条件 资源情况 ***公司，有丰富的二氧化碳资源。 2020 年，预测储量约为 200亿立方米，现正常生产井有万 万 11万 118 三口井。 根据测算， 3口井年合理采气量为 42429 吨，最大生产能力为年产二氧化碳液体 6万吨。 2020 年， ***已完成 3 万吨 /年高纯度 CO2 的净化生产线，提纯后 CO2 纯度可达到 %。 从二氧化碳的质量和储量上看，完全可以满足本项目的要求。 地形、地貌情况 拟选厂地多为草原地带，无任何建、构筑物，不需拆迁，该区地势平坦，平均海拔 158～ 159m，由于地处荒地，地势相对较低洼，不属于泄洪区。 工程地质及气象条件 该区地震烈度为 VII 度，最大冻土深度。 全年平均气温 ℃ , 月平均最高气温 28℃， 最低气温 ℃，极端最高气温为 ℃ , 极端最低气温为 ℃。 年平均降雨量为 ，多集中在 7～ 8 月份，年最大降雨量为 ，日最大降雨量为。 日最大积雪量 14 为 ，最大积雪深度为 280mm，最多积雪天数 130 天，最少积雪天数 14 天，积雪平均天数 天。 全年主导风向为西北风，主导风向频率为 15％，年平均风速为 ，最大风速为 20m/s。 交通运输 公路交通比较便利，有柏油公路直达农安县和德惠市。 但无直通铁路，西距农安县城 25 公里，东距德惠 市区 28 公里。 **县现有两条符合危险品运输的铁路专用线：一是生产资料专用线；二是石油公司专用线。 原料和产品运输均可使用上述专用线。 环境保护条件 通过密闭的流程、完善的回收系统，基本上没有“三废”排放，是一条环保生产线。 拟对厂区进行绿化美化，种植花草，改善生产区周围空气的质量。 公用设施条件 供电条件及通讯 该项目的电源规划引自 **专用出口，用电容量 2500KW，备用电源由柴油发电机提供。 供水条件 根据 *公司和水资源办提供的资料 ，农安县无三系水，现农业用水均为四系地表水，深度为 3050 米，开采井距 450 米。 从长远考虑，为了不 15 与农业争水和避免纠纷，我们的地下水将取自该地区 150200 米深的姚家组有水层，水层最大厚度为 810 米，最小厚度为 24 米。 由于本项目用水量不大，而且 80％是循环水。 地下水可以满足本项目的工业和日常生活用水。 防洪、防潮及排涝条件 依据水文地质资料，该区为枯水区，即使在雨水多发年，该区不会形成洪涝灾害，但是为节约良田，不占用耕地，选择了地势相对低洼、荒地，为了厂区在雨水季节的排涝、防潮，厂址在原地 坪标高的基础上垫土厚 ，依据现场地势，西高东低坡向，按 3‰ 坡度，顺自然地形，雨水排在厂区的东侧。 这样布局，不仅可节约耕地，同时减少土方量，使厂区的建、构筑物在雨季满足了防洪、防潮及排涝的要求。 征地及拆迁 我们已与有关部门研究征地事宜，正在进行拟选厂址土地的审批工作，现进展顺利。 因是新建工程，所用土地内无任何建筑物和民宅，无拆迁困难。 16 5 技术、设备、工程方案 技术及设备 技术方案 根据国内外完全降解塑料的研究现状，经过多方比较和论证，在大量试验的基础上， 研究所 选择了以二氧化碳 和环氧丙烷为主要原料，生产完全降解塑料。 在技术上，研究所拥有自主知识产权的专利技术。 该项目的整体研究处于国际先进水平，在研究过程中，获 5 项中国专利和 3 项美国专利。 从原料来源上看，公司有丰富的二氧化碳资源，且质量好、纯度高；而环氧丙烷为基本有机化工原料，来源广泛。 在环境保护方面，整个生产过程为全密闭流程，基本实现了无“三废”排放。 工艺方案及流程 工艺路线总述 将催化剂的各组份在无水无氧催化剂制备釜中混合，在二氧化碳气保护下陈化后打入无水无氧的聚合釜中，加入计量的环氧丙烷，将二氧 化碳气体充入聚合釜中至 30－ 40 大气压，随后将反应温度控制在60－ 800C，聚合反应进行 6－ 10 小时后结束聚合过程，泄压后将产物在保温下送到后处理釜中，以少量甲醇处理聚合物，然后进行离心分 17 离，固体物料烘干，造粒，得到二氧化碳聚合物母料。 液体物料进行分馏回收，回收单体、甲醇以及反应中产生的碳酸丙烯酯。 二氧化碳气体经过冷却脱除残余的单体，再进入下一个循环。 整个过程是一个全封闭、无泄漏、无污染的环保生产工艺流程。 工艺技术来源 该项目的工艺技术均由 研究所 提供，经过实验室和 3000 吨 /年的中试试验，该 技术已成熟和完善。 18 生产总流程 生产总流程： 主要设备方案 根据二氧化碳聚合物的聚合过程，本项目共分为前处理车间（原料净化系统）、催化车间、聚合车间、后处理车间，还有控制系统、包装系统及存贮系统等。 本项目的设备分为非标设备和定型设备两种。 主要设备 50多台套，见下表。 稀土配合物 烷基锌 多元醇 复合、陈化 2－ 10h 稀土组合 催化剂 无水无氧高压釜中进行聚合反应 6－ 10h 环氧化物 常压回流 2－ 10h CO2 保护下加入 泄压 回收 CO2 及环氧化物单体 出料，白色聚合物 成品 用于普通包装材料 成品。 用于食品、医用包装材料 19 主要设备及投资一览表 序号 设备名称 来源 数量 (台 /套 ) 备注 1 高压反应釜及温控系统 8 6－ 10m3 全流程 DCS 控制系统 2 输送泵 8 3 聚合后处理设备 4 淋洗、除去稀土催化剂，单体、反应副产物回收 4 干燥设备 4 5 精馏设备 4 6 液体储槽 16 7 分离设备 2 二氧化碳及环氧化物单体分离及循环使用装置 8 造粒装置 4 9 催化剂制备系统 1 10 辅助设备 合计 51 工程。