2024年2月,研究人员发布了3种针对PET化学解聚工艺的经济效益评估,以期为未来PET化学回收发展的技术路线选择提供参考。
来源:pubs.acs.org
不同的PET化学解聚工艺会获得不同的单体物质。目前,主流的3种PET化学解聚工艺分别为:
1. 糖酵解。PET与乙二醇(EG)反应生成对苯二甲酸二羟乙酯(BHET)。
2. 醇解。PET和甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯(DMT)和EG。
3. 水解。PET和水反应生成对苯二甲酸(TPA)和EG。
来源:pubs.acs.org
研究人员根据现有的工业专利、文献对3种工艺进行了全面的模拟,讨论了操作过程中各项变量对产品收率、能耗的影响,最终总结出了3种工艺的优劣性。
糖酵解工艺
相比另2种方案,糖酵解工艺的优势最为全面:
工艺难度:糖酵解的工艺简单,对设备的要求最低,且拥有最低的综合能耗;
运输存储:反应产物BHET的熔点低,便于以液态的形式进行运输和存储;
回收产物:BHET本身属于TPA和EG的酯化反应产物,在进行PET再聚合时可以直接使用,不需要对现有聚合产线进行改造。
糖酵解的弱势在于:
转化率受限:糖酵解反应受化学平衡影响较大,需要高速率的EG投料才可以获得较高的BHET转化率;
产品纯度受限:BHET在反应生成的过程中可能存在较多的二聚体或多聚体难以被分离,会降低结晶纯化过程得到的晶体质量。
醇解工艺
醇解工艺适合生产高纯度的分解产物,其优势主要在于:
高纯度和高转化率:反应产物DMT的高挥发性使得对它的分离纯化很容易实现,并且使反应受化学平衡的限制较少,可以获得较高的转化率;
低能耗:能耗和糖酵解接近。
醇解的劣势在于:
反应物甲醇的高挥发性对反应器设计提出了额外要求;
醇解的反应速率较低,生产效率不如糖酵解;
DMT作为PET的合成单体,其泛用性不如BHET和TPA ,可能需要对现有PET聚合工艺进行改造。
水解工艺
相比与另外2种工艺,作者认为水解工艺不具有较强的竞争力,主要在于:
酸碱消耗大:几乎所有的工业水解反应产物都需要转换为盐以保存,因此每产生1 mol TPA需要消耗至少2 mol的酸和碱,增加额外的成本。
水电开销大:TPA盐在水中的溶解度很低,需要使用大量的水才可以溶解产物。这些水之后需要通过蒸发以获取 TPA结晶,因此需要大量的热能。
水解过程也包含一些优点,诸如较低的工作温度,高转化率和反应速率,以及解聚产物TPA可以直接用于PET合成等,但经济性方面相较前两种工艺存在较大差距,不适合规模化生产。
在组建PET化学回收生产线时,选择合适的技术路线至关重要,因为不同工艺各有其优点和缺陷。
糖酵解工艺路线简单且能耗较低,适用于处理易于提纯的PET,而醇解法则更适用于纯化难度较大或是对分解产物纯度要求较高的情况。水解工艺相对来说复杂耗能,但在某些情况下可能是必要的。
瑞欧科技提醒您,在制定PET化学回收策略时,需要综合考虑工艺的成本、能耗、效率以及处理废弃PET来源的特点,以最大程度地实现可持续的塑料回收。
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