塑料水杯生命周期研究報告

1、塑料水杯的生命周期研究報告一、概述1.1 意義在全球各個國家都大力發(fā)展各自實力的同時，全球資源、生態(tài)環(huán)境也受到了極大的影響，甚至出現(xiàn)了極大地危機，所以資源問題已成為全球性的關(guān)注熱點之一。面對人與 自然的矛盾不斷加劇，更多的人意識到我們需要重新認識環(huán)境問題的來源和人類活動方 式及消費模式之間的關(guān)系，通過各種不同的手段來促進人類的可持續(xù)發(fā)展，所以也有越來越多的人開始重視到產(chǎn)品生命周期的評價。本文通過PP產(chǎn)品整個生命周期的分析實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的生態(tài)化、預(yù)防污染、可持續(xù)發(fā)展等，希望能夠?qū)P生產(chǎn)現(xiàn)狀以及回收管理有所幫助。1.2 技術(shù)現(xiàn)狀聚丙烯是目前世界上最重要的合成樹脂之一，具有相對密度小、來源廣泛、質(zhì)量

2、輕、易回收、機械性能優(yōu)越的特點，且耐高溫、耐腐蝕，有優(yōu)異的電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，因 而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)制品、日用品、包裝薄膜、纖維、涂料等領(lǐng)域。PP塑料杯為聚丙烯機械一次沖壓成型工藝無印花，不可降解。1.2.1 技術(shù)水平在制作工藝上，聚丙烯工藝有多種，其中最有前途應(yīng)用最廣泛的是本體工藝和氣相工 藝兩大類。本體工藝本體工藝是在液體丙烯單體中進行丙烯的聚合反應(yīng)，按反應(yīng)器類型可分為本體環(huán)管反應(yīng)器和攪拌釜反應(yīng)器兩類，本體環(huán)管反應(yīng)器的代表是Spheripol工藝，而攪拌釜反應(yīng)器的代表是Hypol工藝。Hypol工藝能夠生產(chǎn)出用途廣泛的各類聚丙烯產(chǎn)品牌號，產(chǎn)品的灰分含量和氯含量低， 均聚物產(chǎn)品具有較高的等

3、規(guī)度和剛性，能夠生產(chǎn)光學(xué)性能出色的薄膜制品（BOPP、CPP、IPP）,以及具有較好可成型性和尺寸穩(wěn)定性的纖維產(chǎn)品。此外，不經(jīng)熱降解可制得高熔體指數(shù)的產(chǎn)品。無規(guī)共聚物具有很好的光學(xué)性能、低溫沖擊強度和低溫?zé)岱庑阅??？箾_共聚物產(chǎn)品中共聚物組分的分布均勻，剛性和抗沖性能的綜合性能優(yōu)異，可用于制造具有低溫耐沖擊性能的周轉(zhuǎn)箱、機械強度和外觀性能良好的工業(yè)零部件、汽車和電子工業(yè)部件等，可生產(chǎn)具有高流動性、高速注塑成型的多種嵌段共聚產(chǎn)品牌號。Spheripol工藝采用由海蒙特公司和日本三井化學(xué)公司聯(lián)合開發(fā)的高效催化劑體系GF2A翻FT4s ,能生產(chǎn)所謂全范圍的聚丙烯產(chǎn)品：聚丙烯均聚物、無規(guī)共聚物和三元共聚

4、 物、抗沖共聚物、多相抗沖共聚物、丙烯與烯煌類共聚單體在反應(yīng)器內(nèi)形成的合金，以及丙烯與非烯煌或極性單體形成的高性能合金等。氣相聚丙烯工藝氣相聚丙烯工藝是由氣相丙烯直聚合成固體聚丙烯產(chǎn)品，所采用的反應(yīng)器主要有三種: 立式攪拌床、臥式攪拌床和流化床。分別以Novolen氣相工藝、BPAmoco氣相工藝和 Unipoi 相工藝為代表。Novolen工藝的均聚和共聚都采用氣相聚合，不像 Spheripol和Hypol那樣均聚采用液 相聚合而共聚采用氣楣聚合，所以Novolen工藝從聚合反應(yīng)器出來的聚合物不需要再進行閃蒸、干燥處理，也不像漿液法那樣需要進行離心干燥和溶劑回收等步驟。Unipol氣相法聚丙

5、烯所采用的稀相流化床聚合工藝是共專長，其特征是簡單、靈活、經(jīng)濟、安全。由于采用了先進的氣相流化床技術(shù)和高效催化劑，流程大為簡化，只需較少的設(shè)備就能生產(chǎn)出包括均聚物、無規(guī)共聚物、抗沖共聚物等在內(nèi)的各種聚丙烯工業(yè)化產(chǎn)品。整個反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定而靈活，可以在較寬的操作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)操作條件，產(chǎn)品性能保持均一。BPAmoco氣相工藝的一個顯著特點是獨特的反應(yīng)器設(shè)計使其具有良好的徑向混合和低 的軸向分散。采用高效催化劑，停留時間小于1h。BPAmoco工藝的第二個特點是撤熱方式攪拌床反應(yīng)器的反應(yīng)熱是靠液體丙烯汽化帶走的，這種反應(yīng)器可使單程轉(zhuǎn)化率達到15%-20%或更高，而其它主要靠循環(huán)氣流控制溫度的氣相法工藝的單

6、程轉(zhuǎn)化率只能達到2%-3%。另外，聚丙烯還可以通過改性來提升在某些方面的性能，以滿足特殊情況的需求，或者能增強某些方面的能力以獲得更廣泛的應(yīng)用。目前，聚丙烯的改性按照改性方法主要可分為：接枝改性、填充改性、共混改性、交聯(lián)改性四種。1.2.2 環(huán)保情況塑料本身不能再自然條件下降解，逐年積累下來的廢舊塑料已經(jīng)造成了嚴重的環(huán)境 污染。同時，廢塑料熱然蘊含這巨大的再生資源。因此，廢塑料的資源化是解決廢塑料 對生態(tài)環(huán)境以及節(jié)省能源的重要舉措。(1)重熔再生該法是將廢塑料加熱熔融后重新塑化。根據(jù)原料性質(zhì)，可分為簡單再生和復(fù)合再生 兩種。簡單再生已被廣泛采用，主要回收樹脂生產(chǎn)廠和塑料制品廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊

7、角廢料，也可以包括那些易于清洗、挑選的一次性使用廢棄品。這部分廢舊料的特點是比較干凈、成分比較單一，采用簡單的工藝和裝備即可得到性質(zhì)良好的再生塑料， 其性能與新料相差不多?，F(xiàn)在塑料廢棄物品約有20%采用這種回收利用方法，現(xiàn)階段大多數(shù)塑料回收廠是屬于這一類的。(2)改性再生通過與PE (聚乙烯)混合鑄造成型，具有良好的改性效果。表1PP與PE混合的配方配方質(zhì)量份配方質(zhì)量份聚丙烯90重晶石粉50低密度聚乙烯10硬脂酸鈣1.5聚丙烯與乙-丙共聚物的共混可在其中摻入一定量的乙-丙共聚物，制取聚丙烯/乙-丙共聚物(EPR)的共混物。聚丙烯與其他聚合物的共混聚丙烯可與苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SB

8、S供混。(3)木粉填充改性廢塑料木粉填充改性廢塑料是一種全新的綠色環(huán)保塑木材料,其加工方法也是物理改性再生方法。由于近幾年來國內(nèi)外對該方面的研究較多，發(fā)展較快，并且已有商品化產(chǎn)品出 現(xiàn)，塑木材料及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已成為一種趨勢。1.3 內(nèi)容一次性聚丙烯(PP)塑料杯是生活中常用的容器，塑料容器為與食品直接接觸類用品 且使用壽命短，消費量巨大，如果不對其進行全過程的管理與監(jiān)督，很容易對人體健康和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。產(chǎn)品的生命周期評價(life cycle assessment 簡稱LCA)是一種對產(chǎn)品從原材料采集，到產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、銷售、使用、回用和最終處置的整個生命 周期階段中與環(huán)境的相互作

9、用進行系統(tǒng)分析、評價的方法。1.3.1 評價目標(biāo)對PP水杯的生產(chǎn)周期的全程分析得出其對環(huán)境影響的程度；分析結(jié)果與討論，對生產(chǎn)中可能存在的改進提出建議；對消費，處理處置的過程中存在的問題進行分析。1.3.2 評價對象本文所研究的對象為最常用的約500 ml的PP塑料水杯，冷熱飲均使用。由于口杯的,同時為減小誤差，所以將使用單位為個，用材料總重評價不能體現(xiàn)其使用價值的均等性 研究單位定為巧00個。1.4 研究方法查閱資料，參考文獻 二、PP水杯生命周期電力制造加 工合成 型氣體排放(CO2、SOx、NOx)固、液體廢棄物排放機械沖壓成型流通和運輸圖1 PP生產(chǎn)流程系統(tǒng)邊界三、定性評價首先，在原料提

10、煉過程中，會消耗大量的石油、天然氣（原材料）等重要的自然能源， 另外由于天然能源的純度問題需要進一步的煉化才能使用，在這之中就將會產(chǎn)生很多廢氣， 肥料如CO2、NOX、SOX等。其次，在加工成型的過程中，會以石油、天然氣、煤炭、水利能源等提供能量來支持加 工所需的熱量及機器運作，進而產(chǎn)生廢水廢氣。之后，在從原料運送到加工廠和從加工廠到銷售都需要運輸物流。在運輸過程中勢必將消耗一定量的柴油、汽油等，同時也會產(chǎn)生大量的廢氣、煙塵等。作為PP水杯，基本不需要維護。在使用過后的廢物處理中，由于中國的垃圾回收機制沒有形成較為良性的系統(tǒng)，所以大部分PP材料的水杯應(yīng)該會和其他垃圾廢物一同填埋到垃圾場，而PP

11、材料在自然因素下幾乎不會自動降解。另外一部分被回收利用，與其他材料混合或者重熔重新制造新的工業(yè)產(chǎn)品， 在這一過程中又會產(chǎn)生大量的電力，水力消耗產(chǎn)生廢水廢氣廢料，再一次進入到以上的循環(huán)中。以上過程中所產(chǎn)生的廢氣都有可能加劇溫室效應(yīng)，對整個全球性的環(huán)境造成更為巨大的影 響。現(xiàn)將PP塑料水杯的生命周期分為五個階段（原料開采加工、產(chǎn)品加工、運輸與銷 售、使用、回收）。對兩個一級指標(biāo)（環(huán)境影響和人體健康影響）中的8個二級指標(biāo)（可再 生資源消耗、不可再生資源消耗、溫室效應(yīng)、能源消耗、富營養(yǎng)化、酸化、固體廢物、 健康風(fēng)險）進行分析。表2加權(quán)評價指數(shù)項目階段原材料選擇能源消耗固體廢料廢液排放廢氣排放原料開米加

12、 工階段22111產(chǎn)品加工階 段32121包裝運銷32223使用階段44444再生處理32233環(huán)境責(zé)任率R=61/100=61%,剛剛“及格”總的說起來對環(huán)境的影響比較大，并且有很大的技術(shù)提升空間。四、定量評價4.1 產(chǎn)品生命周期中的負荷在PP水杯的整個生命周期中包括原料開采加工、產(chǎn)品加工、運輸與銷售、使用、 回收。現(xiàn)將PP水杯設(shè)計的環(huán)境負荷表分為以下表格表3 PP生產(chǎn)系統(tǒng)的能源輸入清單MJ/kg PP原料生產(chǎn)加工過程石油（供料）天然 氣 （供料）總計天然 氣（燃 料）石油（燃料）煤炭 能源鈾能 源（核 能）水力 發(fā)電其他 能源 （非指 定）總計37.99.8247.711.916.871.

13、6610.810.0632.3表3中，原料生產(chǎn)時所消耗的石油和天然氣能量，是指向油氣精煉廠供料這一過程消耗的能量，即把石油供料給精煉廠之前消耗了37. 9 MJ/kg PP,把天然氣供料給精煉廠之前消耗了 9. 82MJ / kg PP,這其中包括了石油與天然氣的開采、運輸?shù)鹊取＜?工過程中，天然氣和石油又是作為燃料為設(shè)備提供熱能，用于發(fā)電，生產(chǎn)蒸汽等方面。整個系統(tǒng)消耗的不可再生能源總計為47. 7MJ / kg PP + 32. 3MJ / kg PP = 80. 0 MJ/ kg PP,沒有使用可再生能源。表4 PP生產(chǎn)系統(tǒng)中主要氣體排放清單SOxNOxCO2VOC 或 CxHx11101

14、78013g/kg PP硫氧化物的排放主要來自原油的燃燒，因為原油中通常含有一定量的硫，而前面的系統(tǒng)說明中提到，原料中北海開采的低硫原油只有15%,其余85%都是高硫原油，因此該系統(tǒng)中硫氧化物的排放對環(huán)境的影響也不容小視。氮氧化物的排放同樣來自燃燒，氮氧化物對溫室效應(yīng)的貢獻大約是 CO2的300倍左右。VOC是指揮發(fā)性有機化合物，主要是在蒸儲、 裂解等過程中產(chǎn)生的。VOC對環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在生態(tài)毒性，小分子的碳氫化合物對人體和生物體都會造成一定的影響。上面是以能量來統(tǒng)計的表格，現(xiàn)在然我們直觀的看看加工 500個杯子的過程中消耗了多少原料能源。表5水杯投入生產(chǎn)清單投入產(chǎn)出項目評價對象PP塑料杯

15、（巧00個）耗材原料聚丙烯1800g石油2597g耗水26.6L能耗55.58J大氣污染物CO210.75kgSO271.71gNOx6.84gVOC 或 CxHx13g煙塵1.44g水體污染物COD排量3.95gBOD排量1.23固體廢弁物647.28g表6水杯運輸清單kg/t*km原油CO2SO2NOxCH4PM100.08670.2210.0002360.005010.00002240.00154（注：假設(shè)都以10T卡車為運輸方式。）4.2 環(huán)境評價能源、資源由于成本低、質(zhì)量輕和耐用性好，塑料已被全世界廣泛應(yīng)用并隨著近代石油工業(yè)的發(fā)展 而迅速發(fā)展起來。中國塑料的生產(chǎn)和消費也隨著經(jīng)濟發(fā)展和

16、人民生活水平的提高而快速增長。1994年我國合成樹脂產(chǎn)量為 380萬t,塑料制品產(chǎn)量達710萬t,塑料產(chǎn)品消費量達 810萬to因此PP生產(chǎn)對石油天然氣等自然資源還是有比較大的需求，同時需要消耗的其他能源。對石油天然氣造成了巨大的消耗壓力。大氣、水、土在制造PP的過程中，會產(chǎn)生大量的廢氣 CO2、SOx、NOx和細小顆粒等排放到大 氣之中，加劇了溫室效應(yīng)，并且使大氣中可吸入顆粒物增加，惡化了空氣質(zhì)量。排放的 廢水也是有可能使正常水體產(chǎn)生酸化、富營養(yǎng)化。對人的影響固體廢物、液體廢水、廢氣污染了土地、水體和大氣，破壞臭氧層，使人們生活的 環(huán)境變得惡劣，沒有了基本的生活安全保障，同時也增加了人類安全

17、生活的成本。4.3 改進分析能源、資源減少能源、資源的輸入，并且尋找可再生清潔能源，同時研究新的技術(shù)手段在提煉 制造和包裝運輸?shù)倪^程中減少資源、能源的消耗，生產(chǎn)效率有待提高。大氣、水、土由于在生產(chǎn)過程中難以避免的產(chǎn)生廢料廢氣廢水，我們現(xiàn)在所希望的就是努力改進工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，提高原料和能源的利用效率，從根源上減少工業(yè)廢料。對于不可避免的 工業(yè)廢物也應(yīng)該在處理達標(biāo)后再排放。對人的影響改善了技術(shù)手段和處理廢物就能減少工業(yè)對環(huán)境的影響，進而也能夠減少工業(yè)廢物對人的影響。同時發(fā)展科技手段來彌補廢物所產(chǎn)生的環(huán)境破壞。五、結(jié)果評論5.1 結(jié)論聚丙烯與其它傳統(tǒng)石油基聚合物相比，消耗的化石能源很少，仍然具有很好的

18、發(fā)展前景。聚丙烯生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)效率高，成本低，易回收，全球產(chǎn)量平均每年增長 7% 以上，是增長最快的石油基聚合物。但是從環(huán)保的角度分析，(1)從環(huán)境與資源的角度，生命周期評價作為一種定量分析工具對產(chǎn)品開發(fā)和工藝診斷具有巨大的潛力。本項目所研究的PP水杯生命周期數(shù)據(jù)庫特有助于產(chǎn)品或工藝的設(shè)計者識別與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境表現(xiàn)，聚丙烯的生產(chǎn)仍然具有很大的發(fā)展空間進一步提高效能，降低能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這也將直接支持未來對相關(guān)產(chǎn)品LCA的繼續(xù)開展的研究。(2)結(jié)果表明，從環(huán)境的角度，PP加工是其整個生命周期過程中一個重要環(huán)節(jié)。相應(yīng)產(chǎn) 生的環(huán)境影響主要為區(qū)域性影響。光化學(xué)臭氧合成是最重要的環(huán)境影響。其次依次為酸 化，全球變暖和富營養(yǎng)化。從資源的保護與節(jié)約看，石油和天然氣是最值得關(guān)注的天然 原料。(3)減少副產(chǎn)品的產(chǎn)生量以及在不同工藝過程中的流動是一條有效減少資源消耗和減緩 環(huán)境影響的重要非物質(zhì)化戰(zhàn)略。5.2 建議(1)使用建議留意各種塑料制品的使用環(huán)境和條件，最好不要混用?！霸?/p>