《Industrial & Engineering Chemistry Research》：A Kinetic Model-Driven Techno-Economic Analysis of Plastic Pyrolysis: Linking Process Dynamics to Economic Viability
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本研究将动力学模型集成至Aspen Plus中，以预测不同工况下的热解产物分布。通过技术经济评估计算了基准产能100千吨/年(kta)及30至150 kta范围内八种处理规模下热解油的最小售价(MSP)。基准产能下的最低MSP估计为420美元/吨，较2023年
本研究将动力学模型集成至Aspen Plus中，以预测不同工况下的热解产物分布。通过技术经济评估计算了基准产能100千吨/年(kta)及30至150 kta范围内八种处理规模下热解油的最小售价(MSP)。基准产能下的最低MSP估计为420美元/吨，较2023年美国原油平均价格（74.6美元/桶，按热解油密度折算为634美元/吨）低33%。蒙特卡洛模拟结果显示，在考虑关键经济与技术参数波动的情况下，MSP均值为1137美元/吨。经济可行性取决于原料价格低于320美元/吨的盈亏平衡阈值。敏感性分析进一步确定资本投资与运输成本为关键经济驱动因素。产能超过90 kta时规模经济效益有限。缩短产品储存时间可降低7%的资本成本，但会增加运营风险。不确定性分析表明，若无政策激励，热解油在经济性上难以与原油竞争。
该研究发表于《Industrial & Engineering Chemistry Research》，针对全球塑料废弃物年产量超3亿吨、传统填埋与机械回收存在经济与环境局限的现状，探索非催化热解技术的经济可行性。研究人员通过将动力学模型与流程模拟耦合，突破了静态技术经济分析(TEA)的局限，量化了反应条件对经济指标的影响，填补了工艺动态与经济性关联研究的空白。
关键技术方法包括：1) 基于Aspen Plus的流程模拟，集成六集总十反应的动力学模型，采用Peng-Robinson热力学方程，通过四阶龙格-库塔法求解常微分方程以预测产物分布；2) 采用折现现金流(DCF)分析计算最小售价(MSP)，结合Aspen Process Economic Analyzer(APEA)完成设备成本估算；3) 实施单变量敏感性分析、多场景分析（产能30-150 kta、储存时长14-28天）及27,000次蒙特卡洛模拟的不确定性分析，其中原料为来自材料回收设施(MRFs)的消费后聚丙烯(PP)废塑料捆包。
3.1 基线技术经济结果与敏感性分析
基准产能100 kta下，项目总投资4600万美元，年运营成本约3000万美元，原料购置与运输分别占运营成本的48.2%和31.8%。MSP为423.6美元/吨，低于2023年美国原油均价（634美元/吨）。敏感性分析表明原料价格、资本投资与运输成本是MSP的主要影响因素，公用工程成本与加热炉效率影响较弱。
3.2 操作条件对盈利性的影响
动力学模型耦合模拟显示，温度525°C、气相停留时间(VRT)6秒时热解油(P-Oil)产率最高，对应MSP最低（420美元/吨），较最优工况降低20%。该条件下原料成本需低于320美元/吨方可盈利，但若原料价格升至废弃高密度聚乙烯(HDPE)水平（1053美元/吨），MSP将达1480美元/吨，远超原油价格。
3.3 场景分析
3.3.1 产品储存时长与停机影响
储存时长从28天缩短至14天可使MSP降低7%（至395.1美元/吨），但可能增加物流压力与停机风险。年停机时间每增加1天，MSP上升0.51美元/吨。
3.3.2 原料成本与处理产能影响
产能低于50 kta的模块化设施（运输半径80英里）与高于50 kta的集中式设施（运输半径200英里）的经济性在50 kta阈值处出现转折，规模超过90 kta后经济性提升有限。若原料价格达废弃HDPE水平，所有产能下MSP均超过近十年原油价格峰值。
3.4 概率经济可行性
蒙特卡洛模拟显示，96%的场景中MSP高于2023年原油均价，均值达1137美元/吨，仅4%场景具成本竞争力。Morris全局敏感性分析证实原料购置成本为主导因素（μ值最大且σ/μ?0.5），其次为热解油产率（中等μ值，σ/μ>0.5）。
结论与讨论
研究表明，优化反应条件可使热解油MSP降低20%，在2023年原料均价下具备成本优势，但原料价格上涨将显著削弱竞争力。缩短储存时长与模块化布局可改善经济性，但受限于物流风险与规模瓶颈。不确定性分析证实，在无政策激励时，该技术难以与原油竞争。研究提出的动力学-经济耦合框架为热解工艺优化提供了量化工具，未来需开发更复杂的动力学模型以提升预测精度。
