除了物理回收，化学回收也是处理废塑料的一种回收方式。废塑料化学回收的历史可以追溯到20世纪60年代。化学回收是将塑料废弃物经过一系列的化学反应生成油、气、炭等中间化学品的过程。由于从废塑料到油，然后油又终被烧掉，二氧化碳被排放出来。由于没有再进行进一步的化学循环，整个过程中，并未对塑料达到较好的资源利用，甚至不利于环保，加之裂解油没有成本优势等因素，因此许多国家，包括中国甚至有政策限制塑料炼油。综上，尽管化学回收产生比较早，但发展历程不顺畅。
目前化学回收技术需要进一步发展，使用多的是液化工艺，主要有热裂解、催化裂解、加氢裂解。近年来，不少国际化工纷纷加速在塑料回收领域布局。陶氏公司、巴斯夫、伊士曼、SABIC等具有行业地位的化工企业对化学回收技术表现出了兴趣。诸如，陶氏公司生产的热解油制造的塑料与原油制造的塑料并无差异；SABIC可循环聚烯烃材料已被广泛用于新型包装领域；巴斯夫通过新技术手段以热解油的方式实现塑料循环经济；伊士曼通过新技术手段让塑料薄膜和废弃软包装得到更有效的利用。
废旧塑料的分类废旧塑料的主要种类有:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氨乙烯(PVC)等通用塑料，还有其他如聚对苯二甲酸乙二醇(PET)、聚氨酯(PU)和ABS废弃塑料等。同时还有一些塑料制品加工过程中的过渡料和边角料等废塑料。
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