石炭化学：四方から圧迫され、どうやって脱出するか？

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石炭化学：四方から圧迫され、どうやって脱出するか？著者/出典：中国化工報　日付：2015年11月16日　クリック数：16　生産能力の過剰や需要の低迷の影響で、近年、石炭化学企業の状況は悪化の一途をたどっている。特に昨年以降の国際石油価格の大幅な下落により、石炭化学製品のコスト面での優位性が大きく損なわれた。現在、化学肥料や石炭からのオレフィンはまだある程度の利益を上げているものの、コークス製造、カルシウムカーバイド、カルシウムカーバイド法によるポリ塩化ビニル、メタノール、ジメチルエーテル、石炭からの石油製造、石炭からのガス製造などは、それぞれ異なる程度で損失を出しており、中には業界全体として大規模な損失を記録しているものもある。長期的に見ると、環境制約の強化や炭素税の導入が近づくにつれ、高い炭素排出特性を持つ石炭化学…　供給過剰や需要の低迷の影響で、近年、石炭化学企業の状況は悪化の一途をたどっている。特に昨年以降の国際石油価格の大幅な下落により、石炭化学製品のコスト面での優位性が大きく損なわれた。現在、化学肥料や石炭からのオレフィンはまだある程度の利益を上げているものの、コークス製造、カルシウムカーバイド、カルシウムカーバイド法によるポリ塩化ビニル、メタノール、ジメチルエーテル、石炭からの石油製造、石炭からのガス製造などは、それぞれ異なる程度で損失を出しており、中には業界全体として大規模な損失を記録しているものもある。長期的に見ると、環境制約の強化や炭素税の導入が近づくにつれ、高い炭素排出特性を持つ石炭化学産業が最も大きな打撃を受けることになり、コスト増加や競争力の低下は避けられないだろう。 　　では、すでに四面楚歌の状態にある石炭化学産業は、どうすれば現在の窮地から脱し、将来の制約を回避し、持続可能な発展を実現できるのでしょうか？11月上旬、2015年石炭のクリーンかつ効率的な開発・利用技術研究会に参加した各専門家が提言を行った。 　　超超臨界発電の発展と石炭を活用したコンバインドプロダクションの推進　中国は、自国の持続可能な発展のためであれ、国際的な排出削減義務を果たすためであれ、二酸化炭素の排出を抑制しなければならない。二酸化炭素排出量を削減するための最も直接的で効果的な方法は、再生可能エネルギーの割合を大幅に高め、特に石炭のような高炭素含有量の化石燃料の消費を減らすことです。しかし、先進国数十年にわたる経験であれ中国の実践であれ、再生可能エネルギーが30年から50年以内にエネルギー消費の主役を担うことは難しく、人類の経済社会の今後の発展は依然として化石燃料に依存し続けることになるだろう。特に石炭は豊富で石油やガスが不足している中国のような国では、少なくとも30年から50年間は石炭が主要なエネルギー源であり続けるだろう。しかし、石炭を大量に使用すると確かに非常に深刻な環境問題を引き起こします。この矛盾をどう解決すればよいのでしょうか？私は、以下の3つの側面から突破口を探すべきだと考えます。一つ目は、石炭を利用した超超臨界蒸気発電の加速的な発展です。まず、電力は最もクリーンで効率が高く、配送・輸送が容易で、分散型利用に適し、他のエネルギーとの連携が容易であり、制御や高度な知能化が可能で、情報技術との高度な統合も容易な二次エネルギーです。その需要は、社会の進歩と国民生活水準の向上に伴い、継続的に増加しています；次に、先進的な超超臨界発電技術により、石炭の効率的かつクリーンな利用が真に実現できる；再び、現在中国における電力用石炭の石炭消費総量に占める割合は約50％に過ぎず、先進国の一般的な80％以上という水準を大きく下回っており、米国の98％という比率ともかけ離れているため、大きな増加余地がある。この技術が普及すれば、電力業界からの排出量や大気環境への影響を大幅に削減できるだけでなく、我が国の発電業界の総コストも著しく低減させることができます。これにより電気料金の引き下げが可能となり、各産業、特に一般消費者の電力コストが低下し、電力消費が促進され、都市と農村の電化が加速するでしょう。 　　二つ目は、IGCC（総合的石炭ガス化複合発電システム）の研究と実証を積極的に進めること。IGCCは、効率的なガス・蒸気複合発電システムとクリーンな石炭ガス化技術を組み合わせたものであり、具体的には石炭→ガス化→精製（灰分・硫黄・窒素の除去、二酸化炭素の直接回収）→クリーンな合成ガス（一酸化炭素＋水素）→ガスタービン発電→排ガス→廃熱ボイラー→蒸気→蒸気タービン発電というプロセスを経る。そのため、熱エネルギーの利用効率や汚染物質排出量、特に二酸化炭素の排出量においても従来型発電所より著しく優れており、現在では世界の主要先進国における研究の方向性となっている。しかし、単位設備投資が大きく経済性に欠けるため、現在は普及させることができない。「第13次5カ年計画」期間中は、新技術の研究開発に力を入れ、技術の最適化と統合を加速し、技術革新とエンジニアリング革新を通じてIGCCの投資コストを大幅に削減し、石炭のクリーンで効率的かつ経済的な利用のための実現可能な道筋を探求することを提案する。 　　三つ目は、石炭基盤の多生産連携を重点的に発展させること。石炭ベースのコンジェネレーションとは、石炭化学、IGCC、都市の熱・電力・冷房の統合供給などを高度に結びつけたもので、異業種が連携するシステムエンジニアリングです。これによりエネルギー流や物質流を全体的に最適化し、炭水素比の合理的な活用や、熱と圧力の段階的な利用を実現することができます。また、不必要な化学反応による発熱や繰り返される加圧・減圧プロセスを削減し、最終的に物質を十分に活用することが可能になります。その製品には、電力、暖房・冷房、都市ガス、液体燃料、酸素、純粋な二酸化炭素、メタノールなどの化学物質が含まれます。また、メタノールをさらに深加工することで、より多くの付加価値の高い化学製品を生産し、単一製品に起因する市場や経営上のリスクを回避することもできる。製造過程で発生する純粋な二酸化炭素は、冷凍保存、溶接保護ガス、ガス肥料、炭酸飲料、分解可能なプラスチック、原油回収など、幅広い分野で利用されるか、あるいは地下に注入して固化させることもできる。石炭ベースのコンバインドサイクルは、企業が効率と品質を向上させ、環境問題から脱却するのに役立つだけでなく、炭素税の導入後には炭素取引を通じて利益を得ることもできる。 　　石炭の地下ガス化で石炭化学のボトルネックを解決　石炭の地下ガス化とは、地下にある石炭を制御された方法で燃焼させ、可燃性ガスを生成するプロセスです。石炭地下ガス化は、主にガス化プラットフォーム、給気通路（空気または富酸素空気）、排気通路（粗合成ガスの排出）、監視制御、および「三廃」の地下処理・制御という5つのシステムで構成される。 　　中国の石炭地下ガス化技術は全体的に世界をリードする水準にあり、現在、全国に10以上の試験・実証拠点が設置されている。その中で、1日14万立方メートルの処理能力を持つ安徽省劉庄炭鉱の地下ガス化試験装置や、年間1万トンの処理能力を持つ山西省昔陽炭鉱の地下ガス化による合成アンモニア製造試験装置は、ともに2年以上連続して運転されており、産業化への展開のための基盤と条件が整っている。 　　“「十三五」計画期間中、**「十二五」計画での1億元の支援に加えて、引き続き石炭の地下ガス化技術の研究を支援し、その産業化を推進する。新疆のトゥハ地区と内モンゴルにそれぞれ100万立方メートル/日および350万立方メートル/日の規模の産業化実証プロジェクトを建設する。前者にはIGCCシステムが導入され、後者は主に1日2万立方メートルの液化天然ガス（LNG）の生産や発電に利用される。現在、これら2つのプロジェクトの事前評価報告書はいずれも審査を通過しており、2017年に完成し運用が開始される見込みです。 　　石炭地下ガス化技術は、石炭採掘の方法を変革し、従来の石炭採掘・輸送コストを大幅に削減するだけでなく、元々は炭鉱の天敵であったガスを地下で有効なガスに変えることで、石炭化学企業の石炭使用コスト（調達・荷役・輸送コストを含む）を大幅に低減させる。さらに、瀝青炭、煙炭、無煙炭、高硫黄炭に対しても地下ガス化を行うことができ、化学工業用の石炭の範囲がさらに拡大する。さらに重要なのは、ガス化によって生じる廃渣や廃水、硫化物、窒素酸化物を処理した後、そのまま近くの採掘跡地に埋め立てることができ、地表でのガス化が引き起こす厄介な「三廃」問題を大幅に緩和できる点です。 　　また、石炭と石油はほとんどが共伴して存在するため、油田の近くで石炭の地下ガス化を行い化学工業装置と連携させることで、生成される純度の高い二酸化炭素を直接原油採取に利用したり、地下のアルカリ性水や汽水に注入して固定化させることができる。これにより、石炭化学工業装置は炭素税を支払う必要がなくなり、炭素取引や二酸化炭素の販売から収益を得ることも可能となり、コストが高く環境制約が大きく収益性が悪いという課題から完全に脱却できるのである。 中国工程院院士 金涌　石炭の質別利用を最優先し、石炭・発電・化学の統合を実現する　石炭を効率的かつクリーンに変換するためには、石炭の質別利用が最も適している。なぜなら、これにより最小限のエネルギー消費で、石炭を高熱量を持つコークス、ガス、タールに分解できるからだ。ガスは発電に利用できるだけでなく、多くの化学製品の製造にも使われる；タールは、清浄な石油製品を生産するだけでなく、さらに加工して航空燃料やベースオイル、高級潤滑油にもできる。また、プラズマ中で水素と反応させることで、需要が非常に大きく付加価値の高いアセチレンも製造できる；コークスは、民生用および工業用窯炉分野で大量に使用されている石炭の代替品となり、これら排出量が最も多い2つの分野が大気環境に与える影響を大幅に減少させることができる。石炭の質別利用をIGCC、DMTO（メタノールからのオレフィン製造）、MTA（メタノールからの芳香族化合物製造）、DMMn（ポリメトキシジメチルエーテル）などと組み合わせて石炭・電力一体型の発展モデルを構築すれば、単位エネルギー消費量は大幅に削減されるだけでなく、将来的に電気自動車が普及した際にも電力需要の増加から利益を得ることができる。 　　需要側から見ると、我が国の石油系オレフィン生産能力は著しく不足しており、年間の輸入量は数千万トンに上る；PXの輸入量は2020年と2025年にそれぞれ1200万トン、1500万トンに達する見込みです。DMMnの市場規模はさらに大きく、現在、ディーゼル燃料のセタン価は一般的に45～49程度であり、不完全燃焼によって自動車の燃費が悪化し消費者の負担が増すだけでなく、大量の黒煙が排出され、霧害などの環境問題を引き起こします。しかし、ディーゼル燃料にDMMnを20％添加すると、オクタン価は54～58まで向上し、凝固点は-20℃未満となり、よりクリーンで効率的になる。中国で毎年消費される軽油は1億6000万トンを超え、20％添加すると、年間で3000万トン以上のDMMnが必要となる。1.2～1.3トンのメタノールから1トンのDMMnを生産するとして、そのコストはディーゼルの販売価格の半分にも満たず、高い競争力と優れた収益性を持っている。したがって、石油価格の下落により石炭化学の見通しが不透明になっている状況において、石炭の質別利用を核とし、IGCCやDMTO、MTP、MTA、DMMnを組み合わせることは、間違いなく確実で賢明な選択である。 陝西煤化工集団副総経理であり、**エネルギー・石炭の質別クリーン変換重点実験室の主任でもある尚建選氏。石炭の質別利用においては、顕著な技術的成果が得られている。石炭の物理的性質や化学的構造から考えると、質別利用を行うことによってのみ、最小限のエネルギー消費で最大限の効果を得ることができ、石炭を効率的に変換利用することが可能になるのだ。 　　**エネルギー・石炭の質別クリーン転換重点実験室**を拠点に、陝西煤化集団は石炭の高効率かつグリーンな採掘と質別利用の道筋を見出し、石炭を主体とし熱分解技術を核とし、石炭の4段階にわたる質別転換と現代石炭化学工業技術が結合・統合された、低品位炭のグリーンかつ高効率な採掘および質別クリーン転換の路線を提唱した。そして、一連の重要な技術的成果を達成している。 　　その中で、ガス化―低品位炭熱分解一体化技術、低品位粉炭回転式熱分解による無煙炭製造技術がすでに鑑定を通過している；塊炭乾留における中低温コールタールからのクリーン燃料製造技術、コールタール全留分の水素化による中間留分油大量生産の一貫した工業化技術が実用化された；年間60万トンの固体熱媒体移動床熱分解、年間50万トンの熱分解ガス媒体移動床熱分解、年間5万トンの固体熱媒体流動層急速熱分解、万トン級のガス熱媒体輸送床急速熱分解について、年内に段階的な試験結果が得られる見込み；年間100万トンのガス化－低品位石炭熱分解統合実証プラント、年間60万トンの低品位粉炭回転式熱分解による無煙炭製造実証プラントのためのプロセスパッケージが現在作成中である。 　　業界で注目されているパイロリシス半コークスの活用方法に関しては、乾燥コークス粉のガス化試験、水コークスペーストのガス化試験、流動層ボイラーにおける半コークス燃焼試験、乾燥コークス粉を用いたボイラー燃焼試験、さらには工業用炉や家庭用コンロでの半コークス燃焼試験がすでに行われている；半コークスのガス化、発電、高炉吹き込み、産業用ボイラーの産業化応用実証が行われている。 　　“「十三五」期間、陝西煤化は陝北エネルギー化学基地に、1億トン規模の石炭の質別高効率転換・多生産連携型示範産業園を計画・建設する予定だ。このプロジェクトでは、陝西煤化工集団が独自に開発した石炭の熱分解、コールタールの水素化、ナフサとメタノールを組み合わせたキシレン製造、メタノールからのオレフィン製造といった一連の工程や環境保護技術を最大限に活用し、石炭を適切に変換・段階的に利用することで、高効率な複合生産を実現します。つまり、石炭の粒度に応じて適切な熱分解技術を用いて、熱分解ガス、石炭タール、半コークスへと質別転換させ、さらにDMTO、フィッシャー・トロプシュ合成、MEG、ナフサ－メタノールカップリングによる芳香族化合物製造などのプロセス技術と組み合わせることで、電力、高品質なガソリン・軽油、特殊油品、LNG、LPGといった効率的なクリーンエネルギーや、PP、PE、PBS、ゴム、生分解性プラスチック、精製フェノール、ピリジンなどの化学製品を生産する。プロジェクトで使用される水は鉱山からの排水であり、有機廃水は水コークスペーストの製造に利用される。高塩分含有の廃水はイオン交換処理を経て、塩井戸に注入して塩水を採取する；システムで生成された二酸化炭素は、近隣の石炭採掘跡地に注入して封じ込められ、最終的には、石炭の質に応じた効率的かつクリーンな変換を徹底し、循環型経済の特徴が際立つ世界水準の石炭高度利用デモンストレーション基地が創出されます。これにより、陝西省の石炭化学製品の構造調整が促進され、健全でグリーンな持続可能な発展が実現されます。 **発改委エネルギー研究所研究員 姜克隽　IGCCおよびCCUSの実施を急ぎ、石炭からの燃料製造は断固として断念すべき　中国は2030年に二酸化炭素排出量がピークに達することを約束しており、今後は天然ガス、原子力、再生可能エネルギーの割合を全力で高めていく。たとえ一時的に石炭資源から離れられない場合でも、IGCCやCCUS（炭素回収・利用・封鎖）を通じて、炭素削減の圧力をできるだけ軽減すべきである。IGCCやCCUSのコストは高いものの、持続可能な発展と炭素削減という戦略的枠組みの中で考えれば、全く問題ではない。なぜなら、**関連する項目に一定の補助金や政策的優遇を与えれば、高コストの問題は一時的に緩和され、その後で技術進歩を通じて環境や炭素排出に関する損失と利益を総合的に考慮できるからです。IGCCおよびCCUSの研究開発と産業化を揺るぎなく推進し、これらが早期に石炭の効率的な転換および炭素排出削減の実用技術となるよう努めることを提案する。 　　私は石炭製燃料（石炭製天然ガスおよび石炭製石油を含む）に断固として反対します。モデル推計によると、2025年に世界の石油消費量はピークに達する；2030年には、中国の石油消費量はピークに達するだろう。その時には、中国の都市鉄道輸送は非常に発達しており、乗用車はすべて純電気自動車に置き換わるだろう。既存の石油精製設備も生き残る道を見つけなければならず、石炭から石油を作ることにはどのような将来性があるのだろうか？加えて、世界のエネルギー構造の変化に伴い、国際石油価格は長期にわたって低水準で推移し、1バレル80ドルを超える高油価は永遠に歴史となるだろう。このような状況下では、投資規模が大きく、総合コストが高く、さらに水資源や炭素排出削減の制約に直面する石炭からの石油製造プロジェクトのリスクは日々高まっていくだろう。石炭からの天然ガス製造の見通しはさらに悪く、技術的・環境的な制約に加え、二次エネルギーとしての利用効率も石炭の超超臨界発電に劣っている。また、製品のライフサイクル全体を通じた環境への影響は石炭の超超臨界発電よりもはるかに大きく、経済性や環境保護の観点からみても採算が合わない。 陝西煤業化工集団有限公司の董事長、楊照乾　技術革新に力を入れ、循環型経済を発展させる　石炭化学企業が窮地に陥っている理由としては、経済成長の鈍化や需要の減少に加え、差別化された製品が不足していることが大きな要因である。なぜ差別化された製品がないのか？技術革新に重きを置かず、基礎的で先見性のある核心技術を習得していないからだ。 　　以前、私たちは技術革新について言及しましたが、*導入して消化吸収し、さらに革新することに慣れています。今日、中国の多くの技術は先進国との**格差が縮まり、一部の技術は世界の先端水準に達し、また一部の技術は国際的にも先導的な地位にある。このような状況では、さらに技術を導入し、吸収・消化して新たに革新することは非常に困難だ。一方で、海外はもはや喜んで我々に技術を提供してはくれない；一方で、彼らも私たちにより高度な技術を提供してはくれない。唯一の方法は、身を低くして基礎研究を行い、技術革新を図り、新製品の開発を進めることだ。 　　この点について、陝西煤化工は深く理解しており、いくつかの成果も上げている。長年にわたり、私たちは常に科学技術革新を非常に重要な位置に置いてきました。“「十二五」計画以降、当社は毎年の科学技術への投資を企業総収入の約4％に維持してきました。その結果、石炭の緑色かつ効率的な採掘のための地方共同建設工程研究センター、エネルギー・石炭の質別清浄変換に関する重点実験室、メタノールからオレフィンを製造するための工程実験室、石炭から化学製品を製造するための地方共同建設研究センターなど、4つの国家レベルの技術研究開発・工程センターを相次いで設立しました。さらに、5つの省レベルの研究センター、7つの省レベルの企業技術センター、2つの省レベルのイノベーション型企業、そして4つの省レベルのイノベーション試験企業も設立し、数々の重要な技術的成果を達成しています。 　　中国科学院の大連化学物理研究所などと共同で開発した、DMTOやDMTO-Ⅱといった世界的に先進的な工業化技術は、既に20セットが外部にライセンス供与されています；独自に開発した塊炭乾留による中低温コールタールからのクリーン燃料製造技術、およびコールタール全成分を水素化して中間留分油を大量に生産するFTH技術に基づく工業化プラントが、すでに数基建設されている；独自開発された石炭タールからの芳香族化合物および特殊油製品製造技術（FTH-Ⅱ）、メタノールとトルエンを組み合わせた芳香族化合物製造技術（TMTA）、メタノールからブテンを製造しつつアクリレンも同時に生産する技術（CMTX）など、いくつかの工業化技術が順次、実用化の段階に入っていく。**エネルギー・石炭の質別クリーン変換重点実験室**を拠点に行われている石炭の質別採掘および利用に関する研究も同様に実を結んでいる。現在、微粉炭熱分解技術2件が科学技術成果として認定され、先進的な石炭熱分解の核心技術4件で大きなブレークスルーが達成された。また、石炭タールの深加工技術2件も工業化応用に至っている。さらに、陝西煤化工によって14の安全かつ効率的な石炭採掘技術が提案・実践され、その成果がまとめられて普及が図られており、9つの先進的な石炭採掘技術が現在開発中である。 　　陝西煤化工集団の10年以上にわたる発展と実践が証明しているように、絶え間ない技術革新を続けることによってのみ、企業は先進的な製造工程や差別化された特徴的な製品を手に入れることができ、持続的な発展の基盤を築くことができ、激しい市場競争の中でも良好な成果を上げることができるのである。 　　また、石炭化学工業の環境問題もある。私の経験から言うと、環境問題はどのエネルギー化学企業も避けて通れないものです。うまく対処すれば制約を受けるどころか、むしろ利益を得ることができます；さもなければ、プレッシャーや束縛となり、最悪の場合は脱落してしまう。企業と環境生態の調和のとれた発展を実現するため、陝西煤化工は常に循環型経済の理念に基づき新規プロジェクトを展開し、既存の企業を近代化している。 　　榆林では、塊炭－ランコール－カルシウムカーバイド－排ガス発電－アセチレン－ポリ塩化ビニル－カルシウムカーバイドスラグセメントを構築した；塊炭―ランコーン―ガスからの水素製造／排ガス発電―石炭タール加工による分質変換型複合生産産業チェーン。黄陵鉱区において、我々は石炭の採掘・選別―精炭のコークス化―ガレキを利用した発電―灰渣を建材として活用する循環型経済の多目的産業団地を建設しました。彬長鉱区において、我々は国内で唯一のメタンガスゼロ排出鉱区である大仏寺を建設し、廃ガスからの発電技術を開発した。これまでにLNGを合計5000万立方メートル生産し、6億キロワット時の電力を発電してきた。推進中のプロジェクトが実施されれば、ビンチャン鉱区だけで153億立方メートルの石炭層ガスが質別に利用されることになる。 　　循環経済を活用することで、私たちは従来のエネルギー化学産業の転換・高度化を実現しただけでなく、かつての「高投入・高排出・資源集約型」産業を省エネ・排出削減および循環経済のモデル拠点へと変貌させました。これにより、陝西煤化工自身に安全・環境保護、経済性、省エネ・排出削減の効果をもたらすと同時に、エネルギー化学産業全体において経済発展と環境生態の調和ある発展を実現するための現実的な道筋を模索したのです。 http://www.nmtech.com.cn/*nwen_mhg_xx.asp?id=173236