“「化学工業の冷と熱」のうち、どの分野が盛り上がっているのか？

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この投稿は最後にliaifengによって2018-8-18 10:09に編集されました。現在、石炭化学業界は冷え込みと好況が入り混じっています。 これまで注目されていた石炭からのオレフィン製造、石炭からの石油製造、石炭からのガス製造プロジェクトは、静かに人気を失っている。中国石油化学工業連合会が2011年8月に公表したデータによると、建設中または建設予定の生産能力はそれぞれ2800万トン、4000万トン、1500億立方メートルに上る。しかし記者の調べによると、現在進行中の準備作業や建設中のプロジェクトをもとに推計すると、「十三五」計画の終了時点で、我が国の石炭からのオレフィン製造、石炭からの石油製造、石炭からのガス製造の実質的な生産能力は、それぞれ1500万トン、2000万トン、680億立方メートルを超えるのは難しく、予想されていた生産能力の半分程度にまで低下する見込みだ。 しかし、これとは対照的に、これまであまり重視されていなかった石炭の熱分解を中心とした石炭の質別利用が、静かに盛り上がってきている。記者の調べによると、現在国内で既に完成、建設中、または計画中の石炭熱分解の生産能力は1億8000万トンを超える。そのうち、今年に稼働を開始した中低温石炭タール水素化プロジェクトの生産能力だけで200万トンあり、それに対応する熱分解の生産能力は2000万トンを超える。2016年には、160万トンの中低温石炭タール水素化処理能力と、1600万トン以上の石炭熱分解処理能力が新たに導入される見込みであった。 人々は、なぜ石炭の質別利用が好転したのかと問うだけでなく、 制約となるボトルネックが一つずつ解消された。7月12日、陝西煤業化工技術研究院有限責任会社と北京柯林斯達科技発展有限公司が共同で開発したガス化・低級炭素の熱分解を一体化した技術（CGPS）は、中国石油化学工業連合会が主催する科学技術成果の評価を北京で受け、合格と認定された。中国工程院の院士である謝克昌、倪維斗、金涌をはじめとする9人の専門家からなる評価委員会は、この技術が熱分解と半コークスガス化技術を組み合わせ、半コークス粉のガス化によって得られる高温ガスを熱媒体として用いて逆方向の連続式直接接触熱分解を行うことで、高温ガスの顕熱を効率的かつ合理的に利用し、低品位炭の段階的な熱分解を実現していると判断した。その万トン級の工業化試験装置のプロセスフロー、主要装置、および自動制御は先進的かつ合理的で、操作が容易で安定した運転が可能です。この一連の技術により、低品位炭の指向性熱分解を利用した高品質なタールおよびガスの製造技術の研究開発が進められており、これは世界で初めてのもので、先導的な地位にあります。 これは20日も経たないうちに、我が国で生まれたまた一つの先進的な石炭熱分解技術です。6月25日、陝西煤化集団神木天元化工有限公司と華陸工程科技有限公司が共同で開発した、低品位粉炭の回転式熱分解による無煙炭製造の工芸技術が、陝西省科学技術庁が主催する科学技術成果鑑定を無事通過した。金涌院士を組長とする評価委員会は、この技術が石炭の低温熱分解分野における粉炭の浄化・分別利用に関する重要な技術および装置を確立し、全体的な技術水準が国際的に先進的であると認定した。 上記の2つの技術的成果は、我が国における石炭の分質利用技術が急速に進展していることを示す一例に過ぎません。実際、近年、石炭の熱分解を中心とした我が国の石炭高度利用分野では新技術が次々と登場している。2010年には、神木天元化工公司が独自に開発した中低温石炭タールの軽質化技術と、塊炭の中低温熱分解技術、石炭タールの遅延接触改質技術を統合し、年間135万トンの塊炭を熱分解し、50万トンの石炭タールを水素化してナフサやディーゼル留分を製造する工業的実証プラントを建設した。これにより、塊炭の熱分解、未処理ガスからの水素製造、中低温石炭タールの固定床水素化技術の大規模適用という課題が克服された； 2011年、河南龍成集団は低品位炭の回転床熱分解技術を開発に成功し、年産30万トン規模の工業化プラントを建設した； 2013年4月27日、陝西煤化工集団の神木富油エネルギー科技有限公司が開発した中・低温石炭タール全留分水素化による中間留分油大量生産のための工業化技術（FTH）は、中国工程院の謝克昌院士を組長とする評価委員会によって「世界で初めてのもので、最先端の水準にある」と認定されました。この技術を用いて建設された年産12万トン規模の工業プラントは、既に2年以上安定して稼働しており、世界初の石炭タール固定床全留分水素化工業化実証プラントとなっています； 2015年7月、上海新佑能源科技有限公司と河北新啓元能源技術開発株式会社が共同で開発した低品質油用の全返混型沸騰床水素化技術を用いて建設された、河北新啓元能源技術開発株式会社の年間15万トン処理能力を持つ中低温石炭タール全成分水素化プラントが、初回の投入に成功し、安定した運転を実現しました； 2015年8月20日、延長（石油）グループとアメリカのKBR社が共同で開発した残油懸濁床水素化触媒分解技術（VCC）を用いて建設された、世界初の石炭タール懸濁床水素化分解工業化プラントである延長安源化工有限公司の50万トン/年規模の中低温石炭タール懸濁床水素化工業化プラントが完成しました……「現在、陝西煤化グループだけでも、6つの異なる方向で石炭熱分解技術の研究を行っています。」そのうち3件の研究はパイロット試験を完了し、残りの3件の研究では重要な技術的ブレークスルーが達成されました。”任大代表、陝煤化集団党委書記の華炜は、記者に誇らしげに語った。 彼は記者に対し、石炭の質別利用という考え方は最初に陝西煤化工集団によって提唱されたと説明した。その全体的な考え方は、含油率が高い（5％以上）低級炭を中低温（550～850℃）で熱分解し、そこからタールやガスなどの軽質成分を抽出すると同時に、発熱量が高いクリーンな材料である半コークスを得るというものです。ガスは水素やメタンの製造に使用される；コールタールはフェノール抽出などの処理を経て水素と触媒クラッキング反応を行い、ナフサおよびディーゼル留分を製造する；揮発分を除去した半コークスは、原炭よりも発熱量が高く、よりクリーンである。ガス化して合成ガスを製造し、それを原料として化学製品を生産することができるほか、高品質な民生用燃料や発電所の燃料としても利用できる。また、無煙炭の代わりに製鋼炉の高炉へ吹き込む燃料としても使用でき、これにより石炭の質別・階層別の効率的かつクリーンな利用が実現される。 熱分解を中心とした石炭の分質利用は、20世紀30年代から世界各国で注目されてきました。現在、世界中で既に約20種類の石炭熱分解技術が登場している。中国は1980年代後半に立式炉を用いた塊炭熱分解技術を開発し、今日まで引き続き使用している。現在、国内の石炭熱分解生産能力はすでに年間8,000万トンを超えている。しかし、立式炉は塊炭のみを原料とでき、ガスの有効成分や発熱量が低く、1基あたりの生産能力も小さいといった欠点があり、そのさらなる普及が制限されている。また、石炭の質別利用による高効率性やクリーンさを真に実現することも難しい。このため、近年、石炭粉または石炭全体の熱分解技術は、多くの企業や研究機関が競って開発しようとする分野となっている。その中で、高温ガス中の油塵の分離、高濃度（タール、フェノール、ベンゼン、アンモニア窒素、CODを含む）の熱分解廃水の処理と資源化利用、そして装置の大型化は、石炭粉または石炭全体の熱分解を妨げる3つの大きな課題であり、石炭の質別利用が乗り越えなければならない3つの障害でもある。 現在、技術者たちの不断の努力により、上記の3つの大きな課題はすべて、かなり合理的な解決策が見出されています。その中で、神木天元社と華陸社が開発した低品位石炭の回転熱分解による無煙炭製造技術は、加熱された煙ガスを用いて石炭粉を乾燥させると同時に、粒径0.2ミリメートル未満の石炭粉塵を吹き出すことで、後段の熱分解工程におけるコールタール中の石炭粉塵量を大幅に削減する。さらに、高速遠心分離技術を巧みに活用して、わずかな石炭粉塵を含むコールタールを効率的に分離し、最終的に石炭粉の熱分解工程における油分と粉塵の分離が困難であった問題を解決した。 CGPS技術では、粒径25ミリメートル未満の末煤を分級して供給し、ベルト炉内に多層の移動粒子層を形成する。異なる粒径の石炭層から構成されるこの移動フィルター層を利用し、慣性衝突、拡散沈着、重力沈着、直接捕捉、静電気吸引力といったフィルタリング原理によって、熱分解ガスの高効率な自己除塵を実現する（除塵率は96％以上で、タール中の粉塵含有量は0.32グラム/標準立方メートル未満まで低下する）。 熱分解廃水処理において、神木天元社は複数の先進的な水処理技術を統合・連携させることで、実現可能な熱分解廃水処理ソリューションを見出しました。この処理法では、乳化分解、膜処理、生物化学処理を経た後に得られる中水がすべてシステム内に戻して再利用されることで、石炭熱分解廃水のゼロ排出を実現しており、現在はパイロットプラントによる検証を済ませている。建設中の120トン/時の工業化装置は、ユニットテストを完了し、9月に連動試運転を開始する予定です。その時には、石炭の質別利用を長年悩ませてきた熱分解廃水処理の難問も解決されるだろう。 熱分解装置の大型化の問題については、河南龍成集団が開発した低品位炭回転床熱分解技術により、年間80万トン規模の工業用装置が2基建設され、稼働している；北京柯林斯达社が開発したベルト式炉内加熱型石炭（または褐炭）熱分解技術の単炉規模は、年間100万トンに達する；陝煤化技術研究院有限公司が開発したモジュール式プロセスでは、1つのモジュールで年間300万トンから400万トンもの石炭を処理できる……それだけでなく、CGPSをはじめとする複数のプロセスでは、従来の水洗いに代わって油洗いが採用されており、その結果、熱分解によって生じる廃水が大幅に削減され、副産物である半コークス（またはコークス粉）もよりクリーンになる。さらに、これらのプロセスで得られる熱分解ガスには、一酸化炭素・水素・メタン・オレフィンなどの有効なガス成分が80％以上含まれており、発熱量が高く、有効ガス含有量も多く、品質も優れているという特徴がある。このため、水素の製造だけでなく、液化天然ガスの生産や、付加価値の高い化学製品の製造も可能であり、ガスの資源を完全に活用することが実現できる。神木富油社が開発したFTH技術、上海新佑エネルギー科技社が開発した沸騰床水素化技術、そして延長石油集団が開発したVCC技術は、いずれも低品質な石炭タールの全留分を水素化処理することができ、石炭タールの水素化プロセスにおける液体製品の収率や企業の経済的効益を大幅に向上させる。 “これまで人々が懸念していた、石炭の熱分解によって得られる半コークス（またはコークス粉）の処分問題にも、今や理想的な解決策が見つかった。”華炜が記者に明かした。