深掘り記事‖我が国のMTBEおよびアルキレートガソリンの供給・需要状況の分析予測

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深く考えさせられる良記事‖我が国のMTBEおよびアルキル化ガソリンの供給・需要状況の分析と予測　2016年1月29日　石化縁　態度人生の石化縁――石化縁、縁石化。石化縁の微信公式アカウントは、石油化学業界の新技術を広め、技術や設備の国産化を推進するために尽力しています！ 我が国におけるMTBEおよびアルキル化ガソリンの供給・需要状況の分析予測　MTBEはイソブテンとメタノールのエーテル化生成物であり、イソブテンは主に液化石油ガス中に存在する。生産コストを削減するため、工業上では精製されたイソブテン含有C4をメタノールと直接触媒付加反応させ、反応後に未反応のC4およびメタノールを分離することで燃料用級のMTBEが得られる。この種のMTBEは硫黄含有量が高く、原料の比較分析により、通常の状況下でMTBE中の硫黄はすべて原料C4に由来することがわかった。 MTBEの原料であるC4には様々な供給源があり、主に触媒分解、コークス製造、およびエチレンプラントからの液化石油ガス中のC4成分から得られる。エチレンプラントで得られるLPGから製造されるC4は、製造過程で厳格な脱硫処理が施されているが、触媒分解やコークス化プラントから得られるLPGの場合、精製脱硫後の硫黄含有量は通常20ppm以上であり、さらにガス分留によってC3を除去した後、MTBEプラントに入るとMTBE製品中の硫黄含有量はさらに増加する（研究によると、脱硫済みLPGからMTBEを製造する全過程での硫黄濃縮倍率は3～6倍である）。MTBE製品中の硫化物は、主に触媒分解およびコークス化によって生産されるC4原料に由来する。 現在、混合C4を原料として製造されるMTBE製品の硫黄含有量は大きく変動し、通常は80～200ppmであり、中には2000～3000ppmに達するものもある。ガソリンの国3基準を適用する際、液化ガスの脱硫時に管理と監視を強化すれば、一般的にMTBEの硫黄含有量を150ppm前後に抑えることができる。しかし、ガソリンの硫黄含有量に関する国際基準がますます厳格になるにつれて、国IVおよび国Vの排出基準を適用する際には、ガソリンの硫黄含有量をそれぞれ50ppm以下、10ppm以下に抑えることが求められている。既存の高度な脱硫技術によってはガソリンの硫黄含有量を基準値まで下げることは可能だが、現在の液化ガス用脱硫技術ではMTBEの硫黄含有量を50ppm以下にするのは困難であり、10ppm以下にするのはさらに難しい。 我が国には建設中または建設予定のMTBEプラントや生産能力が多いものの、将来的に国内のC4資源はますます逼迫し、MTBEプラントの実際の稼働率は限られることになるだろう。また、C4資源の供給源が多様化することで、低硫黄C4資源はさらに希少になり、その結果、ガソリンの国四および国五基準を満たすことができるMTBEの生産量も多くはないだろう。自動車用ガソリンの基準がますます厳しくなり、硫黄含有量が低下するにつれて、低硫黄MTBEの製造技術への需要はますます高まり、低硫黄MTBEは注目されるようになるだろう。 アルキル化技術は、クリーンガソリンを製造するための重要な技術です。イソブタンと低分子量のオレフィン（一般的にはC3～C5のオレフィンが含まれ、現在最も多く使用されているのはブテン）が、強酸触媒（通常は硫酸またはフッ化水素酸）の作用によって反応し、生成されるアルキル化ガソリン（主成分はイソオクタン）は、異性化アルカンの混合物である。多量のオレフィンを含む触媒式ガソリンや、多量の芳香族化合物を含む改質ガソリンと比べて、オクタン価が高く、2つのオクタン価の差が小さく、揮発性が低く、オレフィンや芳香族化合物を含まず、硫黄含有量も少ないといった利点がある。これをガソリンに混ぜることで、ガソリン中のオレフィン、芳香族化合物、硫黄などの有害成分の含有量を低減できると同時に、ガソリンのオクタン価や抗爆性を向上させるため、理想的なクリーンな自動車用ガソリン成分となる。 触媒分解ガソリン、改質ガソリン、異性化ガソリン、エーテル化ガソリンと比較して、アルキル化ガソリンは芳香族やオレフィンを含まず、硫黄もほとんど含まない。また、オクタン価が高く蒸気圧が低いため、最も理想的なクリーンガソリンである。世界各国の石油精製業の発展水準や精製設備の構造、さらには各国の経済発展水準の違いなどにより、ガソリンの基準は国によって異なっており、その基準が適用される時期も大きく差がある。しかし、全体的に見てガソリンの基準は低硫黄、低オレフィン、低アロマチック成分という方向へと進んでおり、将来的なガソリン品質の向上においてアルキル化はますます重要な役割を果たすことになるだろう。 我が国のアルキル化ガソリンの割合は非常に低い。世界全体で見ると、米国の調合ガソリンの構成要素として、触媒クラッキングガソリンが38％、リフォーミングガソリンが24％、アルキレーションガソリンが約15％を占める；ガソリンの品質基準が最も厳しいカリフォルニア州では、アルキレートガソンの割合が20～25％にも達する。EUのガソリン成分は再成形ガソリンが主流であるものの、アルキル化ガソリンの割合は我が国よりもはるかに高く、約6％程度を占めている。我が国の調合ガソリンの構成比では、触媒裂化ガソリンが約77％を占め、再生素油が約15％を占めているのに対し、アルキル化ガソリンの割合はわずか0.2％程度です。硫黄含有量とオレフィン含有量がどちらも高いため、触媒分解ガソリンの比重が過度に大きくなり、国内のガソリン品質向上にかかるコストが高く、困難を伴う。その結果、ガソリン品質の向上スピードが遅れ、新基準の実施も遅れがちとなり、現在、国内のガソリン品質基準が自動車排出基準に常に遅れをとるという厄介な状況が続いている。アメリカやヨーロッパなど、精製業が発展している地域と比べて、我が国のアルキル化装置の数は少なく、規模も小さい。そのため、ガソリン中のアルキル化ガソリンの割合も低く、ガソリン製品の品質向上に与える影響も限られている。今後、我が国のアルキル化装置には大きな発展の余地がある。 国内のアルキル化装置の生産能力が急速に増加している。統計によると、我が国の現在のアルキル化装置の総生産能力は234.5万トン/年であり、そのうち山東省のアルキル化装置の生産能力は119万トン/年に達し、全国の総生産能力の50.7％を占めている。今後5年間で新たに建設されるアルキル化装置の生産能力は737万トン/年になる見込みだ。上記のアルキル化装置がすべて予定通り建設され、稼働を開始すれば、2017年までに我が国のアルキル化装置の総生産能力は970万トン/年に達する可能性があり、これは現在の生産能力の3倍以上に相当する。 アルキル化装置のほか、国内では異性化、アセトンブチレート、芳香族化、ブタジエン、イソブタン脱水素などの炭素数4の高度加工プロジェクトが多数、建設中または計画段階にあります。これらの炭素数4の高度加工プロジェクトの原料は、すべてエーテル化後の炭素数4成分やイソブタンなどの炭素数4系化合物が使用されています。我が国のカーボンフォーの深加工プロジェクトの見積もりによると、今後5年間でエーテル処理後のカーボンフォーの需要増加量は2150万トンを超える見込みです。一方、エーテル処理後のカーボンフォーの生産量の増加は限定的で、約1000万トン程度にとどまるため、将来的にはアルキル化装置を含むカーボンフォーの深加工プロジェクトにおいて原料供給に大きな不足が生じ、実際の稼働率も限られることになります。今後新たに建設されるアルキル化装置の実際の稼働率は、30～50％程度にとどまると見込んでいます。既存設備の稼働率を考慮すると、2017年時点での国内のアルキル化ガソリンの生産量は450～500万トン程度になると見込まれます。 将来的にアルキル化ガソリンの供給が不足する可能性がある。2000年から2012年までの国内のガソリン生産量の複合成長率は6.7％に達し、2012年には国内のガソリン生産量は8975.60万トンに達し、前年比で10.25％増加した。もし将来、国内のガソリン生産量が毎年6％の割合で増加し続けるならば、2017年には国内のガソリン生産量は1億2千万トンに達するだろう。国内の完成油の品質が向上するにつれて、2017年までに国内のガソリン調合成分におけるアルキル化ガソリンの割合が欧州連合の現在の水準（6％）に達した場合、その時点でのアルキル化ガソリンの総需要量は約720万トンに達し、2017年のアルキル化ガソリンの生産量を上回ることになる。上記の試算によると、将来的に我が国のアルキル化ガソリンの供給には200万トン以上の不足が生じる可能性がある。 関連内容：1、芳香族油、アルキル化油、国標ガソリンの比較表
表1 芳香族油、アルキル化油、国標ガソリンの比較表

項目　国IV基準　93#アルキル化油　芳香族化油
密度/g/ml　0.72–0.75　0.695–0.70　0.702
オクタン価（研究法）　93　94–98　92
初留点/℃　35　40　40
終留点/℃　205　195　193
飽和蒸気圧/kPa　42–85　50　56
硫黄含有量（PPM）　50未満　53
ベンゼン含有量（体積分率％）　1.0未満　なし　0.5–1.5
ゲル分（mg/100ml）　5未満　なし　3.4
銅腐食（50℃、3時間）/等級　1a未満　1a　1a
誘導期間/分　480以上　600以上　58
炭化水素含有量/%　芳香族は40％未満、オレフィンは28％未満　飽和アルカンが95％、オレフィン80.7％、芳香族5.7％

備考：国IV基準の93#ガソリンについてはGB17930-2011を参照。芳香族化油およびアルキル化油については単一メーカーが提供する数値を参照しているため、これらの数値はすべてのメーカーを代表するものではない。 2、世界のアルキル化オイルの供給・需要状況分析 アルキル化オイルはガソリンの重要な構成要素であり、その主成分はイソオクタンを中心としたC8異性化アルカンである。純度の高いアルキル化オイルはイソオクタンとも呼ばれる。石油精製業におけるアルキル化とは、一般的に強酸性触媒の存在下でイソブタンがC3～C5のオレフィンと反応してアルキル化油を生成する過程である。1938年に世界で初めてアルキル化プロセスが工業化されて以来、アルキル化油は製油所の製品構成において重要な調合成分となっています。 一般的に言われるガソリンのオクタン価とは、ガソリンの抗爆性を示す指標です。“「オクタン価」とはイソオクタンにちなんで名付けられたもので、イソオクタンのオクタン価は100と規定されている。実際には、アルキレート油にはイソオクタン以外のC8異性パラフィンが含まれているため、そのオクタン価は93～97の範囲になります。アルキル化油のオクタン価は触媒クラッキング成分よりも著しく高く、リフォーミングガソリン成分よりもわずかに高い。また、硫黄分が少なく、オレフィンや芳香族を含まず、酸素も含まないため、燃料調整成分として使用する際には、オレフィン、芳香族、酸素含有量の制限を受けない。ガソリンにアルキル化油を混合することで、以下の効果が得られる：1）ガソリンのオクタン価を向上させ、鉛を添加しないことによって生じるオクタン価の低下を補う；2）FCCガソリン成分中のオレフィンやS、Nなどの有害不純物を希釈し、その含有量を基準値に達させるか、それに近づける；3）リフォームガソリン成分中の芳香族、すなわちベンゼン含有量にも希釈効果がある。したがって、アルキル化オイル（またはイソオクタン）は、ほぼ完璧なガソリン成分である。 世界の精製能力は、1996年の7,607万バレル/日から2011年には8,896万バレル/日に増加し、CAGRは1.0％であった。世界全体のアルキレーション能力は、1996年の166万バレル/日から2011年には210万バレル/日に増加し、CAGRは1.5%となった。 2012年、世界のアルキル化生産能力の65％は北米に集中していた。アジアとヨーロッパはそれぞれ15％と14％を占めている。世界で最もアルキル化能力が高いのは**アメリカ**で、2012年には115万バレル/日に達し、世界のアルキル化総能力の55％を占めていました。アルキル化能力が原油処理能力に占める割合を見ると、北米の割合が最も高く、2012年には6.2％に達した；ヨーロッパのアルキル化能力は、同地域の原油処理能力に占める割合が1.2％である；アジアは1.0%；中国はわずか0.56％です。 各国のガソリン成分構造の違いは、各国のガソリン品質基準や精製能力に関連している。アメリカのガソリン基準はオレフィンや芳香族の含有量に対して最も厳しく、基準を満たすために大量のアルキル化油を添加しなければならない。欧州のガソリン基準ではオレフィン含有量に対する制限が厳しく、アロマチック成分に対する制限は比較的緩やかであるため、リフォームガソリンの割合が高く、触媒ガソリンの割合は低く、アルキル化油の割合は普通である。中国で現在適用されている国IV基準は、オレフィンや芳香族炭化水素の含有量に関する要求が、欧州基準と比べてある程度差があり、アメリカ基準と比べても大きな差がある。また、精製能力の構造上、触媒分解ガソリンの割合が過度に高く、再成形ガソリンの割合は低く、アルキル化ガソリンの割合は極めて低い。 ガソリン基準の向上と自動車消費の高度化により、ガソリンの成分には高オクタン価が求められている。アルキル化油のオクタン価はMTBEよりわずかに低いだけで、リフォーミングガソリンに匹敵し、触媒分解ガソリン（中国のガソリン成分の中で最も多くを占める）よりは明らかに高い。その需要は、高オクタン価への要求によって大きく牽引されることになるだろう。 ガソリン基準の向上は、「硫黄・マンガン・オレフィンの削減」などの要求に主に表れている。この変化傾向によりオクタン価（ガソリンの抗爆性指標）が低下し、それを補うために高オクタン価成分の割合を高める必要がある。高オクタン価成分の中で、MTBEはオクタン価が115と非常に高いものの、酸素含有量の制限により、国内におけるその添加比率はすでに上限に近づいている。アルキル化油は高オクタン価のアルカン成分として、添加比率が増加する見込みだ。石油製品の調合成分最適化の原則に基づき、ガソリン基準の高度化が進むにつれて、アルキル化油の最適な添加比率は、国IIIでは2％から、国IVでは3％へ、国Vでは6％へと上昇すると予想され、その増加率はそれぞれ63％、78％となる見込みです。 長期的に見ると、自動車消費の高級化傾向が高オクタン価ガソリンの需要を促し、それによって高オクタン価成分の需要も高まるでしょう。成分最適化モデルによると、国IV基準下の90#、93#、97#におけるアルキル化油の最適添加比率は、それぞれ0%、0%、22%である。なぜなら、90#から93#への引き上げ過程において、オクタン価の向上はMTBEの割合を増やすことによって大きく達成できるからです；また、オクタン価を93#から97#へ引き上げる過程において、MTBEの添加量が既に上限（酸素含有量制限）に達しているため、オクタン価の向上はアルキル化油とリフォーミングガソリンの割合を増やすことによって実現される必要がある。したがって、自動車消費の高度化による97#ガソリン需要の増加は、実際にアルキル化油の需要を押し上げることになる。 ガソリン基準の引き上げが進むにつれて（国IV基準は2014年から施行）；国V基準は2018年に施行され、我が国のアルキル化油市場の規模は2013年の185万トンから2018年には750万トンに拡大し、CAGRは32％であった；ガソリン中の割合が2％から6％に上昇した。2014年と2018年は規格向上の重要な年として、アルキル化油の需要が大幅に増加する見込みです。（試算の前提としては、国内のガソリン需要のCAGRが7％であること、高オクタン価ガソリンの消費比率が年々緩やかに上昇していくことなどが挙げられる）。