現代の石炭化学工業において、どの道筋がより有望なのか？

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現代の石炭化学工業において、どの道筋がより有望なのか？DMTOの首席科学者である劉中民院士の見解を聞いてみましょう。
著者／出典：2016年5月4日　クリック数：37
これまで、多くの専門家や業界関係者が、現代の石炭化学工業の技術的・経済的側面や将来性について予測や意見を述べてきました。しかし、それらはほとんどが高油価時代を前提としたものであり、さらに異なる専門家たちが出した結論も大きく異なっていました。低油価のもとで、どのような現代型石炭化学プロセスがより競争力を持つのか？その発展方向は何か？最近、中国工程院の院士であり、DMTOの第一人者でもある劉中民氏は、石炭ベースのDMTO、石炭からの石油製造、石炭からのエチレンギ酸製造、石炭からの天然ガス製造、石炭からの芳香族化合物製造、そして熱分解を中心とした石炭の質別利用など、現代型石炭化学プロセスに関する問題について分析を行った。 　　石炭ベースのDMTOは、依然として大きな発展の余地がある。劉中民によると、原油価格が下落したことで、石炭ベースのDMTO、石炭からの石油製造、石炭からのエチレンジアミン製造、石炭からの天然ガス製造、石炭からの芳香族化合物製造、そして熱分解を中心とした石炭の質別利用といった各プロセスのコストや経済性、競争力の違いがより明確になってきている。2015年の各設備の性能を見ると、石炭ベースのDMTOは依然として非常に競争力がある。ポリプロピレン/エチレンの価格下落が石油価格の下落と同期していないこと、また石油価格の下落幅が大きくポリオレフィンの下落幅が小さいため、ほとんどのDMTOプロジェクトで良好な収益が得られている。中国のオレフィン不足が大きく、需要が引き続き堅調に増加するという状況を考えると、DMTOには依然として大きな発展の余地がある。 　　現時点までに、DMTO技術は20セットがライセンス供与されており、合計生産能力は1126万トン/年です。また、既に建設が完了し稼働しているプラントは9セットで、その合計生産能力は520万トン/年です。これらのプロジェクトは、いずれも良好な経済的・社会的効果をもたらしました。特に2015年は国際原油価格が継続的に下落し、多くの石炭化学プロジェクトで利益が大幅に縮小したり赤字に転じたりした中でも、DMTOプロジェクトは依然として良好な利益を上げることができました。一部の石炭系オレフィン工場の純利益は、年間10億元を超えることもある。市場は、DMTO技術およびその工業化プラントの高い競争力と良好な将来性を証明しました。 　　経済性は、ある技術が成功するかどうかを判断する上で最も基本的であり、最も現実的な要件です。DMTO技術の真の役割と価値は、その経済性だけにあるのではなく、石炭資源が豊富な地域において石油以外のオレフィン生産ルートを開拓した点、オレフィン原料の多様化を可能にした点、これまで資源不足によって発展が制限されてきたオレフィン産業についに大きな発展の転機をもたらし、下流の精密化学工業の発展を可能にした点にもある。このため、DMTO技術が登場するやいなや、欧米や日本なども**大いに注目しました。彼らは、現代の石炭化学技術が中国で導入されれば、中国の石油資源への依存度が変わり、さらには下流製品の供給需要関係にも変化が生じることを理解していたからです。世界の石炭資源が石油資源よりもはるかに豊富で価格も安いという事実を考慮すると、他の石炭やガスが豊富な地域で、石炭や天然ガスを原料として石油化学製品やその派生品を生産すれば、これらの地域のエネルギー構造は変化し、それによって世界のエネルギー構造にも影響を与える可能性がある。 　　石炭からのエタノール製造　DMTOに劣らない展望　劉中民は、石炭からのエタノール製造技術の展望と意義は、客観的に見てDMTO技術に劣らないと強調している。一方で、クリーンな車両用燃料としてのエタノールの市場需要は非常に大きい。エタノールは酸素含有量が高く、ガソリンのオクタン価や燃焼効率を向上させ、一酸化炭素や炭化水素といった汚染物質の排出を減らすことができる。また、無毒かつ無害であり、地下水系を汚染することもないため、EU、アメリカ、ブラジルなど多くの国々で自動車用燃料やガソリン添加剤として広く使用されている。我が国では2005年から、一部の省市区でエタノールガソリンの使用が推進されており、現在では11の省市区で積極的にエタノールガソリンが普及している。我が国の年間のガソリンの実質消費量は1億トン以上であり、エタノール入りガソリンを使用すれば、石油を節約できるだけでなく、自動車排気ガスによる大気環境への影響も効果的に軽減できる。 　　現在、国内外でのエタノール製造には大まかに3つの工程がある。それぞれ、ガス化後に合成ガスから直接エタノールを製造する方法、ガス化後にまずメタノールを合成し、その後酢酸を製造して酸を水素化してエタノールを得る方法、そして酢酸エステル化後にさらに水素化してエタノールを得る方法である。しかし、これまでのところ、これら3つのプロセスはいずれも大規模な工業的装置による実用化検証を経ていない。現在、大化所は延長石油集団と協力し、同所の石炭をメタノールを経由してエタノールに変換する新技術を活用して、陝西省興平市に年間10万トン規模の世界初の石炭からのエタノール製造の工業的実証プラントを建設しており、今年10月に完成し稼働を開始する予定です。 　　また、メタノールと比べてエタノールの後段加工ルートはより多様で、派生品の付加価値も高い。エチレンやエチルベンゼンだけでなく、エーテル、ケトン、エステル、その他のアルコール類など、多くの大量化学品や精密化学製品を生産することができ、応用の展望は非常に広い。特に、エタノールからエチレンを製造するプロセスが、低コストな石炭からのエタノール製造技術を活用して普及すれば、プロジェクトのエネルギー消費量はさらに減少し、工程も短縮され、単回の変換率も向上するため、経済性や競争力が高まるでしょう。石炭からのエタノール製造の有望な将来性を見越し、長年にわたり一部の先進国々はこの技術分野に注目しており、我が国が先駆けて技術的なブレークスルーを達成することを期待している。 　　石炭由来のエチレングリコール　大規模な工業化における課題が解決を待つ　理論的には、合成ガスからエチレングリコールを製造する方法が最も合理的であり、大きな発展の可能性を持っている。我が国は世界で最初にこの技術の工業化に成功した。しかし、技術的にはさらなるブレークスルーが必要であり、特に大規模な工業化技術というボトルネックを早急に打破しなければならない。現在、石炭からのエチレングリコール製造における1基の反応器の生産能力はまだ十分ではなく、大規模化学工業の概念やそれに伴う規模のメリットと比べて差があり、これが石炭からのエチレングリコールの競争力をある程度制限している。年間50万トン規模の石炭系エチレングリコール製造のための工業化技術と設備を開発できれば、石炭系エチレングリコールの発展の可能性は真に広がるでしょう。 　　また、技術的な観点から見ると、触媒はさらなる改良が必要であり、特に非貴金属触媒の開発や、一酸化炭素や水素に対する触媒の耐性向上が求められている。 　　石炭系芳香族化合物　石炭の熱分解法の方がより経済的　ナフサ原料の制約により、我が国の芳香族化合物の生産は不足している。劉中民は石炭からのアロマティック化合物製造に賛成しているが、それは石炭の熱分解によってアロマティック化合物を得る方法に対してである。彼は、石炭にはもともと多量の芳香環構造を持つ物質が含まれているからだと説明した。熱分解後にそれを分離すれば、優れた芳香族炭化水素の原料となるはずであり、石炭の質別・階層別利用を実現すると同時に、芳香族炭化水素の取得コストも削減できる。原子経済性や投資経済性の観点から見ても、かなり有益である。 　　劉中民はメタノールからの芳香族化合物製造に反対意見を示した。彼は、主に原料と製品の炭素・水素バランスの問題により芳香族の収率を向上させることが難しく、また製品が混合芳香族であるため、対ジメチルベンゼンなどの高付加価値製品を得るにはさらなる加工や複雑な分離精製が必要であり、経済性に問題が生じるのではないかと懸念していると強調した。もちろん、新しい技術ルートとしては探求する価値があり、経済性についても大規模な工業化や市場での検証が必要だ。合成ガスから直接芳香族化合物を製造できれば、それがより理想的な技術ルートとなる。 　　石炭からの石油・ガス　技術的備えの重要性　石炭からの石油・ガスについて、劉中民は、エネルギー安全の観点から見ると、必要な技術的備えや産業化のための実証は、我が国にとって間違いなく意義があると述べている。しかし、現在完成しているものや建設中の石炭からの天然ガス製造プラントは、いずれも海外の技術を採用しており、実質的な技術的ブレークスルーや革新は見られない。だからこそ、導入・消化・吸収という古い道を歩むべきではない。 　　石炭からの石油製造において、我が国の技術は既に先導的な地位にある。しかし、石油価格が低い時期には、経済的な競争力を持つのは難しいでしょう。もちろん、石炭からの石油製造が石油精製業や石油化学工業との相補性を図り、石油精製だけでは生産できない高純度ワックス、高分子系硬質ワックス、高密度な航空宇宙用燃料、あるいは我が国で不足している高級潤滑油の基油を重点的に生産し、石油化学工業の不足分を補うことができれば、将来性はかなり良いはずだ。 　　石炭の質別利用　熱分解油の階層的利用に重点を置くべき　劉中民は、石炭の質別利用という考え方は優れており、石炭を段階的に利用し、効率的かつクリーンに利用するための有効な手段だと考えている。しかし、熱分解が困難であるため、国内の関連研究機関や企業は主にこの分野に力を注ぎ、熱分解油の精密な分級利用を軽視している。現在、ほとんどの企業において熱分解油の処理方法はかなり粗放なものである。貴重な高芳香族含有タールを、軽質であれ重質であれ一律に水素化し、ディーゼル燃料を製造する過程で、ガソリン分に含まれる貴重な芳香族成分が付加価値の低いナフサに変わってしまっているのだ。 　　彼は、装置を大型化・集約化することを基盤とし、ディーゼル燃料を生産すると同時に、高オクタン価のガソリンや芳香族化合物の生産も考慮すべきだと提案した。これは、資源の合理的な利用の観点からも、投資の経済性の観点からも、より科学的かつ合理的です。