齊魯石化：高品質で高価値な水素製造の道を切り開く

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“圧縮機の室外圧力は3.2メガパスカルで、正常です。”“受領しました。DCSの指示と同じです。”6月16日、齊魯石化の精製工場にある水素・石油複合処理ラインの第2班の副班長である栾慶順は、水素製造装置の点検を行っていました。その際、彼は定期的に無線機を使って現場の作業員と連絡を取っていました。これは、彼らが1時間ごとに行う「必須の作業」なのです。 “製油所は水素の消費量が多い場所であり、ここ数年、私たちは水素コストを削減し、水素処理装置に低コストな原料を供給することに力を入れてきました。”胡東虎は同工場の生産調整課で工程を担当する責任者で、1982年に製油所で働き始めました。ちょうどその年に、同工場の水素製造装置が稼働を開始した年でした。これまでの道のりで、同社の関連部門や製油所は絶えず試行錯誤を重ね、市場の変化に応じて工程を継続的に最適化し、水素製造コストを削減することで、品質が高く価格も優れた水素製造の道を切り開いてきました。 石油精製能力が絶えず拡大するにつれて、多数の水素化装置が建設され、それに伴い水素供給源が不足するようになった。1982年3月、同工場に水素製造装置が導入されました。当初は連続改質装置から出る残油とナフサを原料として設計されましたが、ナフサの価格が高騰し続けたため、水素のコストも上昇しました。1991年、二段式水素製造装置が建設されて稼働を開始し、水素の生産量は増加したものの、コストも同時に上昇した。水素の品質を保証したまま、どうすれば水素製造コストを削減できるのか？同工場は十分な調査と検討を経て、2005年に水素製造装置に乾式ガス圧縮機2基を追加し、原料プロセスの最適化により、ついに水素製造用原料をナフサから天然ガスに切り替えることに成功した。当時の天然ガス価格はナフサ価格の半分であり、水素製造コストの削減において段階的な成功を収めました。 2019年、製油プロセスの見直しと原料の最適化により、装置で消費される水素量が減少した。その結果、製油所の2基の水素製造装置や第2肥料工場の石炭を利用した水素製造装置はいずれも低負荷状態となり、同社の水素システム全体の経済的運用が困難な状況に陥った。同社の生産管理部は、製油所および第2肥料工場と連携し、「水素システムの運用を最適化し、1基の水素製造装置を停止する」という目標を設定した。材料の流れを最適化し、製油所内の水素消費型装置2基を停止させ、第2肥料工場で化学副産物として得られる水素の生産量を増やすなどの措置により、水素製造設備が「調整弁」として機能し、常に水素供給ネットワークのバランスを調整できるようにした。 今年の初め、突如として発生した新型コロナウイルス感染症の影響で国際原油価格が急落し、当グループ企業の精製事業部門の収益は急激に悪化しました。会社の統括的な最適化により、製油所では一部の設備を停止し、別の設備は低負荷で運転する方針が採られました。 水素製造装置1基の消費エネルギーが高いことを考慮し、水素製造装置2基の生成水素に、連続改質装置で副生する水素および外部配管網からの水素量を加えれば、工場全体の水素需要を満たすことができるという実情がある。3月23日に「百日攻勢創効」作戦が開始され、水素製造装置は直ちに全線で停止し、工場全体の処理ロス率が効果的に低下した。 “水素製造装置の原料は主にコークス乾留ガス、膜処理後の排気ガス、天然ガス、またはナフサで構成されており、コークス乾留ガスの価格は比較的安定しているため、天然ガスとナフサの価格を見て、どちらが安いかによってその原料を選択します。”水素・油類統合工場の主任である孫涛は、長年にわたり、既存の設備やプロセスを活用して水素製造の原料構成を最適化し、水素の収率を向上させ、水素製造コストを削減する方法について研究してきました。2016年8月、彼らはメタン水素の膜分離濃縮および水素製造、炭化水素、リフォーミングPSAユニットを組み合わせたプロセスフローを開発し、導入した。これにより、原料水素1トンあたりの収率が0.27％向上した。 同工場は、連続改質装置で自社生産した抜頭油を水素製造の原料として使用する方がより安価で、天然ガス価格の3分の1に過ぎないことに気づき、この機会を逃さず、水素製造原料の「ガスから油へ」転換計画を迅速に実施した。 “試算によると、水素1トンを製造する際、プルオイルを使う方法の方が天然ガスを使う方法よりもコストを3100元削減できる。”水素・石油複合工場の技術責任者である郭建保は、水素製造コストの削減を自分の仕事と考え、毎日原油価格の動向に注目している。彼は水素製造部門から水素・燃料油複合工場に異動してきたベテラン社員で、水素製造装置に非常に精通している。 しかし、「ガスから石油への転換」と言うのは簡単ですが、実際に行うには多くの困難が伴います。原料油を使った水素製造プロセスは、既に2010年に停止されていました。10年間も放置されていたため、再稼働させるには、様々な潜在的な問題を一つずつ調査し、整理していかなければなりません。郭建保と同僚たちは、「五一」の長期休暇を利用して、原料油ラインおよび原料油戻しラインのプロセスに対して気密検査を行い、見つかった問題を一つずつ解消した。その結果、5月6日にプロセスの稼働に成功した。“効果を最大限に引き出すため、現在はプロセスの調整が非常に頻繁に行われており、装置が安定して稼働するよう丁寧な操作が求められます。”栾慶順は現場で巡回する見張りのようだった。6月末までに、抜頭油を用いた水素製造量は合計1440トンに達し、顕著な経済的効果がもたらされました。