石炭化学分野

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中国工程院の重要な諮問プロジェクトである「中国の石油精製および石炭化学産業の持続可能な発展と地域間の調和のとれた発展に関する重要課題についての戦略的研究」は、2年間にわたって行われました。石油化学・石炭化学分野の専門家たちは、20以上の現代型石炭化学プロジェクトを現地で調査した上で、現代型石炭化学産業の現状や今後の方向性について体系的に検討し、以下のような研究成果を得ました。 一、現代の石炭化学工業は産業としての基盤を築いている 1．産業はある程度の規模にまで成長した 2016年末時点で、我が国では直接液化型のプラントが1基、間接液化型のプラントが5基建設されており、その総生産能力は年間695万トンに達している；50～60万トン級の石炭系オレフィン製造プラントを10基建設し、総生産能力は年間574万トンに達する；石炭からの天然ガス製造プラントが3基建設され、総生産能力は年間31億立方メートルです；20万トン級の石炭からエチレングリコールを製造するプラントが11基建設され、合計で年間270万トンの生産能力がある。 2．核心技術が国際的に先進的 自主知的財産権を持つ石炭直接液化、石炭間接液化、石炭ガス化、メタノールからのオレフィン製造、メタノールからのエチレングリコール製造、メタノールからの芳香族化合物製造などのプロセス技術は、全体的に世界トップクラスまたは先進的な水準にある。産業機器の自国製造率は約90％に達している。大量自動気化技術装備により工業的運用が実現しており、大型気化炉（石炭投入量≥3000トン/日）、大型空気分離装置（酸素製造量≥10万立方メートル/時）、大型水素化液化およびフィッシャー・トロプシュ反応器（重量≥2000トン）、大型プロセス圧縮機群、過酷な条件に適した大型の高差圧耐摩耗減圧制御弁、高温高固形分含有の石炭スラリーポンプなどの重要な装備や制御システムを自ら製造する能力を有している。 既に建設された実証プロジェクトは、一定期間の商業運用と継続的な改善を経て、工程技術やエネルギー効率、環境保護の面での水準が着実に向上している。例えば、新たに建設された神華寧煤の年間400万トン規模の石炭間接液化プロジェクトでは、1トンの石油を生産するのに必要な水の量が16トンから6トンに削減されており、優れたプロジェクトではほぼゼロ排出を実現できる。 3．通常の製油所では製造が困難な石油製品を生産する。石炭の直接液化により、超クリーンなガソリンやディーゼル燃料、軍用燃料、高密度航空灯油、ロケット燃料といった特殊な石油製品や、付加価値の高い化学物質が製造されている。これらの製品のうちいくつかは国内でまだ供給されていないものであり、国防分野での利用可能性は非常に大きい。完了した戦闘機の試験飛行、ロケットエンジンの試験、装甲車両の試運転などは、石炭直接液化燃料の優れた性能を示している。石炭間接液化によって生産される低芳香族溶剤油、高融点のフェトロワックス、高級潤滑油基油などの高付加価値化学品は、一定の市場競争力を有している。中国環境科学研究院が実施した実車走行試験およびテストベンチ試験によると、石炭由来のクリーンディーゼルは国五基準のディーゼルと比較して、排気ガス中の一酸化炭素、微粒子状物質、窒素酸化物、炭化水素の排出量をそれぞれ24％、49％、12％、34％減少させることができる。 4．石油化学製品の重要な補完となっている 現代の石炭化学工業の発展により、石油化学業界の原料が多様化し、我が国のナフサ供給の不足をある程度補い、一部の化学製品の供給が強化された。 2016年末時点で、石炭系オレフィンの総生産能力は574万トン/年に達し、これは国内のエチレンおよびプロピレンの総生産能力の11.39％を占めていた；石炭からの天然ガスの総生産能力は年間31億立方メートルで、実際の生産量は21.6億立方メートルであり、これは国内の天然ガスの実質消費量の1.57％に相当する；20万トン級の石炭製エチレングリコール製造プラントが11基建設され、その生産能力の合計は年間270万トンに達し、これは国内のエチレングリコール総生産能力の32.8％に相当する。 5．原油価格の変動を経て、産業技術の経済性が検証された。調査結果によると、国際原油価格が高水準にあった時期に、現代の石炭化学プロジェクトは良好な利益を上げていた；国際原油価格が1バレルあたり40ドル前後の時、石炭から石油やガスを製造する企業は赤字となるが、石炭からオレフィンを製造するプロジェクトはわずかな利益を上げている。プロジェクトの研究結果によると、石炭価格が220元/トンで、現在の最も厳しい環境規制および20元/トンの炭素取引価格が適用される場合、石炭直接液化プロジェクトの損益分岐点はブレント原油価格が50～55ドル/バレル、石炭間接液化プロジェクトの損益分岐点は60～65ドル/バレル、石炭からのオレフィン製造プロジェクトの損益分岐点は40～45ドル/バレルとなる。 つまり、国際原油価格がバレルあたり65ドル以上の場合、現代石炭化学は全体として赤字にならない；国際原油価格が1バレル約85ドルの時、現代石炭化学は業界基準の内部収益率（税引き前11％）をほぼ達成できる。最近、国際原油価格は1バレルあたり60ドル前後まで回復し、現代の石炭化学工業の発展に好材料となっている。 現代の石炭化学産業はまだ発展の初期段階にあり、プロセス技術のさらなる改善、産業規制の強化、配置の再調整といった課題が依然として存在する。また、水資源、環境保護、炭素排出、産業競争力といった、社会が広く懸念している問題も、引き続き産業の発展を妨げている。これらの問題は、「十三五」計画における高度化の取り組みやさらなる科学技術革新を通じて、今後の発展の中で段階的に解決していく必要がある。 二、産業発展が直面する機会と課題 「十三五」計画期間中、現代の石炭化学工業の発展は新たな状況や課題に直面しており、好条件と制約要因が入り混じり、機会と課題が共存している。 機会1：産業の発展方向が明確になった。 2016年12月28日、神華寧煤の石炭から石油を製造する実証プロジェクトが完成し、稼働を開始したその日に、****は次のような重要な指示を出しました。「この重要なプロジェクトが完成し、稼働を開始したことは、我が国がエネルギーの自給能力を強化し、石炭をより清潔かつ効率的に利用し、少数民族地域の発展を促進する上で極めて意義深い。また、エネルギーの安全で効率的かつクリーンで低炭素な発展モデルを探求する上で有益な試みであり、イノベーションを推進する発展戦略を実施する上での重要な成果でもある。」 2017年2月、国務院の承認を経て、**エネルギー局は「石炭の高度加工産業に関する『十三五』計画」を発表した；3月、**発展改革委員会と工業情報化部は共同で「現代石炭化学工業の革新的発展計画」を発表し、「石炭の高度加工産業を適度に発展させることは、**エネルギー戦略上の技術的・生産能力上の備えとして必要であり、また石炭のクリーンかつ効率的な利用を推進し、**エネルギー安全を確保するための重要な措置でもある」と明確に述べました。さらに、「石炭の高度加工産業を我が国の現代エネルギーシステムにおける重要な構成要素として育成する」とし、**という観点からその産業の位置づけをより明確にしました。 機会二：**エネルギー安全保障の必要性。 我が国は、世界の主要な石油・天然ガスの消費国および輸入国となっている。2016年には、原油の海外依存度は60％を超え、天然ガスの海外依存度は36.6％に達し、さらに年々上昇傾向にある。 **環境保護の要求がますます厳しくなる中、石油製品の品質向上が加速しており、石炭から石油を製造することで、高品質でクリーンな石油製品の供給源を多様化させ、霧や霾の発生による石油製品の利用への悪影響を軽減することができる。**我が国の一部の基礎石油化学製品は海外依存度が高く、2016年のエチレン（換算値）、対ジメチルベンゼン、ポリエチレン、エチレングリコール、スチレンの自給率はそれぞれ52.5％、43％、62.9％、34.6％、60％であり、現代の石炭化学産業の発展には大きな余地がある。 機会3：石炭のクリーンかつ効率的な利用への需要。 全国的に広範囲にわたる霧の天気により、我が国は石炭のクリーンな利用に重点を置き、それを強化する必要があると判断されている。現代の石炭化学工業は、石炭のクリーンで効率的な利用を促進し、石炭産業の転換と高度化を図る戦略的な新興産業であり、石炭産業チェーンを効果的に拡張する有効な手段でもある。石炭からの石油・ガス製造により、成分が複雑で「不純な」石炭を高品質でクリーンな石油製品や天然ガスに変換することができる。また、石炭からの化学製品製造では、石炭中の炭素、水素、硫黄、酸素などの元素を十分に変換したり活用したりでき、製造過程で発生する気体状の汚染物質は直接石炭を燃焼させる場合よりもはるかに少ない。さらに、炭素の一部は化学製品の中に固定化される。 機会四：地域経済発展のニーズ。 現代の石炭化学工業プロジェクトは投資額が大きく、付加価値も高く、石油製品1トンあたりの税金も高い。そのため、現代の石炭化学工業を発展させることで、地域経済の発展を促進し、石炭生産量の多い州々の産業構造の最適化や高度化を支援することができる。そのため、主要な石炭生産州々は積極的な姿勢を見せている。、課題1：国際原油価格が継続して低水準にある。 国際原油価格が続けて低水準で推移していることで、国内の石油系化学製品の生産コストが大幅に削減され、石油化学製品の価格も下がっている。現代の石炭化学プロジェクトは、原材料コストの変動がほとんどない一方で製品価格が大幅に下落する状況下で運営されており、収益性が大幅に低下している。現在、石炭からのオレフィン製造はわずかな利益しか得られない一方で、ほとんどの近代的な石炭化学プロジェクトは赤字を計上しており、コスト競争力が近代的な石炭化学産業の存続と発展における重要な要素となっている。 課題二：国内外の石油、天然ガス化学製品などとの競争。 我が国の石油精製能力は深刻な過剰状態にあり、代替燃料が急速に発展していることで、成品油市場の競争はさらに激化している。2016年末時点で、国内の石油精製総能力は年間7億8,300万トンに達し、世界で2位となっている。また、大規模な石油精製や石油化学一体型プラントの建設も計画段階または建設中である。 近年、天然ガス、燃料エタノール、メタンオール、バイオディーゼルなどの代替燃料が急速に発展し、2016年にはその総生産量が精製油の総生産量の5.7％を占めるに至った。将来的に電気自動車が急速に発展することで、石油製品の消費が減少するでしょう。国内のポリプロピレン生産能力は急速に増加しており、将来的には地域別に供給過剰となる可能性がある；国際的には、中東とアメリカがそれぞれ天然ガス資源および低コストなシェールガス開発の利点を活かし、近年大規模にエチレン生産能力を拡大しており、その低コストな化学製品が我が国の石炭系化学製品に一定の影響を与えることになるだろう。完全な市場コストに基づき、国内外の石油・天然ガス系化学製品と競争することは、我が国の現代石炭化学工業の発展における厳しい課題であり、高い要求となるでしょう。 課題3：環境保護と炭素排出削減の圧力がますます高まっている。 新しい環境保護法や、大気汚染、水質汚染、土壌汚染などに関する特別対策計画の実施に伴い、**現代の石炭化学産業における汚染抑制の要求はますます厳しくなっており、新規プロジェクトが水やエネルギー、環境指標を確保することがより困難になっている。パリ気候協定で合意された内容を実現するため、我が国においても炭素取引の導入や環境税の課税が不可避となっており、これは現代の石炭化学産業の全体的な競争力に影響を与えることになるだろう。 課題4：水資源の制約が強まる。 10年以上にわたる実証的な発展を経て、現代の石炭化学プロジェクトにおける工程技術の最適化や管理レベルが急速に向上した結果、単位製品あたりの水消費量は大幅に削減されました。例えば、新たに建設された神華寧煤の年産400万トン規模の石炭間接液化プロジェクトでは、単位製品あたりの水消費量は6トン/トンの石油製品となっています。しかし、プロジェクト全体での水消費量は依然として多い状態です。現代の石炭化学工業は、主に石炭資源が豊富な西部地域に展開している。多数の現代石炭化学プロジェクトが集中的に立ち上げられることで、これらの地域における水資源の供給と需要の不均衡がさらに悪化し、水資源は現代の石炭化学工業の発展を制約する重要な要因となっている。 三、現代石炭化学工業の「十三五」における発展の重点と今後の方向性 『石炭の高度加工産業の高度化モデル計画（2016–2020年）』では、「十三五」期間中の現代石炭化学工業の重点的な課題が明確に示されており、石炭からの石油製造、石炭からの天然ガス製造、低品位石炭の多目的利用（コンバインドプロダクション）、石炭からの化学製品製造、石炭と石油の総合的な利用といった5つの分野、およびそれらに関する汎用技術・装置の高度化モデルの構築が求められている。システム統合、工程の最適化、製品構造の見直し、経営改善などにより、現代の石炭化学工業が抱える環境保護や水資源といった問題を解決し、さらに工事コストを削減し、産業の競争力を高める。 研究によると、「十三五」計画期間およびそれ以降の長期にわたり、我が国の現代型石炭化学産業の高度化を実現するための重要な時期であり、以下の分野における研究や取り組みを重点的に強化すべきだとされている。一つ目は、石炭からの超クリーンな石油製品や特殊な石油製品の研究開発および生産の強化である。 石炭直接液化油のナフサ環含有量が高く、凝固点が低く、密度が高く、粘度指数が低いという特性を活用し、石油化学工業では製造が困難な製品の生産について研究している。特に、軍用・民間の航空機、宇宙ロケット、および特殊装備車両用の燃料を製造し、我が国の増大する特殊燃料の需要に応え、国防建設のニーズを満たすことを目指している。 石炭を間接的に利用して石油を製造することで、硫黄分がなく、オレフィンや芳香族化合物の含有量が少ない、非常にクリーンな石油製品を生産できる。これにより、**クリーンな石油製品やその改良に必要な高品質な原料が得られ、高品質なスチームクラッキング用ナフサや、高品質なパラフィン、溶剤油、α-オレフィン、高級潤滑油など、付加価値の高い製品が生産される。我が国における特殊燃料や石油製品の高度化ニーズが高まるにつれて、石炭から作られる石油製品の優位性はさらに発揮されるでしょう。 二つ目は、石炭からのオレフィンやエチレングリコールを活用した、高度で差別化された新素材製品ラインの開発です。 シュウ酸エステル法による石炭からのエチレングリコール製造技術は、低コスト、高選択性、長寿命な触媒といった方向へと進化している。製品品質の継続的な向上や、下流ユーザーによる製品の受容度・利用度の高まりに伴い、石炭からのエチレングリコールはポリエステル繊維産業で大規模に利用されるようになってきている。PEやPPの下流加工によって、何百種類もの市場向け最終製品が生み出されるが、現在生産されている石炭由来のポリオレフィンの多くは低価格な大量生産用製品であり、ポリエチレンやポリプロピレン用の特殊なグレードはほとんどない。 重要かつ共通的な基盤技術や装置を中心に科学技術の研究開発を強化し、現在の端末製品が似通っている状況を早急に改善し、端末製品の高機能化・差別化された新たな局面を築くべきである。技術革新と国際協力を通じて製品ラインを拡大し、早期に高付加価値で差別化されたPE・PP製品群を育成する。現在、複数の企業や研究機関がこの分野の研究を開始している。 三つ目は、高負荷下での石炭からの天然ガスの連続的かつ安定した、かつクリーンな生産を推進することです。 現在、石炭からの天然ガス製造において、製品が送気パイプラインに供給されにくい、ピーク時の調整用エネルギー源として年間を通じて負荷の変動が大きい、事業の経済的効率が低いといった問題がある。これらの問題に対処し、輸入パイプラインを通じた天然ガスの供給の安全性を確保し、石炭が豊富な地域でのエネルギーの長距離輸送問題を解決し、大気汚染防止が必要な地域にクリーンな燃料を供給することを目指す。 四つ目は、低品位炭の質別・階層別利用という新しいモデルを推進することです。 石炭の直接燃焼と比べて、低品位炭の分級・分質利用の利点は、物質やエネルギーを段階的に活用できることであり、石炭の利用効率を高め、付加価値を向上させることができる点にある。石炭化が遅く、揮発分含有量が高く、反応性が高い低級炭については、熱分解、半コークスの活用、タールの水素化といった技術を用いて質別・分級して利用し、「石油・ガス・化学製品・電力」の複合生産という新たなモデルの確立を目指し、石炭のクリーンで効率的な利用の全体的な水準を向上させる。 五つ目は、現代の石炭化学工業と石油精製産業の融合発展を強化することです。 石炭化学工業と石油精製業の両分野の統合的かつ調和のとれた発展を強化することは、現代の石炭化学工業の総合的な競争力を高めるだけでなく、石炭から作られる石油製品の特性や清潔性を活用して石油精製業における製品の品質向上を図り、石油精製コストを削減するのにも役立つ。 現在、石油精製の生産能力が過剰な状況にある中、両業界がそれぞれの強みを活かし、役割を分担して配置し、融合発展させることで、製品のバランスや性能の相互補完を実現すべきである。二つの産業は、資源を調和して活用し、技術で互いに補完し合い、製品面で相互に調和させることで、中国に適した化学工業の発展路線を切り開いている。 独立系製油所は、石炭を利用した水素製造技術の導入を検討することで、製油所で使用される天然ガスや軽質炭化水素などの水素製造原料を節約し、石油製品の加工コストの削減を図ることができる；ある程度距離がある現代の石炭化学工場や精製所において、「炭化水素との相補」や石炭・石油・ガス資源の総合的な利用方法を検討し、石油・石炭の統合、石炭・芳香族化合物の統合、石炭化学の統合による連携した配置の可能性を探ることができる。 **我が国の西部にある石炭資源の利点を活かし、西部に近代的な石炭化学工業を展開させる。これにより石油化学工業とは異なる配置となり、地域市場の不足分を補い、中西部地域における石油化学製品の下流への展開を促進する。技術革新により、現代の石炭化学工業の発展は、従来のC1化学の下流製品が限られているという概念を覆してきました。将来の近代的な石炭化学工業の革新的な発展により、C1化学の広大な製品領域がさらに開拓されるでしょう。