石炭液化技術の最新開発状況

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この投稿は、liaifeng によって最終編集されました: 2018-9-10 20:23 石炭液化技術の最新の開発状況 国際石油価格が歴史的高値を突破し続けている (130 米ドルを超える高水準で推移している) ため、世界中で代替石油プロジェクトの急速な開発がさらに刺激されています。しかし、従来の石炭から液体への生産では、1 トンの石油を生産するのに 3 ～ 4 トンの石炭が使用でき、エネルギー利用率は半分しかなく、9 ～ 15 トンの水が必要であるため、この業界に対して多くの懸念を引き起こしています。しかし、科学技術の進歩により、プロセスを組み合わせたり、新しいアイデアを採用したりすることで、人々を悩ませているこの問題を解決することが可能になりました。 1．石炭液化技術の紹介 石炭液化は間接液化と直接液化に分けられます。 石炭の直接液化は間接液化よりも石炭の品質に対する要求が高くなりますが、石炭の直接液化ルートは比較的単純で、熱効率が高く、液体製品の収率も比較的高くなります。；間接石炭液化は、直接液化に比べて石炭の品質要件が厳しくありませんが、間接石炭液化のルートは比較的長く、熱効率と液体収率は直接液化よりも低くなります。 1.1 間接液化法 石炭間接液化法は、石炭をガス化して合成ガス（CO+H2）を製造し、その後触媒合成（FT合成等）により有機炭化水素に変換する方法です。間接石炭液化の石炭の種類は幅広い適応性を持ち、間接液化プロセスの運転条件は穏やかです。間接石炭液化の一般的な合成プロセスは、250°C、15 ～ 40 気圧で操作されます。さらに、関連する合成技術を使用して、天然ガスやその他の炭素含有有機物質を変換することもできます。合成製品は高品質で低汚染です。 石炭間接液化合成油技術は海外で大規模な工業化を達成している。南アフリカは豊富な石炭資源をもとに合成油プラントを建設し、年間約4,200万トンの石炭を消費し、約500万トンの合成油製品と200万トンの化学品を生産している。技術面では、南アフリカのSASOL社は、固定床技術（1950～1980年）、循環流動床（1970～1990年）、固定流動床（1990年～）、スラリー床（1993年～）の4段階を経験した。 1.2 直接液化法 直接液化法は、石炭を高圧水素化して直接液体燃料を得る方法です。1913年、ドイツのベルギウスが初めて石炭の高圧水素化を研究し、世界初の石炭液化特許を取得した。1944 年までに、ドイツの石炭直接液化プラントの石油生産能力は年間 423 万トンに達し、第二次世界大戦中のドイツの航空燃料の 2/3 と自動車および装甲車両用の石油の 50% を供給しました。1950年代以降、中東で安価な石油が大量に発見され、石炭直接液化は一時的に競争力を失った。 1970 年代の世界石油危機により、石炭液化技術は後回しになりました。世界の代表的な石炭直接液化プロセスは、ドイツの新液化（IGOR）プロセス、米国のHTIプロセス、日本のNEDOLプロセスである。 これらの新しい液化プロセスの共通の特徴は、石炭液化の反応条件が旧来の液化プロセスに比べてはるかに穏やかであり、製造コストが削減され、中間スケールアップ試験が完了していることである。。 2. 石炭から液体への経済比較と既存の問題 2.1 石炭から液体への経済比較 表 1 は、神華石炭の直接液化と間接液化の技術的および経済的比較です。表から、石炭から液体への直接法の場合の石油1トン当たりのコストは1,400元、間接法のコストは1,600元であることがわかります。生産される石油 1 トンごとに 5 ～ 6 トンの水が必要ですが、間接法では 9 ～ 12 トンの水が必要です。直接法では1トンの石油を生産するのに2.4トンの石炭が必要ですが、間接法では4.4トンの石炭が必要です。石炭から液体への直接液化法の場合、石炭の熱エネルギー利用率は47.6％であるのに対し、間接液化法の利用率は28.6％に過ぎず、石炭から液体への過程で熱エネルギーのほとんどが消費されてしまう。石炭を液体にするには大量の水と莫大なエネルギーの無駄が必要であるからこそ、**石炭を液化する大規模な産業建設を実行する決断を下すことは困難です。直接法は石炭の品質要件が高く、より高品質の石炭が必要なため、その用途は原料によって制限されます。 2.2 石炭液化に存在する問題点 石炭液化プロジェクトが将来直面する最初の課題は、水資源の消費をいかに削減し、環境の持続可能な発展を守るかということである。2つ目は、二酸化炭素排出問題の解決です。石炭を液体にする製造プロセスでは、大量の二酸化炭素が排出されます。 1トンの石油を生産すると7～8トンの二酸化炭素が排出されます。神華社のパートナーとして、南アフリカの企業サソ社は、水の保全と二酸化炭素の排出に関していくつかの試みを行っただけだ。2012年以前は中国などの発展途上国**二酸化炭素排出削減に取り組むことを約束することは可能であり、それは神華や塩光などの石炭液化プロジェクトに直接的な影響を与えることになる。しかし、私たちは石炭液化プロジェクトの汚染問題を公正かつ客観的に見る必要があります。 3 大気汚染という点では、発電所は石炭液化プロジェクトよりもはるかに深刻です。；水の消費量に関しても、肥料プロジェクトと石炭からメタノールへの変換は石炭から液体への変換よりも多くなっています。したがって、水の消費量に基づいて石炭から液体への移行を非難することは受け入れられないと思われます。重要なのは、石炭液化プロジェクトが石炭と水を同時に考慮できない場所に建設されていることだ。 3．現在の石炭液化技術の紹介 過去に石炭液化技術に存在する多くの問題を考慮して、多くの民間および外資系研究機関が新しい石炭液化技術を開発したと主張してきた。 3.1 陝西金潮投資会社の新プロセスの紹介 3.1.1 技術的特徴 中国の陝西金潮投資会社と南アフリカのウィットウォータースランド大学材料・プロセス合成センターは、中国向けの新しい石炭から石油への技術を開発するために協力した。この技術の革新的なアイデアは、新しい化学的方法を使用してエネルギー効率を向上させることです。新しい化学的方法では、従来の原料である石炭と天然ガス（または炭鉱の排ガス）を混合することで、水素と炭素の比率を調整できます。新しい技術では、合成プロセスにおけるループ リンクも省略されます。現在の成熟した合成プロセスは次のとおりです。：石炭＋水＋酸素→合成ガス生成→炭化水素＋二酸化炭素生成。この際、廃ガスとして二酸化炭素が排出され、石炭から炭化水素への変換効率が低下するだけでなく、大気環境も汚染されます。同時に、二酸化炭素排出量の増加により、生産される炭化水素1トン当たりより多くの石炭が必要となり、操業コストが増加します。新しい方法によりプロセスが簡素化され、技術的なリスクと運用コストが削減されます。現在、石炭から石油への産業のリーダーによる技術変革は、合成プロセスの反応器に焦点を当てていますが、反応器のコストは企業投資全体の 10% を超えませんが、新しいプロセスフローの革新により投資の 15% ～ 30% を節約できます。実際、同社は成熟した天然ガス液化技術と石炭液化技術を密接に組み合わせ、天然ガス中の高い水素対炭素比を最大限に活用して石炭中の水素不足を補い、従来の石炭液化水素製造で消費される水の量を大幅に削減しています。技術革新の性質から、それは複合プロセスのカテゴリーに属します。 3.1.2 技術分析 同社に連絡したところ、同社が宝鶏でパイロット実験を行っていることが最初に分かりました。関係技術者との連絡が取れていないため、節水状況を理論的に分析してみます。石炭が完全に炭素で構成されていると仮定すると、石炭を 1 トン液体化するには約 0.17 トンの水素が必要となり、水素は天然ガスから供給されます。天然ガスがすべてメタンで構成されていると仮定すると、1.4 トンの天然ガスが必要になります。つまり、天然ガスによる大まかな理論計算です。：石炭=1.4：1. 石炭は液化することができます。もちろん、これらは化学的な観点からのみ分析されています。天然ガスと石炭の実際の重量比は、1.4 よりもはるかに大きいと推定されます。 4 上記の理論分析から、実際、この技術は天然ガス液化と呼ぶのがより適切であることがわかります。技術的な特徴は、石炭を添加することにより生産コストが大幅に削減されることです。私たちの国は天然ガスに乏しい**、天然ガスの液化開発は非現実的でしょう。300万トンを建設した場合（**法律改革委員会によって指定された石炭液化の最大生産量には、175 万トンの天然ガスが必要となります。我が国の一部の人々は、石炭ガス化による天然ガスの生産について話しており、この技術の応用に関して多くの疑問が残ることを示しています。さらに、このプロセスでは、年間 300 万トンの石油生産装置を建設するには、最大 260 億元の投資が必要と推定されています。 3.2 合豊集団有限公司の液化技術 合豊集団は褐炭液化技術を開発した。同社は、生産プロセス全体で水の消費を必要としないと主張している（従来の石炭液化生産技術では水素添加プロセスが使用されており、生産される石油1トン当たり10トン以上の水を必要とする）。この技術で使用される水は、水資源を無駄にすることなく、冷却システムとしてのみリサイクルされます。；また、生産設備は従来の石油化学設備を採用しており、小型、小面積、低投資、短い建設期間、迅速な結果という特徴があります。しかし、原料として使用できるのは褐炭のみであり、我が国の褐炭の産出量は少ないため、大規模なプロモーションには適していません。現在、呼倫貝東能化工有限公司は年間生産量500万トンの褐炭低温熱分解プロジェクトの建設を計画しており、計画総投資額は9億2,587万元、年間処理能力は褐炭500万トン、年間生産量はセミコークス200万トン、タール30万トン、粗ベンゼン1万2500トン、そして5億5000万立方メートルのガス。プロジェクト稼働後の生産額は14億元に達する。このことは、液化技術の技術内容が平均的であることを示している。 3.3 陝西楡林神木金街天源化学有限公司 陝西省楡林神木金街天源化学有限公司は、地元のコールタール資源を利用し、縦型炉レトルトプロセスにより青炭、コールタール、コークス炉ガスを製造し、コークス炉ガスから水素を製造している。 、その後、二段階水素化技術とテールオイル分解技術を使用して、触媒の作用下でコールタールと水素を水素化し、燃料ディーゼル、ナフサ、液化ガスなどを分別し、石炭、コークス、石油の生産の統合を達成し、コールタールの付加価値を高めます。同時に、このプロセスでは製造過程で発生する排ガスをリサイクルすることができ、工業廃水の排出がゼロになるため、従来のコールタール処理に存在していた公害問題が完全に解消されます。コールタールはコークス化プロセス中に形成される油状の液体で、500 種類以上の芳香族炭化水素で構成されています。産業界ではまだ十分に活用されていません。報道によると、神木金傑天源化学有限公司が採用した二重水素化尾油分解技術は中国初である。コールタールの利用転換率は93％に達しており、1トンのコールタールから930キログラムの精製油が生産できる。現在、年間25万トンの中温コールタール軽量化装置がデバッグ中で、日量200トン以上の燃料ディーゼルとナフサが生産されており、まもなく完全に稼働する予定である。 多くの業界専門家は、「楡林版石炭液化プロジェクト」ともいえる中温コールタール軽量化プロジェクトの稼働により、石炭とコールタールを深く処理して利用し、石炭化学産業チェーンを拡大する新たな道が開かれたと信じている。これは我が国の代替石油資源の開発にとって極めて重要であるが、これは単なるコールタールの後処理プロセスであり、石炭の液化とは結びつかないと我々は考えている。せいぜい石炭化学産業としか言えない。 3.4 水性フィッシャー・トロプシュ反応 北京大学化学分子工学院の研究チームは、低温および水相の研究方向を目指しました。イオン液体におけるフィッシャー・トロプシュ反応から出発し、2005年に150℃で活性な超長寿命ナノフィッシャー・トロプシュ反応触媒を取得しました。そこで研究チームは、水中で反応を進めるという新しいアイデアを思いつき、2年後に成功しました。この研究結果によって提案された新しいアイデアは、フィッシャー・トロプシュ合成の今後の産業発展に新たな方向性を与えるものです。間接液化石炭から石油への主要な工業プロセスにおける主要な技術として、新しいフィッシャー・トロプシュ合成技術が大規模工業化を達成すれば、既存の工業用フィッシャー・トロプシュ合成システム全体を置き換えることが完全に可能です。しかし、この成果は世界的に注目を集めていますが、実用化までにはまだ長い時間がかかります。 4．結論 鉱物資源が日々減少するにつれ、人々の代替エネルギー源の探求は急速に高まるでしょう。私たちはまた、人類は代替エネルギーの形態を見つけることができると信じています。エネルギー源の観点から見ると、すべてのエネルギーは太陽エネルギーから得られます。私たちが現在使用しているさまざまな原材料は、エネルギーを運ぶものにすぎません。高度な電力貯蔵、急速充電技術、水素貯蔵技術があれば、私たちは新たなエネルギー源を探す必要がなくなるかもしれません。しかし、私たちは技術の進歩を通じて、時代に適した新しいエネルギー技術を見つけることができるとさらに確信しています。