大連で国内初のクリーン石炭化学基地が着工
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11月10日、国内初のクリーン石炭化学工業基地である大連万陽重工装備製造有限公司の石炭化学工業装備建設プロジェクトが、大連新興産業経済区で着工した。このプロジェクトの総投資額は23億元で、敷地面積は459ムーが計画されている。 これまで、我が国の石炭化学工業の発展は、環境汚染やエネルギー消費などによって批判されてきました。大連万陽は、ドイツのティッセンクルップ・インダストリーアライドエンジニアリング社が開発した「HTW（高温ヴィンクラー）ガス化プロセス」という技術を導入した。これは現在世界で最も先進的な石炭化学プラント技術であり、品質の低い褐炭を原料として使用できる。また、水の消費量は国内外の同種製品の10分の1に過ぎない。この技術により、国内の石炭化学産業が抱える水の大量消費、高汚染、高エネルギー消費といった問題が根本的に解決されることが期待されている。 現状では、国内で石炭化学プロジェクトへの投資が許可されている企業は26社ある。石炭からの石油製造、オレフィン製造、メタノール製造、化学肥料、尿素、合成アンモニア、都市ガスなど、市場需要は非常に大きい。 大連新興産業経済区は大連市莊河市に位置し、主に新エネルギー・環境保護装備、船舶関連設備・海洋工学、新素材、低温物流、木材の備蓄・加工・取引および家具製造、一般航空などの産業を発展させています。
1978年、高温ウィンクラーHTWTMガス化パイロットプラントがドイツのヴァーグトスブルク市で稼働を開始し、ガス化圧力は1.0メガパスカルであった。この装置が蓄積した豊富な運転経験は、1986年にドイツのヴァイセンラートで建設・稼働を開始した工業用ライン褐炭からのメタノール製造プラントのための確かな実践的基盤となった。ドイツのヴァイアーラートにある大規模な工業用褐炭流動床HTWTMガス化装置は、年間8,000時間以上運転されている。 1988年、別の工業用褐炭流動層HTWTMガス化装置がフィンランドのオウル市に建設されて稼働を開始し、この装置は泥炭を利用して合成アンモニアを製造している。高温ウィンクラーHTWTMガス化プロセスを総合ガス化複合発電（IGCC）分野で活用するため、ガス化圧力2.5メガパスカルの高温ウィンクラーHTWTMガス化装置が1989年にドイツのフィーゼリング市で無事に稼働を開始しました。 90年代半ばまでに、ドイツのヴェーゼリン市にある高温ヴィンクラーHTWTMガス化装置では、ガス化剤として酸素の代わりに空気が使用され、炭素転換率が95％まで向上した。同時に、ドイツのヴァイエンラートにある大規模な褐炭流動床式HTWTMガス化装置においても、プラスチック廃棄物と褐炭の混合物をガス化原料とするプロジェクトが並行して進められている。高温ヴィンクラーHTWTMガス化プロセスが示す優れたプロセス信頼性により、日本の住友重機械工業はこの高温ヴィンクラーHTWTMガス化プロセスを一般ごみのガス化に採用し、同プラントは2000年に日本で無事に稼働を開始した。 ティッセンクルップ・インダストリーアライアンス社は2010年12月にライン・リグニート・グループから高温ヴィンクラーHTWTMガス化技術に関する全ての知的財産権および専門的知識を取得し、ドイツのダルムシュタット市に石炭サンプルの試験やガス化技術のさらなる研究開発を行うための中規模実証プラントを建設した。このパイロットプラントは2015年6月に試運転を予定している。 高温ヴィンクラーHTWTMガス化プロセスの技術保有者であるティーセンクルップ・インダストリアル・ソリューションズは、ドイツのドルトムントに本社を置くエンジニアリング請負会社であり、高度に専門化されたチーム（全世界で合計5,600人以上の従業員）と、世界各地にある子会社・支店からなる国際ネットワークを活かし、これまでに世界中で2,000以上のプロジェクトを成功裏に完工させてきました。長年にわたる工事実績の蓄積を通じて、ティッセンクルップ・インダストリアル・ソリューションズ社はガス化装置において豊富で幅広い国際的経験を有しており、世界中で100基以上のガス化装置を設計・建設し、無事に運転を開始させてきました。 1. ガス化技術の特徴と工程プロセス
高温ヴィンクラーHTWTMガス化技術は、褐炭などの低品質な石炭にも広く適用可能な加圧バブル型流動床ガス化技術であり、そのガス化工程は主に給炭ユニット、ガス化ユニット、合成ガス冷却ユニット、乾式除塵ユニット、および合成ガス洗浄ユニットから構成される。 原料炭は乾燥・前処理ユニットを通過し、高温ウェンクラーHTWTMガス化プロセスの要求に合致するよう粉砕・乾燥される。その後、コールシャッターシステム、スターフィーダー、およびスパイラルフィーダーシステムを経て、常圧からガス化圧力まで加圧され、ガス化炉内に送り込まれる。 ガス化炉内では、ガス化温度は石炭の灰融点以下に保たなければならない。炉体内部は温度によって、下部の流動層領域と上部の二次ガス化領域に分けられる。流動層領域には、比較的均一な温度分布とかなり密な固体粒子が存在する。石炭粒子の流動状態を維持するため、大部分の蒸気はガス化炉底部のノズルから流動ガスとしてガス化炉内に注入され、残りの蒸気は酸素と共にガス化炉の各層にあるノズルから分散してガス化剤として注入される。分散型の酸素供給により、大きなスラグの生成を効果的に防ぐことができる。 気化過程において、合成ガスは少量の飛灰を伴って流動層領域を離れ、二次気化領域へと入る。この領域では固体の濃度が低いため、高い炭素転化率を得て副産物の生成を防ぐために、二次ガス化領域でも引き続きガス化剤を注入する必要がある。ガス化圧力の上昇（最大3.0メガパスカル）により、ガス化炉の直径が縮小し、二次ガス化の効果がより顕著になる。合成ガスに含まれるほとんどの飛灰は、高効率サイクロン分離器によって分離され、循環ダストシュートを通じて流動層に回収され、再びガス化される。気化炉底部から排出された灰渣は、スパイラル冷却輸送機システムによってロックホッパーシステムへ送られる。 気化合成ガスはサイクロンセパレータを出た後、余熱ボイラーに入って余熱を回収し、中圧および高圧の飽和蒸気を副生する。合成ガスは余熱ボイラーで冷却された後、セラミックフィルターにて徹底的に除塵される。濾過されたフライアッシュはセラミックフィルターのフィルターエレメントの外表面に付着し、活性炭（溶融されていないフライアッシュ）と同様の吸着効果を持つことで、合成ガス中の塩分や重金属などの有害物質の大部分を効果的に吸着し、その結果、後続の洗浄ユニットで発生する廃水量を大幅に削減する。洗浄ユニットでは、合成ガス中に残留している塩分や微細な灰などがさらに除去される。 技術的優位性 （1）原料適応性が広い：高温ウェンクラーHTWTMガス化技術は、幅広い原料に適応可能である。約50年にわたる技術開発と実践経験の蓄積を通じて、高活性な褐炭や長炎炭、高融点・高灰分・高硫黄分を持つ「三高炭」、バイオマス、生活廃棄物など、世界中のさまざまな原料を処理することに成功しており、品質の悪い石炭に対して最適なガス化技術である。 （2）加圧型流動層ガス化技術：最高ガス化圧力は3.0メガパスカル。ガス化圧力が上昇するにつれて、ガス化プロセスの反応速度が速くなり、ガス化炉の単位断面積当たりの処理負荷が増大する。これは装置の生産能力の強化に寄与し、合成ガスのさらなる精製処理や下流工程システムとの圧力整合にも有利である。 （3）環境保護・節水：ガス化温度が石炭の灰溶点よりも低く、乾式排渣・排灰方式および灰渣の再利用を採用しているため、タールやフェノール類を多く含む黒水の発生を防ぎ、廃水量は極めて少なく処理も簡単で、産業上ほぼゼロ排出に近い。 （4）低コスト、高効率：ハイテンプレートHTWTM気化炉は、耐熱ライニングを備えた圧力容器で、炉内に内部部品は一切なく、構造がシンプルでメンテナンスコストが低く、かつ信頼性の高い運転が可能な特徴を持っています。高温ヴィンクラーHTWTMガス化プロセスにおける冷ガス効率は77％以上、炭素転換率は95％を超える。 （5）信頼性の高いプロセスで、既に工業化されている：高温ウィンクラーHTWTMガス化技術の信頼性は、ドイツのバイレナートにある褐炭からメタノールを製造する工業プロジェクトにおいて十分に実証されている。12年間連続して安定した運転を実現し、平均的な装置の稼働率は85％を超え、最も良かった年には91％に達しました。 二 技術仕様表
ガス化技術の種類：乾式粉末加圧型流動層ガス化技術
ガス化技術の名称：高温ウィンクラーHTWTMガス化技術
ガス化炉のタイプ：プロジェクトの状況に応じて、1日あたり最大3800トンの石炭を処理できるさまざまなタイプのガス化炉が使用可能
ガス化炉の構成：プロジェクトの特性に応じて、予備炉を設置するかどうかを決定可能
給料方法：ロックホッパーシステムおよび高圧耐性を持つ螺旋式給料システムを使用
給料位置：ガス化炉の下部の流動層領域
ノズルの種類と特徴：専用の装置を使用
流動方式：加圧バブリング型流動層
耐熱ライニング：専用のライニング材料を使用
合成ガスの冷却方法：余熱ボイラーを使用
ガス化媒体：蒸気、酸素/空気
技術の実用化段階：すでに多数の大規模な工業的応用が実現されている
運転期間：連続して12年間安定して運転可能で、平均的な装置の稼働率は85％以上。最も良い年には91％に達する
石炭の粒径範囲：0～10mm
石炭の適用範囲：泥炭、褐炭、長炎炭、灰分・硫黄分が多く融点が高い石炭、バイオマス、家庭ごみなど
石炭の工業的分析：最適な石炭の範囲は以下の通り。
炭素含有量（乾燥無灰基準）：40～80wt%
揮発分（乾燥無灰基準）：38～88wt%
灰分含有量（乾燥基準）：≤45wt%
硫黄分：特に要求なし
運転条件：ガス化温度：灰の融点より200～300℃低い値。ガス化圧力：1.0MPa～3.0MPa
粗合成ガスの組成：CO 29.4vol.%、H2 29.5vol.%、CO2 18.8vol.%、CH4 4.0vol.%、N2+Ar 0.5vol.%、H2O 17.5vol.%、その他 0.3vol.%
この数値は、灰分の少ない褐炭を純酸素でガス化した場合の結果です。
工程指標：酸素消費量 ≤300Nm3/1000Nm3(CO+H2)
蒸気消費量：プロジェクトの状況によって異なる
合成ガスの生産量：1基のガス化炉での有効なガス生産量（CO+H2）は、最大で155000Nm3/時に達する
炭素変換率：95％以上
適用分野：合成アンモニア、メタノール、水素製造、合成天然ガス、合成油、IGCCなど
三 運用事例
高温ウィンクラーHTWTMガス化技術は、50年以上にわたる発展を経て、世界中で多くの成功した工業的応用例があります。その中で、1986年にドイツのヴァイセンラート市に建設された高温ウィンクラーHTWTM褐炭からメタノールを製造する工業的実証プラントは、HTWTMガス化ユニットのほかに、合成ガスの浄化、圧縮、一酸化炭素の変換、および脱硫・脱炭などの工程ユニットも備えている。この工業実証装置のガス化炉1基あたりの石炭投入量は720トン/日で、運転圧力は1.0メガパスカル、合成ガスの生産量は54,000標準立方メートル/時であり、この合成ガスはメタノール製造の原料ガスとして使用される。この装置は1997年末までに合計67万時間稼働し、乾燥茶色炭を160万トンガス化し、メタノールの総生産量は80万トンに達した。高温ウィンクラーHTWTM気化技術の信頼性は、この産業実証プロジェクトにおいて十分に検証されました。12年間連続して安定した運転を実現し、平均的な装置の稼働率は85％を超え、最も良かった年には91％に達しました。この工業実証装置は、これまでの世界で最も長期間にわたり稼働し、最も信頼性の高い加圧型流動層ガス化装置です。
高温ヴィンクラーHTWTMガス化技術は、褐炭などの低品質な石炭にも広く適用可能な加圧バブル型流動床ガス化技術であり、そのガス化工程は主に給炭ユニット、ガス化ユニット、合成ガス冷却ユニット、乾式除塵ユニット、および合成ガス洗浄ユニットから構成される。 原料炭は乾燥・前処理ユニットを通過し、高温ウェンクラーHTWTMガス化プロセスの要求に合致するよう粉砕・乾燥される。その後、コールシャッターシステム、スターフィーダー、およびスパイラルフィーダーシステムを経て、常圧からガス化圧力まで加圧され、ガス化炉内に送り込まれる。 ガス化炉内では、ガス化温度は石炭の灰融点以下に保たなければならない。炉体内部は温度によって、下部の流動層領域と上部の二次ガス化領域に分けられる。流動層領域には、比較的均一な温度分布とかなり密な固体粒子が存在する。石炭粒子の流動状態を維持するため、大部分の蒸気はガス化炉底部のノズルから流動ガスとしてガス化炉内に注入され、残りの蒸気は酸素と共にガス化炉の各層にあるノズルから分散してガス化剤として注入される。分散型の酸素供給により、大きなスラグの生成を効果的に防ぐことができる。 気化過程において、合成ガスは少量の飛灰を伴って流動層領域を離れ、二次気化領域へと入る。この領域では固体の濃度が低いため、高い炭素転化率を得て副産物の生成を防ぐために、二次ガス化領域でも引き続きガス化剤を注入する必要がある。ガス化圧力の上昇（最大3.0メガパスカル）により、ガス化炉の直径が縮小し、二次ガス化の効果がより顕著になる。合成ガスに含まれるほとんどの飛灰は、高効率サイクロン分離器によって分離され、循環ダストシュートを通じて流動層に回収され、再びガス化される。気化炉底部から排出された灰渣は、スパイラル冷却輸送機システムによってロックホッパーシステムへ送られる。 気化合成ガスはサイクロンセパレータを出た後、余熱ボイラーに入って余熱を回収し、中圧および高圧の飽和蒸気を副生する。合成ガスは余熱ボイラーで冷却された後、セラミックフィルターにて徹底的に除塵される。濾過されたフライアッシュはセラミックフィルターのフィルターエレメントの外表面に付着し、活性炭（溶融されていないフライアッシュ）と同様の吸着効果を持つことで、合成ガス中の塩分や重金属などの有害物質の大部分を効果的に吸着し、その結果、後続の洗浄ユニットで発生する廃水量を大幅に削減する。洗浄ユニットでは、合成ガス中に残留している塩分や微細な灰などがさらに除去される。 技術的優位性 （1）原料適応性が広い：高温ウェンクラーHTWTMガス化技術は、幅広い原料に適応可能である。約50年にわたる技術開発と実践経験の蓄積を通じて、高活性な褐炭や長炎炭、高融点・高灰分・高硫黄分を持つ「三高炭」、バイオマス、生活廃棄物など、世界中のさまざまな原料を処理することに成功しており、品質の悪い石炭に対して最適なガス化技術である。 （2）加圧型流動層ガス化技術：最高ガス化圧力は3.0メガパスカル。ガス化圧力が上昇するにつれて、ガス化プロセスの反応速度が速くなり、ガス化炉の単位断面積当たりの処理負荷が増大する。これは装置の生産能力の強化に寄与し、合成ガスのさらなる精製処理や下流工程システムとの圧力整合にも有利である。 （3）環境保護・節水：ガス化温度が石炭の灰溶点よりも低く、乾式排渣・排灰方式および灰渣の再利用を採用しているため、タールやフェノール類を多く含む黒水の発生を防ぎ、廃水量は極めて少なく処理も簡単で、産業上ほぼゼロ排出に近い。 （4）低コスト、高効率：ハイテンプレートHTWTM気化炉は、耐熱ライニングを備えた圧力容器で、炉内に内部部品は一切なく、構造がシンプルでメンテナンスコストが低く、かつ信頼性の高い運転が可能な特徴を持っています。高温ヴィンクラーHTWTMガス化プロセスにおける冷ガス効率は77％以上、炭素転換率は95％を超える。 （5）信頼性の高いプロセスで、既に工業化されている：高温ウィンクラーHTWTMガス化技術の信頼性は、ドイツのバイレナートにある褐炭からメタノールを製造する工業プロジェクトにおいて十分に実証されている。12年間連続して安定した運転を実現し、平均的な装置の稼働率は85％を超え、最も良かった年には91％に達しました。 二 技術仕様表
ガス化技術の種類：乾式粉末加圧型流動層ガス化技術
ガス化技術の名称：高温ウィンクラーHTWTMガス化技術
ガス化炉のタイプ：プロジェクトの状況に応じて、1日あたり最大3800トンの石炭を処理できるさまざまなタイプのガス化炉が使用可能
ガス化炉の構成：プロジェクトの特性に応じて、予備炉を設置するかどうかを決定可能
給料方法：ロックホッパーシステムおよび高圧耐性を持つ螺旋式給料システムを使用
給料位置：ガス化炉の下部の流動層領域
ノズルの種類と特徴：専用の装置を使用
流動方式：加圧バブリング型流動層
耐熱ライニング：専用のライニング材料を使用
合成ガスの冷却方法：余熱ボイラーを使用
ガス化媒体：蒸気、酸素/空気
技術の実用化段階：すでに多数の大規模な工業的応用が実現されている
運転期間：連続して12年間安定して運転可能で、平均的な装置の稼働率は85％以上。最も良い年には91％に達する
石炭の粒径範囲：0～10mm
石炭の適用範囲：泥炭、褐炭、長炎炭、灰分・硫黄分が多く融点が高い石炭、バイオマス、家庭ごみなど
石炭の工業的分析：最適な石炭の範囲は以下の通り。
炭素含有量（乾燥無灰基準）：40～80wt%
揮発分（乾燥無灰基準）：38～88wt%
灰分含有量（乾燥基準）：≤45wt%
硫黄分：特に要求なし
運転条件：ガス化温度：灰の融点より200～300℃低い値。ガス化圧力：1.0MPa～3.0MPa
粗合成ガスの組成：CO 29.4vol.%、H2 29.5vol.%、CO2 18.8vol.%、CH4 4.0vol.%、N2+Ar 0.5vol.%、H2O 17.5vol.%、その他 0.3vol.%
この数値は、灰分の少ない褐炭を純酸素でガス化した場合の結果です。
工程指標：酸素消費量 ≤300Nm3/1000Nm3(CO+H2)
蒸気消費量：プロジェクトの状況によって異なる
合成ガスの生産量：1基のガス化炉での有効なガス生産量（CO+H2）は、最大で155000Nm3/時に達する
炭素変換率：95％以上
適用分野：合成アンモニア、メタノール、水素製造、合成天然ガス、合成油、IGCCなど
三 運用事例
高温ウィンクラーHTWTMガス化技術は、50年以上にわたる発展を経て、世界中で多くの成功した工業的応用例があります。その中で、1986年にドイツのヴァイセンラート市に建設された高温ウィンクラーHTWTM褐炭からメタノールを製造する工業的実証プラントは、HTWTMガス化ユニットのほかに、合成ガスの浄化、圧縮、一酸化炭素の変換、および脱硫・脱炭などの工程ユニットも備えている。この工業実証装置のガス化炉1基あたりの石炭投入量は720トン/日で、運転圧力は1.0メガパスカル、合成ガスの生産量は54,000標準立方メートル/時であり、この合成ガスはメタノール製造の原料ガスとして使用される。この装置は1997年末までに合計67万時間稼働し、乾燥茶色炭を160万トンガス化し、メタノールの総生産量は80万トンに達した。高温ウィンクラーHTWTM気化技術の信頼性は、この産業実証プロジェクトにおいて十分に検証されました。12年間連続して安定した運転を実現し、平均的な装置の稼働率は85％を超え、最も良かった年には91％に達しました。この工業実証装置は、これまでの世界で最も長期間にわたり稼働し、最も信頼性の高い加圧型流動層ガス化装置です。
この気化技術は国内で利用されていますか？
この技術は一次的な技術であり、いくつかの現代の石炭化学技術の根本的な基盤技術です。国内でこの種のプロジェクトの研究開発を進めるには、多大な忍耐が必要です
SASOLにもこの技術があります