コールタール水素化の多様なルート、どれが優れているか？

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ここ2年間、コールタール水素化技術を活用したプロジェクトが国内で相次いで登場している。 2014年4月30日、内モンゴルの慶華集団ウスタイ精密化学有限公司における、年間50万トン規模のコールタール懸濁床水素化分解装置のプロセスパッケージが承認されました。 2015年7月25日、年産15万トンの沸騰床式石炭タール水素化装置が河北省の新啓元エネルギー技術開発株式会社において稼働を開始しました。これは国内で初めての沸騰床式石炭タール水素化装置です。 現在、延長石油安源化工有限公司は、全留分懸濁床水素化分解技術を用いて建設した石炭タール全留分水素化製油実証プロジェクトの第1期工事である、50万トン規模の石炭タール水素化製油プロジェクトが試運転・投入段階に入っています。 これにより、固定床水素精製技術、固定床水素化分解技術、全留分石炭タール固定床水素化分解技術、遅延焦化－固定床水素化分解複合処理技術、懸濁床および沸騰床水素化分解など、6種類の石炭タール水素化技術が国内で導入されている。 では、これらの技術はどのように比較すればよいのでしょうか？どの技術が応用分野となり、コールタール水素化産業の未来をリードするのでしょうか？業界の専門家たちがそれぞれコメントした。 コールタールは、黒褐色または真っ黒な粘性のある液体であり、石炭の乾留温度によって分類され、低温コールタール、中温コールタール、高温コールタールに分けられます。コールタールの水素化とは、水素精製または水素処理によって、コールタール中の硫黄、窒素、酸素、金属などの不純原子や不純物、さらには飽和オレフィンや芳香族炭化水素を除去し、ナフサ、ディーゼル燃料、低硫黄低窒素の重質燃料油などの目的とする製品を生産することです。業界関係者は記者に対し、コールタール水素化の6種類の技術原理は同じで、ただ前処理が異なるだけであり、その後はすべて固定床水素化であると説明した。前処理段階では、それぞれ特徴があります。 単純な固定床水素精製技術とは常圧減圧蒸留であり、コールタールの全フラクションを軽質油分と重質油に分離し、その軽質油分を固定床水素精製の原料としてさらに処理する。これにより軽質油分中の硫黄、窒素、酸素などを除去すると同時に、そこに含まれるオレフィンや一部の芳香族化合物を水素化飽和させ、最終的にナフサおよび低硫黄ディーゼル油分を得る。この技術の利点は工程が簡単で投資額が少ないことだが、軽油製品の収率が最も低く、350度未満の留分しか処理できない。 固定床水素化分解技術とは、プロセスフローに水素化分解工程を追加し、石炭タールをまず留分油とアスファルト製品に分離するものです。その中で、留分油は順に水素精製工程と水素クラッキング工程に送られる。水素精製工程では、原料中の硫黄、窒素、酸素などの元素が除去され、オレフィンや一部の芳香族化合物が水素化飽和される。一方、水素クラッキング工程では、350度から500度の減圧下で留分油がクラッキングされ、350度未満の軽質油に変換されることで、石油製品の収率が向上する。理論的には、減圧蒸留油のドライポイントを適切に制御すれば、コールタールの利用率を約30％向上させることができる。しかし実際には、留分油の乾点は一般的にうまく制御できない。 全留分油固定床水素化分解技術の原料にタールアスファルト成分が追加され、石炭タールの利用率がさらに向上した。北京低炭素清潔エネルギー研究所の高級技術者、朱豫飛は、目的とする製品がガソリンやディーゼル留分などの燃料油である場合、水素化処理の方がコークス化よりも優れていると考えている。水素化によって石炭タールという資源をより十分に活用でき、石炭タール原料を軽油製品に最大限に変換することができるからです。 遅延重質化－水素化複合技術は、石炭タールを処理する手法として利用できる。しかし、明らかな欠点としてコークス収率が高く、かなりの割合の液体石炭タールが固体コークスに変換されてしまい、資源利用の観点からは不利である。特に高温タールにおいては、遅延重質化処理の難易度はさらに高くなる。陝西神木天元化工有限公司のエンジニアである姚磊は、遅延重質化プロセスは半連続的な運転方式であり、一度に処理できる量が多く、効率も高いと考えている。また、他の技術が複数のハイドロゲナーゼ触媒を組み合わせて使用するのとは異なり、石炭タールの処理にかかる投資コストや運用コストを大幅に削減できる。その結果、石炭タールの処理コストが低下し、ある程度、経済的な効率が向上するのだ。しかし、甘粛宏匯エネルギー化学有限公司の副総経理である張建強は、最長の運転サイクルで見た場合、遅延接触分解－水素化複合技術は収率が75％と低いものの、触媒の消耗や起動・停止にかかるコストなどを総合的に考えると、この技術は依然として経済的で適用可能だと考えている。 懸濁床および沸騰床水素化分解技術は、現在注目されている技術です。この技術を用いた反応器では、触媒は固定状態ではなく流動状態にあり、反応媒体によって水素化反応時の反応熱が除去されるため、原料に含まれる不純物の沈着やコーキングによって触媒層が閉塞する問題を防ぐことができる。 業界の一部では、スラリー床反応器やボイリング床反応器によって触媒をオンラインで交換することができ、反応器内の触媒の活性を安定させることができるため、長期間にわたる安定した運転が実現し、石炭タールの転化率や軽油製品の収率が向上し、収率は90％以上に達すると考えられている。朱豫飛は、スラリー床水素化技術の方が石炭タールの処理に適していると考えている。なぜなら、スラリー床はアスファルテン含有量が高い重油を処理でき、汚染物質を多く含む原料に対して非常に優れた利点があるからだ。彼は、すべての懸濁床水素化技術が石炭タールの処理に利用できるわけではないと考えている。なぜなら、石炭タールの反応性は石油留分と異なり、良好な水素化変換結果を得るためには適切な触媒と工程条件が必要だからである。山東淄博泰通触媒技術有限公司の万学兵総経理は、懸濁床式石炭タール水素化プロセスにおいて、触媒は石炭タール中に懸濁しており、触媒の密度が反応物の密度に近いため、触媒と石炭タールの反応が均一に行われ、反応活性が高くなると考えている。 石炭科学総院液化所の所長である張晓静は、懸濁床と沸騰床の水素化分解技術は異なる反応器を持ち、反応体系や反応の難易度も異なるため、運用コスト、操作の難しさ、投資額を比較すべきだと考えている。中国石化洛陽工程有限会社の高級技術者である左鉄氏によると、沸騰床反応器の触媒投入・排出システムは複雑であり、投資額は懸濁床の場合よりも10～15％高くなるとのことです。懸濁床技術とは、触媒を反応器内で常に継続的に供給し、最も新鮮な触媒が石炭タールと反応するようにするものです。これにより、タール中のアスファルトはほぼすべて変換され、収率が高くなります。中低温の石炭タールの場合、収率は92％に達し、高温の石炭タールの場合でも83％に達します。 陝西省化学工学会の名誉理事長である賀永德は、さまざまな比較を行った。全留分炭タールの固定床水素化分解技術を用いると石油の生産量は10％増えるが、水素消費量が多く、1トンの石油を生産するのに、遅延焦化と固定床水素化分解の複合技術に比べて200立方メートル多くの水素が必要となる。投資面から見ると、全留分石炭タール固定床水素化分解技術は、遅延焦化＋固定床水素化分解複合技術に比べて25～30％少ない投資で済み、同じ石炭タールを使用した場合、総合的に考慮すると両技術の経済性はほぼ同等である。懸濁床および沸騰床の水素化技術における収率は、固定床に比べて高い。 河南平頂山首山焦化公司の副総経理である李志越や、河南宝硕焦油化工有限公司の総経理である張新橋をはじめとする業界関係者たちは、懸濁床および沸騰床を用いた水素化処理が石炭タールの水素化処理における適切な技術であり、収率が高く、高温の石炭タールの全成分を水素化処理するのに適していると一致して考えている。ただ、彼らの中には流動層を支持する者もいれば、懸濁層を支持する者もいる。張建強は、懸濁床や沸騰床は撹拌方法が異なるだけであり、どちらも今後の発展方向であると指摘した。しかし、システムが長期間にわたりフル負荷で安定して稼働できるかどうかは、1年間連続して運用してみないと判断できない。 新疆広匯エネルギー社の高級技術者である曹先勇氏をはじめとする複数の専門家は、記者に対し、懸濁床および沸騰床が現在、石炭タールの水素化において最も先進的な技術であるが、投資額も比較的大きいと述べた。ルートは、コールタールの品質とコールタールの処理規模に基づいて決定すべきである。石炭タールの品質が良く、処理規模が小さい場合は、固定床や遅延焦化も同様に適用可能であり、処理規模が小さい高温度石炭タールであっても固定床水素化に適用できるとさえ言える。一方、タールの処理規模が大きく、アスファルテンや金属含有量が高い高温石炭タールには、懸濁床および沸騰床水素化分解技術がより適している。 山東省金能石炭化学工業有限公司の総工程師である范安林は記者に対し、懸濁床か沸騰床のどちらが最良という絶対的なものはなく、技術ルートの選定は石炭タールの品質、石炭タールの資源、企業の資金、石炭タールを水素化した後の燃料油の品質、完成油の価格といった要因を比較した上で、企業自身の経済的な状況を考慮して決めるべきだと述べた。 石炭タール水素化技術を用いて石油製品を生産する以外にも、他のアプローチが実践されている。現在、既存のコールタール水素化プロセスのほとんどは、ナフサや軽油を最終製品としているとのことです。これらの製品の特徴は、芳香族炭化水素と環状炭化水素の含有量が高いことです。その中で芳香族の潜在含有量は一般的に70％～80％であり、石油由来の含有量を大幅に上回っているため、貴重な芳香族原料となっている。 朱豫飛は、選択的水素化クラッキング技術を採用して、そこに含まれる多環芳香族炭化水素を単環芳香族炭化水素に変換し、最終的に芳香族製品の生産に利用すれば、軽油製品のセタン価が低いという問題を回避すると同時に、この留分油に含まれる芳香族資源も有効に活用できると述べた。コールタールは水素化変換技術を用いて芳香族製品の生産に利用され、また製造過程における水素消費量も削減できる。 李志越をはじめとする業界関係者も、石炭タールを芳香族製品の製造に利用すれば、触媒改質装置の効率を大幅に向上させるだけでなく、この原料の優位性を十分に発揮できると述べている。芳香族炭化水素は付加価値が高く、消費税もかからない。これが方向性であり、経済的にも確実に合理的だ。しかし、業界関係者の中には、アロマティックスの導入も、企業が所在する地域のアロマティックスの生産・販売市場に基づいて決定すべきだと考える人もいる。