現代石炭化学工業の現状、問題点及び将来

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顧宗勤：現代の石炭化学工業の現状、問題点、そして将来　著者／出典：日付：2016年5月26日　クリック数：4　現代の石炭化学工業とは、石炭を主な原材料とし、クリーンなエネルギーや化学製品の生産を目的とする近代的な石炭加工・変換産業であり、石炭をクリーンかつ効率的に利用し、石炭産業の構造調整や地域経済の発展を促進するための重要な手段です。 21世紀以降、我が国では先進的なガス化技術を代表とする現代の石炭化学産業が急速に発展し、キーテクノロジーは成熟しつつあり、複数の実証プロジェクトが商業運転を開始している。技術革新および産業化の両面で世界の最先端を走っている。現代の石炭化学工業は、クリーンな石油製品や天然ガスといった清潔エネルギー製品を供給するだけでなく、オレフィン、アロマチック、エチレングリコールといった石油代替製品の開発にもつながります。2015年以降、国際石油価格の大幅な下落により国内のエネルギー・化学製品価格が急落し、現代石炭化学工業の経済性は厳しい挑戦に直面した。その結果、現代石炭化学工業の重要プロジェクトの初期段階の進捗が遅れている。将来を見据え、技術の進歩や工学的経験の蓄積に伴い、現代の石炭化学産業はさらに技術水準を向上させ、産業としての成熟度や収益性を高めていく。また、石炭の質別・階層別の総合的な利用や、石油・ガス・電力・熱エネルギーの複合生産といった、より効率的な生産モデルを積極的に探求し、より高いレベルへと進んでいくつもりだ。 1 現代の石炭化学工業の発展状況 1. 産業が一定の規模に達する 2015年末時点で、我が国における石炭からの石油製造（直接液化および間接液化）の生産能力は258万トン/年であり、石炭を変換する能力は約900万トンであった；石炭製天然ガスの生産能力は31.05億m3/年で、石炭転換能力は約1400万トン；石炭系オレフィンの生産能力は404万トン/年（メタノールからのオレフィン製造分を除く）。石炭変換能力は約1700万トン；石炭からのエチレングリコール生産能力は約160万トン/年で、石炭変換能力は約287万トンです。現在、中国で稼働を開始した主な現代石炭化学プロジェクトの状況は以下の表の通りである。

| 番号 | プロジェクト名 | 場所 | 規模/万t・a-1 | 説明 |
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| 一 | 石炭製油実証プロジェクト | | | |
| 1 | 神華石炭直接液化プロジェクト | 内モンゴル自治区・鄂爾多斯市 | 108 | 2010年下半期に安定運転を開始し、現在は80％以上の負荷で運転中 |
| 2 | 神華石炭間接液化プロジェクト | 内モンゴル自治区・鄂爾多斯市 | 18 | 試運転後一時停止 |
| 3 | 伊泰石炭間接液化プロジェクト | 内モンゴル自治区・鄂爾多斯市 | 16 | 2009年に稼働開始、負荷は90％～110％ |
| 4 | 潞安石炭間接液化プロジェクト | 山西省・長治市 | 16 | 2009年に稼働開始 |
| 5 | 兗礦榆林石炭間接液化プロジェクト | 陝西省・榆林市 | 100 | 2015年に稼働開始 |
| 二 | 石炭製天然ガス実証プロジェクト | | | |
| 1 | 大唐克旗石炭製天然ガスプロジェクト | 内モンゴル自治区・克什克騰旗 | 40億m³/a | 2012年末に第1期分13.3億m³/aが完成し稼働開始 |
| 2 | 慶華伊犁石炭製天然ガスプロジェクト | 新疆ウイグル自治区・伊犁 | 55億m³/a | 2012年末に第1期分13.75億m³/aが完成し稼働開始 |
| 3 | 匯能鄂爾多斯石炭製天然ガスプロジェクト | 内モンゴル自治区・鄂爾多斯市 | 16億m³/a | 第1期分4億m³/aが完成し稼働開始 |
| 三 | 石炭製オレフィン実証プロジェクト | | | |
| 1 | 神華包頭石炭製オレフィンプロジェクト | 内モンゴル自治区・包頭市 | 60 | 2010年に稼働開始 |
| 2 | 神華寧煤石炭製オレフィンプロジェクト | 寧夏回族自治区・寧東 | 50 | 2011年に稼働開始 |
| 3 | 大唐多倫石炭製オレフィンプロジェクト | 内モンゴル自治区・多倫県 | 46 | 2012年に正式に試運転開始 |
| 4 | 中煤榆林石炭製オレフィンプロジェクト | 陝西省・榆林市 | 60 | 2015年 |
| 5 | 延長中煤石炭製オレフィンプロジェクト | 陝西省・榆林市 | 60 | |
| 6 | 陝煤蒲城石炭製オレフィンプロジェクト | 陝西省・蒲城県 | 68 | |
| 7 | 寧夏宝豊石炭製オレフィンプロジェクト | 寧夏回族自治区・銀川市 | 60 | 一部コークス炉ガスを原料とするメタノールを使用 |
| 四 | 石炭製エチレングリコールプロジェクト | | | |
| 1 | 通遼金煤化工石炭製エチレングリコールプロジェクト | 内モンゴル自治区・通遼市 | 20 | 2009年に稼働開始 |
| 2 | 河南永金濮陽煤化石炭製エチレングリコールプロジェクト | 河南省・濮陽市 | 20 | 2012年に稼働開始 |
| 3 | 河南永金安陽煤化石炭製エチレングリコールプロジェクト | 河南省・安陽市 | 20 | 2012年に稼働開始 |
| 4 | 河南永金新鄉煤化石炭製エチレングリコールプロジェクト | 河南省・新鄉市 | 20 | 2012年に稼働開始 |
| 5 | 山東華魯恒升石炭製エチレングリコールプロジェクト | 山東省・徳州市 | 52 | 2012年に稼働開始 |
| 6 | 新疆天業エチレングリコールプロジェクト | 新疆ウイグル自治区・石河子市 | 2×5＋2×7.5 | カーバイド排ガス、石炭を原料とし、第1期は2013年に、第2期は2015年に稼働開始 |
| 7 | 中国石化湖北化肥石炭製エチレングリコールプロジェクト | 湖北省・枝江市 | 20 | 2013年に稼働開始 |
| 9 | 鄂爾多斯新杭エネルギー石炭製エチレングリコールプロジェクト | 内モンゴル自治区・鄂爾多斯市 | 30 | 2015年に稼働開始 |

1.2 実証プロジェクトの運転水準が継続的に向上
工程技術の最適化や管理の改善を通じて、我が国の石炭製油・石炭製オレフィン実証プロジェクトの運転水準は継続的に向上しており、長期間にわたる満負荷での安定運転が基本的に実現している。また、エネルギー消費指標や環境保護水準も絶えず向上している。神華石炭直接液化プロジェクトを例にとると、過去3年間で装置の負荷は80％以上を維持し、単位製品あたりの総エネルギー消費量は2.12トン標準炭から1.69トン標準炭に減少し、水使用量も設計値の10トンから6トン以下に低下した。伊泰の16万トン/年規模の間接液化プロジェクトは6年間連続して運転されており、装置の負荷は常に90％～110％を維持している。単位製品あたりの総エネルギー消費量は3.62トンの標準石炭量で、水の消費量は12.8トンである。神華包頭の石炭からのオレフィン製造プロジェクトは、5年間にわたって安定して運転されており、年平均負荷率は90％を超えている。単位製品あたりの総エネルギー消費量は、設計値であった5.88tの標準石炭から5.5tの標準石炭に低下し、水の消費量も36.53tから30t未満に減少した。大唐克旗、新疆慶華、内モンゴル匯能などの石炭からの天然ガス製造実証プロジェクトは、技術的な改良を経て、装置の運転時間や負荷も着実に向上している。 1.3 自主技術装備が広く応用される 「十二五」計画期間の発展を経て、我が国の現代石炭化学産業における重要技術および装備の水準がさらに向上し、全体的に世界先進水準にある。一つ目は、自主的なガス化技術が広く応用されていることです。多ノズル対向式水コールスラリーガス化、宇宙用粉炭加圧ガス化、水コールスラリー水冷壁清華炉ガス化技術などの独自のガス化技術が広く応用されている；二つ目は、先進的な合成技術が大きなブレークスルーを達成したことです。独自に開発された石炭の直接液化・間接液化技術、メタノールを用いた石炭からのオレフィン製造技術、および石炭からのエチレングリコール製造技術が実用化されました。また、流動層式メタノールを用いた芳香族化合物製造技術もパイロットプラント段階での検証が完了し、今後の実用化に向けた技術的基盤が確立されました；三つ目は、大型空気分離装置、超高温圧固体輸送ポンプ、高圧スラリーポンプ、耐腐食ポンプ、低温ポンプ、スラグ排出弁、高差圧減圧弁、低温弁などの重要な機器が国産化されたことです。要するに、我が国は石炭を原料として石油・ガスなどのエネルギー製品や、オレフィン、エチレングリコールなどの石油化学基盤原料を生産する工業化技術を確立し、石油化学原料の多様化に向けた新たな道を開いたのである。 1.4 資源地域の経済転換と発展を促進する　現代の石炭化学工業は、資源、技術、資金、人材が集約されているという特徴を持ち、工業付加価値は石炭の直接販売額の4～15倍にもなる。“「第十二次五カ年計画」期間中、我が国の現代石炭化学産業には合計で約3500億元の投資が行われ、年間の利益と税金の額は100億元以上に達しました。また、5万以上の直接的な雇用機会が創出されるとともに、数十万の間接的な雇用機会も生まれました。これにより、農村や小さな町々に多くの雇用機会がもたらされ、機器製造やインフラ整備、関連するサービス業の発展が促進されました。さらに、産業構造の転換が進み、資源が豊富な地域がその資源の優位性を産業経済の優位性に変えることができ、地域経済の発展が促進されました。 1.5 一部の中核企業や人材チームが育成された。現代型石炭化学プロジェクトの建設と運営を通じて、我が国では中科合成油や華東理工大学を代表とする一連の科学研究開発機関が育成された；天辰、五環、東華工程公司などを代表とする一連の設計・建設チームが形成された；神華集団、中国慶華集団を代表とする一連の運営管理企業が誕生した；沈鼓集団や杭氧を代表とする一連の機器製造企業を牽引した。関連する従事者は10万人を超え、専門分野が揃い、相互に補完し合い、構成が合理的な人材チームがほぼ形成されている。 2 課題 我が国の現代石炭化学工業の発展は一定の成果を上げているが、技術の最適化、資源利用、環境保護、経済効率などの面で依然としていくつかの課題に直面している。 2.1 工程技術はさらなる最適化が必要である。我が国の現代石炭化学産業における独自の核心技術や装置の水準は依然として向上が求められており、メタン化などの一部の核心技術や重要な装置、材料は依然として輸入に依存している。工程プロセスと技術の統合はさらなる最適化が必要であり、装置の規模についてもより一層の調整が求められ、典型的なシリーズ化された規模を形成する必要がある。循環水や空気分離などの装置においては、設計上の余裕が一般的に大きすぎるため、プロジェクトの投資コストやエネルギー消費量、水消費量が増加してしまう。今後は設計の最適化が必要である。環境保護技術の進歩は、日々厳しくなる環境規制に追いついておらず、技術的なボトルネックが環境問題を深刻化させている。汚水ゼロ排出に必要な一部の重要技術はまだ工業化されておらず、濃縮塩水の蒸発結晶化や雑塩の無害化処理技術の実用性と長期的な安全性は検証が必要である。資源の総合的な利用度にはまだ大幅な向上の余地があり、省エネ・節水技術もさらに改善が必要である。また、低品位な熱エネルギーやオイルスラッジなどについては、効率的な利用方法が欠けている。 2.2 石炭化学工業の立地は困難である。現代の石炭化学プロジェクトは規模が大きく、石炭資源や水資源の需要も多いため、プロジェクトが立地する地域の石炭資源や水資源に関する支援条件が厳しく求められる。しかし、我が国の石炭資源と水資源は逆の分布をしており、中西部地域では石炭資源が豊富だが、水資源は比較的不足している。業界内外で「石炭の輸送」か「水の輸送」かについて大きな論争があり、石炭化学産業の配置は困難を極めている。 2.3 環境保護と炭素排出へのプレッシャーが大きい 現代的な石炭化学プロジェクトでは先進技術が用いられることで、汚染物質や炭素排出の強度を効果的に抑制できる。しかし、プロジェクトの規模が大きいため、排出総量は依然として比較的多くなっている。廃水に関しては、現代の石炭化学工業における生産廃水は技術的な処理を経ることで基準値を満たす排出が可能だが、プロジェクトが多く西部地域に建設されており、そこでは生態系が脆弱で環境容量も低いため、排水を受け入れる水域がなく、廃水は「ゼロ排出」を実現しなければならない。現在、高濃度塩水には処理コストが高いという問題や、廃塩の再利用方法という課題があり、有機廃水の処理・回収技術については、さらなる工学的検証が必要である。2015年から2016年にかけて、蘇州新エネルギーの石炭を利用した天然ガス製造プロジェクト、浙江能源新天のイリー地方での石炭を利用した天然ガス製造プロジェクト、潞安長治の石炭を利用した石油製造プロジェクトの環境影響評価報告書は、何度も検討が行われ、繰り返し修正され、さらに二度の承認手続きを経ることになった。これは、関係する環境保護機関が現代の石炭化学プロジェクトにおける環境問題を非常に重視していることを如実に示している。 2.4 収益性はエネルギー価格の影響を大きく受ける。現代の石炭化学工業は、石油代替製品の生産を主としている。石油化学ルートと比較して、生産プロセスが長く、工程が比較的複雑で、単位投資額も大きいため、固定費が総コストの中で高い割合を占める。そのため、原油価格や石油化学製品の価格が高い時には、現代の石炭化学プロジェクトは良好な経済効果を発揮する。一方で、原油価格が50ドル/バレル以下まで下落すると、現代的な石炭化学プロジェクトのコスト優位性は大きな挑戦に直面することになる。 3 発展傾向 現代石炭化学工業は、石炭のクリーンかつ効率的な利用のための重要な手段として、引き続き高度化・実証事業を推進し、技術水準およびシステムの最適化・統合レベルを絶えず向上させる必要がある。また、エネルギー転換効率を高め、資源消費と汚染物排出を削減し、工事コストを低減することで、技術革新と管理の改善を通じて産業の競争力を強化し、産業と生態環境の調和的かつ持続可能な発展を促進していく。“「第13次5カ年計画」期間中、現代の石炭化学産業は発展の質と効率にさらに重点を置き、自主的な技術革新を継続的に推進していく必要がある。エネルギー効率、環境保護、節水、そして技術装備の自給化といった観点から、産業化の向上を目指したモデルプロジェクトを実施し、技術のアップグレードや精密な生産管理といった措置を通じて、低油価がもたらす経済的影響に対処していく。“「第13次5カ年計画」期間における我が国の現代石炭化学工業の発展の重点は以下の通りである。 3.1 既に稼働している実証プロジェクトの目標達成と生産量の向上を着実に図る。神華鄂爾多スの石炭直接液化プロジェクト、大唐克旗、慶華伊犁、内モンゴル汇能の石炭からの天然ガス製造プロジェクト、大唐多倫の石炭からのオレフィン製造プロジェクトなどは、引き続き最適化が進められ、設備や工程上の課題が解消される。また、実証プロジェクトの運用パターンが探求され、できるだけ早く目標を達成し、安定して高い性能を維持できる状態を実現する。適切なタイミングで重要な実証プロジェクトの評価を行い、実証プロジェクトにおける資材消費量、エネルギー消費量、水消費量、さらには廃水・廃ガス・固形廃棄物の排出量や製品品質といった主要な指標をまとめて分析し、存在する問題点を特定する。これにより、後続のプロジェクト建設において参考となり、指針となるものを提供する。 3.2 適時にアップグレードの実証プロジェクトの計画的な建設を推進する （1）石炭の直接液化。神華鄂爾多ス第1期プロジェクトの運用経験を踏まえ、適切なタイミングで第2期および第3期プロジェクトの建設を開始し、石炭の直接液化技術の高度化を重点的に実証するとともに、第1期プロジェクトについてもシステムの最適化を行う。 （2）石炭間接液化。伊泰、潞安、神華の16～18万トン/年規模のプロジェクトや、兗礦の100万トン/年規模のプロジェクトの運営経験を踏まえ、神華寧東の400万トン/年規模の石炭間接液化プロジェクトや、潞安長治の100万トン/年規模の石炭間接液化プロジェクトの建設と稼働が実現しました。その他の石炭間接液化プロジェクトは、着実に事前準備を進め、原油価格の動向を見ながら適切なタイミングで建設される。石炭間接液化プロジェクトの発展の重点は、高温鉄系スラリー床フィッシャー・トロプシュ合成、高温コバルト系スラリー床フィッシャー・トロプシュ合成、フィッシャー・トロプシュ合成反応の熱回収利用、フィッシャー・トロプシュ合成における水処理、フィッシャー・トロプシュ合成油の精製および特殊製品の精密後加工、新型フィッシャー・トロプシュ合成触媒の製造と応用、大型フィッシャー・トロプシュ合成スラリー床反応器の設計と製造、石炭の分級液化およびそれに関連する技術などの重要な技術を確立し、百万トン規模のプラントの産業化と重要機器の国産化を実現することである。 （3）石炭からの天然ガス。大唐阜新の石炭からの天然ガス製造プロジェクトは、資産再編を行った後、適切な時期に建設が開始される予定です；浙能新天伊犁の石炭からの天然ガス製造プロジェクトは、前段階の手続きを急ぎ完了させ、できるだけ早く建設を開始する予定です；中国海油大同、北控鄂爾多斯、蘇新エネルギーなどの石炭から天然ガスを製造するプロジェクトが、順次事前準備作業を進めていく。石炭からの天然ガス製造プロジェクトの発展の焦点は、高圧固定層ガス化の実証、高性能メタン化触媒、メタン化反応器の設計最適化、高性能浄化技術、高性能なフェノール・アミン回収技術、高性能な汚水処理および再利用技術などであり、さらにガス化技術の組み合わせや、ガス・電力・化学の統合型複合生産、大規模な直接送電、総合的なピークシフト技術の導入も行われる。 （4）石炭からのオレフィン。中天合創鄂爾多ス、中国石化安徽淮北、青海大美グルムなどの石炭系オレフィン高度化実証プロジェクトが順次推進される。石炭系オレフィンの開発の焦点：ガス化、精製、メタノール合成などの全工程にわたるシステム最適化を行い、独自の知的財産権を有する完全なプロセスパッケージを構築し、大型プラントの運用安定性と経済性を向上させること；百万トン級メタノールからオレフィンを製造する工程技術の実証を行い、カーボン4の再利用用反応器の大型化や二重反応器によるエネルギー結合といった技術の課題を克服する；清華大学の流動層メタノールからプロピレンを製造する技術（FMTP）の産業化実証装置の建設；カルシウムカーバイド法によるポリ塩化ビニルの改修と組み合わせ、カルシウムカーバイド法によるポリ塩化ビニルに代わって石炭から製造されるオレフィンを使用し、産業構造を見直して水銀汚染を削減する；モデル的な石炭製オレフィンと総合ガス化複合サイクル（IGCC）の連携技術により、工場全体のエネルギー効率を向上させる。 （5）石炭からのエチレングリコール。現在、全国で既に建設されている生産設備の能力は約300万トン/年で、建設中のものは約200万トン/年です。新疆天業がカルシウムカーバイドの排ガスを利用してエチレングリコールの生産に成功し、工業化が実現して以来、全国各地で新たなエチレングリコール製造設備が多数建設されている。不完全な統計によると、エチレングリコール製造設備の建設計画量は約500万トン/年である。現在、我が国のエチレングリコールの年間輸入量は1000万トンにも満たない。このままの勢いでいけば、必然的にエチレングリコールの生産能力過剰が発生するだろう。“「第13次5カ年計画」期間中、国際原油価格の動向がまだ不透明な状況下で、新たに建設されるエチレングリコールプロジェクトが競争力を持つかどうかは、慎重に検討し、慎重な判断が求められる。 3.3 装備の国産化能力を大幅に向上させる　重要な実証プロジェクトにおいて、日量2000～4000トンの石炭投入が可能な大型ガス化炉および大型空気分離装置の国産化実証を行い、大型メタノール合成塔、メタン化反応器、大型圧縮機、重要なポンプ・バルブなどの装備における自立化のボトルネックを重点的に克服する。 3.4 清潔生産および炭素利用の水準を大幅に向上させ、高濃度有機廃水や高濃度塩水などの処理・処分技術、固体廃棄物の資源化技術、および揮発性有機化合物による汚染制御技術の開発と実証を強化し、汚染物質の排出を削減する。CO2削減の方法を積極的に探求し、CO2を用いた原油・ガス駆出の実証を徹底的に推進する。 3.5 標準化業務体系の整備を加速し、できるだけ早く科学的な現代型石炭化学工業の標準体系を策定する。標準化の策定・改訂作業を積極的に推進し、標準の策定・改訂の量と質を加速させて向上させるとともに、標準と市場との連携を強化する。