石炭タール懸濁床水素化についての簡単な考察:

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石炭タール懸濁床水素化についての簡単な考察：最近、懸濁床水素化が注目を集めている。広義の懸濁床には沸騰床とスラリー床があり、前者ではモリブデン・ニッケル粒子触媒が、後者では鉄系粉末触媒が使用される。これまでに我々は懸濁床を3世代に分けてきた。第1世代はマイクロメートル級の粉末鉄系触媒を用いるスラリー床で、ドイツのウェバ社（国内ではVCC）がその代表例である。減圧重油の転換率は90％以上と称されるが、ガス収率が15％以上、低価値な水素化油スラリーの収率が10％以上であるため、製品収率が約78％のディレイドコーキングプロセスに対して大きな優位性はない。第二世代はナノサイズの硫酸鉄系触媒を用いたスラリー床式で、代表的なのがカナダのCanMet技術です。国内の神華による直接液化型石炭製油プロセスもこれと関連がありますが、依然として鉄触媒の活性が低いという問題が残っています。第三世代は、分子レベルのモリブデン系液体触媒を用いた分子均一懸濁床型のMCSHであり、触媒や反応工学の面で質的な変化が見られる。特に反応器が空塔として簡素化され、オイルスラリーが不要でかつ焦結に強いため、設備投資や運用・保守コストが低く抑えられる。 業界内での技術普及において（世界規模）、標準的な宣伝による転換率は次の通りです：モリブデン系沸騰床アスファルト重油（スラッジ除去）の転換率は約70％、鉄系懸濁床アスファルト重油（スラッジ除去）の転換率は約90％です。実際のところ、どんな工業用装置もそれを達成することはできない（ただし、宣伝に悪意はない。結局のところ、私たち苦労人の研究者たちは研究室での実験においてはそれを達成できるし、楽しみのために全力を尽くして数日間快感を得るような工業用装置も存在する）。沸騰床は、世界で最も多くのアスファルト重油を処理する装置ですが、転換率は一般的に35％～55％に抑えられています。鉄系懸濁床の工業装置は、神華と延長が運転中または稼働に向けて努力している以外、海外の工業用および実証用装置はほとんど解体され廃棄されているが、筆者の見立てでは、これら2基の装置で転換率が50％を超えれば十分幸運だろう（これだけでも経営陣は大喜びするだろう）。結局のところ、国内の工業用オリジナルは実際には海外のオリジナル技術の縮小版であり、300キログラムの圧力を220キログラム以下に下げた点にその特徴が表れている。理論上、鉄系触媒では水素化平衡を維持するのに不十分であり、超高温の水素雰囲気下での熱分解を強化しない限り不可能である。国内の「王の女」である三聚環保が、独自の知的財産権を持つ懸濁床技術を開発し、転換率が90％以上にも達しているという話を聞きましたが、どう思いますか。まず、この90％については筆者はコメントしない。90％の液収にどのような製品が含まれているのか、筆者には特定できない。もしそうだとすれば、反応操作温度を大幅に上げる必要がある（通常は470℃）。より軽質な原料を使用するか、あるいは減渣成分を一部除去した原料を用いる以外に方法はない（これは可能である）。筆者は、粉末鉄系スラリーベッドは常に「大変なもの」であり、高いアスファルト転換率で知られているが、この汚名を自分の頭に背負わざるを得ないと考えている（開発エンジニアはこれについて何度も営業エンジニアを部屋に閉じ込めて平手打ちし、「後者が引き起こした問題の尻拭いをさせるためだ」と言い訳していた）。実のところ、皆様に隠すつもりはありませんが、これも可能なのです。しかし、超高圧のサポートがなければ、やはりちょっと心許ないところがあります。もちろん、水素圧を利用して懸濁床反応の温度を下げることは、ガス収率の低減にも役立ち、技術的・経済的な観点からも有利となります。反応温度についてですが、筆者はもう少し詳しく説明したいと思います。理論的に、スラリー床水素化が水素化分解の範疇に分類される理由は、反応機構が水素化触媒ではなく水素雰囲気下での熱分解であるためであり、したがって反応温度は非常に重要な指標およびパラメータとなる。沸騰床であれ懸濁床であれ、反応温度は410℃以上でなければならない（VCCプロセスでは470℃に達し、沸騰床では410℃～450℃）。そうでなければ、アスファルテン質の重質残油が軽質化して分解されるどころか、減圧蒸留油（乾点が524℃未満のVacuum Gas Oil）でさえも高い転換率は得られず、単なる予備水素化処理にとどまるだけである。中国石油化学工業の金陵にある5万トン規模の沸騰床実証プラントは、高温によるコークス化と摩耗のため、無期限に運転を停止せざるを得なくなった。国内の新啓元は民間企業として独自の道を切り開き、5万トンの沸騰装置（循環油を含めると10万トンと見なせる）の運転温度を400℃未満に下げて操業し、減渣を除去した減圧蒸留混合物油を加工するほか、アントラセン油も加工して、後段の固定床装置の予備水素化または前処理装置として利用している。これにより装置の遊休化や転換率の低下を避けることができるが、筆者の見立てでは、この温度では360℃以上の常渣の転換率も20％を超えるのは難しく、すでに沸騰床の工業化の本来の目的や水素化分解の範疇から外れている。もし単なる不要不急の前置き水素化前処理反応器として設置するだけなら、より小型の固定床予備水素化反応器を設けた方が良いと筆者は考える（潜在能力を引き出す技術改良によってより重質な油も処理できるようにすれば、この沸騰床を本来の姿に戻すことも可能かもしれない）。そのため、モリブデン系材料が最適に機能する450℃の使用温度を達成するため、新しい沸騰床反応器の設計温度は490℃が望ましいと我々は提案する。 間違いなく、鉄系触媒を用いる懸濁床と比べて、沸騰床の利点は、モリブデン系触媒の活性が高く、反応温度が低いこと、タワー底部に油スラリーが生成しないこと、そしてガス収率が比較的低いことである。しかし、高圧下での触媒のオンライン交換や懸濁粒子が必要であるため、沸騰床反応器は複雑であり、大量の内部循環が必要となり、反応は液固拡散によって制御されるため、システムは容易にコーキングを起こす。これもまた、既存の沸騰床を改良するために分子均一化技術が企業の生産ニーズから生まれた動機である。 チェン・ソン（博士）