清華炉のガス化技術の発展の道

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この投稿は、2016年8月8日09:57に清華炉によって最終的に編集されました。清華炉のガス化技術の発展の歴史については、北京盈德清大科技有限責任会社からの情報です。一、概要 現在、我が国における一次エネルギー消費量のうち、石炭が約66％を占めており、石炭の総消費量は約37億トンです。我が国のエネルギーの特徴は、石炭が多く、石油が不足し、ガスが少ないことであり、石炭を中心としたエネルギー消費構造は短期間で大きく変わることはないだろう。工業化・都市化が深く進展する中で、エネルギー消費総量の抑制や環境制約の要求が日増しに強まっている。したがって、石炭のクリーンかつ効率的な利用を加速させ、石炭の総合利用技術を開発・向上させることが、現在の我が国における重要な課題となっている。多くの石炭総合利用技術の中で、ガス化は石炭をクリーンに変換するための中心的かつ重要な技術である。我が国は世界で最も石炭ガス化技術を活用している国であり、石炭ガス化は石炭系化学製品、石炭系液体燃料、合成天然ガス、IGCC発電、水素製造、直接還元製鉄などのプロセス産業を発展させるための基盤である。石炭消費大国として、石炭ガス化は我が国における石炭の効率的かつクリーンな利用を実現するための核心技術であり、石炭燃焼による環境汚染を解決するための重要な技術です。ガス化技術も、現代の石炭化学工業の発展において最も重要かつ鍵となるプロセスの一つです。その選定および安定かつ効率的で経済的な運用は、プロジェクトの成功与否にとって極めて重要である。現在、石油化学業界で比較的普及している石炭ガス化技術には主に2つのカテゴリーがあり、すなわち石炭スラリー用耐火レンガ技術と乾式粉体用水冷壁技術である。しかし、これら2つの技術にはそれぞれ欠点が存在することが多い。これら2つの技術と比較して、スラリーウォーターコールドウォールガス化技術を採用した第2世代の清華炉は、スラリー用耐火レンガおよび乾式粉体ウォーターコールドウォール技術のあらゆる長所を十分に発揮すると同時に、それらの短所も効果的に回避している。これは我が国の独自知的財産権に基づくガス化技術が国際的な先進水準を上回っていることを示している。スラリーウォーターコールドウォール清華炉が石油化学業界で広く利用されるにつれて、我が国の石炭化学産業の発展がさらに促進され、我が国はガス化技術の最前線に立つことになるだろう。二、清華炉の発展過程 2001年から、清華大学と北京達立科科技有限公司はガス化技術の初期研究開発を開始した。2011年、国内最大の独立系工業用ガス供給企業である盈德ガスグループが、かつて北京達立科科技有限公司が担っていた業務を引き継ぎ、新たな清華炉産学研連盟を結成しました。また、北京盈德清大科技有限責任会社を設立し、同社が清華炉のガス化技術を独占的に運営するとともに、清華大学と協力して清華炉の後続技術の研究開発や普及を進めています。清華大学の熱エネルギー工学部は、長年にわたり石炭の燃焼、ガス化、クリーンコール技術分野の研究開発に取り組んできました。これまでに多くの**重点的な科学技術研究プロジェクト**や、自然科学基金、863計画、973計画といったプロジェクトを担当し、国内で先導的であり、国際的にも先進的な水準に達する多くの重要な成果を上げています。**863計画の支援のもと（2002AA529050）、2002年に第1世代清華炉のモデル研究、冷却状態での流れ場に関する実験研究、数値シミュレーション、および加熱状態でのシミュレーション実験を完了し、量産化過程におけるいくつかの技術的課題を解決した。燃焼分野で広く採用されている段階送風の概念と垂直型サイクロン炉の構造形式を、革新的に石炭ガス化に導入したことで、石炭ガス化技術の重要な工程的課題を克服し、気流床式石炭ガス化技術に関する海外からの技術封鎖を打ち破り、独自の知的財産権を持つ石炭ガス化特許を確立した。完全なガス化技術の研究開発用実験手法を確立し、段階的酸素供給における重要な切り替え技術を解決した；強還元性雰囲気下における酸素ジェットの可燃性ガス中での燃焼について、理論的・実験的な研究が行われ、酸素ジェットの逆炎燃焼に関する重要な技術的課題が解決された；加圧条件下におけるコークス-水蒸気ガス化反応の動力学に及ぼす圧力の影響パラメータを修正し、より完全で信頼性の高いガス化炉の動力学全体モデルを構築した；水煤浆ガス化炉の石炭種適応性がさらに拡大された；酸素分級ガス化プロセスの設計指針およびプロセス設計パッケージが作成された。盈徳ガスグループには、化学工業の設計および運転に関する豊富な経験を持つ上級技術者が揃っており、長年にわたり化学技術や製造プロセスの開発および生産運転に従事してきました。化学工業および石炭ガス化分野において、豊富な工学設計・運転経験と技術的蓄積を有しています。盈德ガスグループと清華大学が設立した北京盈德清大科技有限責任会社は、清華大学からの許可を受けて、清華炉のガス化技術を独占的に運営している。同社は、清華炉のプロセス設計や工事実施における技術的サポートや改善を担い、産業化の過程で生じるさまざまな技術的問題を解決している。第一世代清華炉の耐火レンガを用いた気化技術（非スラグ－スラグ分級気化技術）を搭載した大型工業プラントは、大唐呼倫貝爾（18/30プロジェクト）、鄂爾多斯市金誠泰化工有限責任会社（第1期60万トン規模のメタノール製造プラント）、山西陽煤豊喜肥業（集団）臨猗支社でそれぞれ稼働を開始しました。現在まで、これら3つのプラントはすべて安定して稼働しています。第一世代清華炉は2007年12月に中国石油化学工業協会による科学技術成果の評価を受け、その技術が国際的な先進水準に達していると評価されました。2009年、この技術は「中国窒素肥料工業協会」によって産業振興支援技術として認定され、石油化学協会の2009年度科学技術進歩一等賞を受賞しました。　 大唐呼倫貝爾化肥有限公司の年間18万トンの合成アンモニア、年間30万トンの尿素を生産するプロジェクトでは、第1世代の清華炉による石炭ガス化技術が採用されており、圧力4.0MPa、直径2800mmのガス化炉2基と、それに付随する石炭スラリー製造装置やスラグ処理システムが設置されている。大唐フルンボイル（18/30プロジェクト）では、フルンボイル地域産の褐炭をガス化用原料炭として使用している。瀝青炭や無煙炭と比べて、亜瀝青炭は価格が安く、反応性が高いですが、発熱量は比較的低く、含水率は高く、通常25％～60％です。　　我が国の褐炭資源をより有効に活用するため、近年、国内外で固定床ガス化、流動床ガス化、粉炭ガス化など様々な石炭ガス化技術を用いて、褐炭の利用に関する多くの実証試験が行われてきた。しかし、これらの石炭ガス化技術はいずれも炉に投入する褐炭をある程度前処理する必要があり、投資額も大きい。特に一部の技術では新水の使用量が多く、大量の廃水も排出されるため、石炭化学プロジェクトに大きな環境保護上の負担をもたらしている。 　 石油化学業界は長年にわたり、安価で効率的かつ環境に優しい方法でリグニットを石炭化学工業に活用できる技術の開発を求めてきました。2012年まで、第一世代の清華炉ガス化技術が一度に成功裏に適用されたことで、人々は希望を見出しました。2012年6月、大唐呼倫貝爾化肥有限公司にて、世界初の褐炭水煤漿ガス化装置が一回で投入に成功した。そして2013年1月には、2基の茶色ガス化炉による240時間連続運転を成功させました。2015年の年末、大唐呼倫貝爾化肥会社からまた良いニュースが届きました。世界初の瀝青炭水素スラリーガス化装置である18.30プロジェクトが、予定よりも早く稼働を開始したのです！　 清華炉の石炭ガス化技術以前の水コークススラリー流動層ガス化技術では、もし瀝青炭を原料とする場合、瀝青炭の高水分特性により水コークススラリーの調製が困難となり、得られるスラリーの濃度は高くなく、一般的に53％前後であった。一方、当時の一般的な考え方では、58％未満の水コークススラリーは水コークススラリー流動層ガス化技術には使用できないとされていた。しかし、大唐呼倫貝爾化肥有限公司では、清華炉のガス化装置が呼倫貝爾市の瀝青炭資源を基盤とし、東明鉱の瀝青炭をガス化原料として使用しており、石炭スラリーの濃度は46％～51％で、装置は安定して稼働している。2012年6月の試運転成功以来、順調に稼働しており、これは褐炭を代表とする低濃度水コークススラリーの開発・利用において清華炉のガス化技術が画期的な進展を遂げたことを示している。また、これは重要な工学的実証例であり、処理が困難な褐炭資源を高度で環境に優しいガス化技術を用いて活用するための実現可能な道筋を我が国に示したものである。　 清華炉技術が褐炭の利用において得た成果は、業界内のより多くの企業の注目を集めている。2013年7月、内モンゴルのウランタイアンエネルギー化学工業有限公司の年産135万トンの合成アンモニアプロジェクトでは、再び第2世代の清華炉技術（石炭スラリー水冷壁ガス化技術）が採用された。このプロジェクトは、興安盟地域の褐炭を原料とし、石炭スラリーの濃度は53％である。建設プロジェクトに先立ち、ウーランタイアンエネルギー化学有限公司は約4年間にわたり技術選定を行い、国内外の10種類以上のガス化技術について技術的・経済的な評価を行った結果、清華炉が興安盟の褐炭に最も適したガス化技術であると判断しました。同じく2013年に、新疆天業公司の年産20万トンのエチレングリコール製造プロジェクトや、新疆国泰新华矿业股份有限公司の1,4-ブタンジオール製造プロジェクトでも、生産用の気化技術として清華炉が採用されました。これらのプロジェクトでは新疆産の褐炭が使用され、石炭スラリーの濃度は53％でした。低濃度水煤スラリーの応用技術は、現在では第二世代の清華炉が市場を獲得するための切り札となっている。 2005年、清華大学は第2世代の清華炉の研究開発に着手した。第2世代清華炉の水煤漿水冷壁技術とは、ガス化炉の燃焼室に水冷壁方式を採用するもので、ガス化炉の内部構造自体が膜式水冷壁となっており、ガス化炉の耐圧外殻全体に設置される。ガス化炉が稼働している際、ガス化反応部の膜式壁に形成される灰渣層が水冷壁を保護し、水冷壁の管が溶融スラグに侵食されるのを防ぎ、「スラグでスラグを防ぐ」という効果を発揮する。2011年8月22日、世界初の水冷壁式水コークススラリーガス化炉が山西省の陽煤豊喜肥料工場で初めて投入され、最初の運転から安定した状態に入り、研究開発および設計時の目的が完全に達成されました。2012年1月9日の計画停機まで、初めて原料を投入し、140日間にわたって安全かつ安定して連続運転を続けるという、石炭化学業界における奇跡を成し遂げました。2012年9月3日、中国石油化学工業連合会は北京で専門家を集め、「スラリーコールガス化解石技術の水冷壁清華炉に関する科学技術成果評価会」を開催した。72時間連続運転試験の結果、装置は安定して稼働し、自動化レベルが高く、安全かつ信頼性に優れ、操作性も良好であることが確認されました；投資および運用コストが低く、石炭の種類に対する適応性が高い；装置はすべて我が国の独自技術と国産機器を使用しており、国産化率は100％に達しています。評価データは設計目標を達成した：酸素消費量は404.3 Nm³/1000 Nm³(CO+H₂)、石炭消費量は605.0 kg/1000 Nm³(CO+H₂)、合成ガスの有効成分（CO+H₂）は78.46％、炭素転化率は97.6％である。鑑定委員会は、このガス化炉技術が顕著な革新性を持ち、独自の知的財産権を有していること、また水煤スラリー用耐熱レンガおよび乾式粉体水冷壁式ガス化炉の長所も兼ね備えており、総合的な性能が優れていることから、明らかな経済的・社会的効果があると判断した。全体としてその技術は国際的に先進的な水準にあり、全会一致でこの技術の評価を承認することにした。高圧ガス流動層ガス化技術は、給料方法によって水コークススラリー給料（湿式）と乾燥粉末給料（乾式）の2種類に分けられる。湿式水コークススラリー供給方式は、流量の送液が安定しており信頼性に優れているため、ガス化炉内の酸素とコークスの比率を制御可能な範囲内に保ち、ガス化炉の安定した運転を実現します。乾式給炭では高圧濃相輸送が用いられるが、微粉炭の流動性が不安定であり、ガス化炉内の酸素・石炭比の不均衡を引き起こしやすく、ガス化炉の運転安全性に影響を与える。また、湿式給料により高圧運転が可能であり、ガス化システムの圧力は4.0MPa、6.5MPa、8.7MPaの各圧力において、すでに実用化された商業用装置が存在する。現在、乾式粉末供給ガス化炉の最高圧力は4.0MPaに過ぎない。気化システムの圧力を上げることで、装置のサイズを縮小し、システム運用時のエネルギー消費を低減し、化学工業システムにおける等圧合成を実現できる。気化炉は保護構造によって、耐火レンガと水冷壁の2種類に分けられる。水冷壁構造を採用することで、ガス化炉の運転温度は1500℃以上に達し、これにより**ガス化炉の石炭種への適応性が高まり、運転にかかる原材料コストが削減される。そして、耐火レンガ製ガス化炉の運転温度は1400℃を超えてはならない。 第二世代清華炉――スラリー水冷壁清華炉の成功した研究開発と運用により、乾式給料方式の水冷壁ガス化炉における安定性の問題、および湿式給料方式の耐火レンガを使用するガス化炉における石炭種別への適応性の問題が根本的かつ完全に解決された；「三高」炭のガス化を実現し、ガス化用炭の地元調達を促進して、炉内投入炭のコストを削減した；同時に、水コークススラリー水冷壁ガス化技術の特徴は、現在の石炭のクリーンで効率的な利用という発展傾向に合致している。2012年、スラリーコールガス化用ウォーターコールドウォール型清華炉のガス化技術は、工業情報化省の「先進的なガス化省エネ技術の普及実施計画」に掲載されました。2015年、工業情報化部と財政部は共同で「工業分野における石炭のクリーンかつ効率的な利用行動計画（2015-2020）」を発表し、水煤漿水冷壁型清華炉が工業分野における石炭の効率的利用のための21種類の参考技術の一つに選ばれた。三、清華炉のガス化技術の原理
清華炉のガス化技術とは、石炭を原料とし、純酸素をガス化剤として使用してガス化炉内で高温部分酸化反応を行い、CO+H2を主成分とするプロセスガスを生成するものです。このプロセスガスは、急冷室での水浴処理および洗浄塔による洗浄を経て、クリーンな状態になり、下流工程で原料ガスとして利用されます。水コークススラリーガス化プロセスは、非触媒式の部分酸化プロセスです。高純度酸素と石炭スラリーは、特殊なプロセスバーナーで混合された後、ガス化炉に噴射される。そこで高温高圧下で部分酸化反応が起こり、COやH2を有効成分とする粗製ガスが生成される。ガス化炉内での石炭スラリーと酸素の主な反応は以下の通りである：
CmHnSr + m/2 O2 → m CO + (n/2−r) H2 + r H2S
CmHnSr → (m/4−r/2) CH4 + ((m−n/4)+r/2) C + H2S
C + O2 → CO2 + Q
C + O2 → CO + Q
CO + O2 → CO2 + Q
C + CO2 → 2CO − Q
C + H2O → CO + H2 − Q
CO + H2O → H2 + CO2 − Q
CO + H2O → CO2 + H2 + Q
CO + H2 → CH4 + H2O + Q
CO + H2 → CH4 + CO2 + Q
CO2 + H2 → CH4 + H2O + Q
C + H2 → CH4 + Q
H2 + O2 → H2O + Q
CH4 + O2 → CO2 + H2O + Q

ガス化炉内では主に3種類の反応が起こる。すなわち、炭素の酸化、水蒸気の分解、および二酸化炭素の還元である。このうち炭素の酸化反応によって大量の熱が発生し、残りの2つの吸熱反応や炉内の高温状態を維持するのに役立っている。気化反応の生成物は主にCO+H2と、少量のH2O(g)、ならびにCO2、H2S、CH4、N2などのガスである。 気流層は、二相並流気化型の反応器です。石炭スラリーとガス化剤が均一に混合され、特殊なノズルで霧化されて反応室に入ると、瞬時に着火し、直接火炎反応が起こり、温度は1300〜1700℃に達する。酸素と水煤泥はノズルで混合された後、ガス化炉内に入り、数秒以内にガス化する。より高い転換率を得るため、部分的な酸化によってエネルギーを放出し、ガス化炉が石炭灰の融点以上の温度で反応を起こすように維持する。反応温度は選択した石炭の種類に応じて決定され、ガス化圧力はプロセスの要件に基づいて決定される。ガス化反応速度は非常に速く、固体が炉内に留まる時間は通常わずか数秒である。反応によって生成される粗合成ガスのメタン含有量は少なく、一般的に0.1％以下であり、炭素の転換率は98％と高い。反応温度が高いため、タールやフェノール、高級炭化水素などの凝集可能な副産物が生成されず、環境への汚染が少なく、廃水の排出量も少ない。 気化プロセスは、パルプ製造工程、気化工程、灰水処理工程の3つの部分に分かれています。原料炭と水、少量の添加剤を石炭粉砕機で粉砕することにより、固形分濃度58～65％の石炭スラリーが製造される。この石炭スラリーは、高圧石炭スラリーポンプによってプロセスバーナーを通り、水冷壁式ガス化炉に送り込まれる；空気分離装置から供給された酸素はプロセスバーナーを通じてガス化炉に入り、石炭スラリーと酸素がガス化室内でガス化反応を行う。生成された合成ガスやスラグなどは、ガス化炉の下部にある急冷室で冷却・洗浄処理を受ける。冷却された合成ガスは合成ガス配管を通じて洗浄・精製システムに送られる；冷却されたスラグはロックホッパーおよびスラグ排出配管を通じて定期的にスラグプールに排出され、微細なスラグを含んだ黒水はスラグ処理システムに送られ、処理後に再びシステム内で循環利用される。 図1－パルプ製造工程の流れの概略図　図2－ガス化工程の流れの概略図
http://ydqd.yingdegas.com/chinese/DataBase/UploadFile/20160808091722822.jpg
図3－灰水処理工程の流れの概略図

四、水煤漿水冷壁式清華炉の技術的特徴
4.1 安全性が高い：水煤漿を原料として使用するため、運転が安全かつ確実であり、石炭粉を原料とする際に生じる不安定さ、可燃性・爆発性、摩耗や漏れの問題を回避できる。水冷壁には、熱エネルギー工学分野で確立された吊り下げ式垂直管構造が採用されており、水循環の安全性を確保すると同時に、複雑な熱膨張処理の問題も回避している。水循環は自然循環に基づいて設計され、強制循環で運転されるが、事故状態下でも自然循環を実現でき、水冷壁の安全な運転を最大限に確保する。4.2 石炭種への適応性が高い：ガス化温度は耐火材に制限されず、実際の工業運転温度は1520℃（またはそれ以上）に達している。ガス化反応速度が速く、炭素転換率も高い。石炭種への適応性が良好で、高灰分・高灰融点・高硫黄含有量の石炭も処理可能であり、ガス化用石炭の地産地消を容易に実現できる。4.3 システムの稼働率が高い：装置は連続的かつ安定して運転し、バーナー頭部には特殊処理が施されているため、一度の連続運転サイクルで120日以上を確保できる。そのため、年に一度耐火レンガの交換のために炉を停止して点検する必要がなく、年間稼働時間は8000時間に達する。4.4環境に優しく、環境保護に効果的：反応温度が高いため残留炭素量が少なく、タールやフェノール、高級炭化水素など凝集しやすい副産物が生成されません。そのため環境汚染が少なく、排水の排出量も少なく、回収・処理が容易です；同時に、パルプ製造工程ではさまざまな処理が困難な有機廃水を使用することができる。4.5 システムの起動が速い：組み合わせ型の点火加熱プロセスが簡素化され、点火と投入プロセスが一体化して行われる。水コークススラリーの投入および点火には独自の「火による点火」技術が採用されており、ガス化炉が冷態からフル負荷に達するのにわずか5時間しかかかりません。4.6 省エネ：ガス化圧力が高く、ガス化圧力は原料搬送システムの影響を受けないため、後続工程の要求に応じてより合理的な選択が可能となり、メタノール合成などと同圧を実現し、エネルギー消費を削減できる。「高灰分、高灰融点、高硫分」の石炭を処理でき、ガス化用石炭の地元調達が容易になり、輸送コストを削減することで、石炭の価値を数倍に高めることができる；耐火レンガの交換回数が減り、年間で300万元以上の交換コストを節約できる；4.7投資削減：ガス化装置を100％国産化することで、国内で稼働している他の加圧ガス化技術と比べて、投資を30～50％削減できる。4.8 技術的な詳細を適切に処理する：清華大学のガス化技術は、工業化の過程において、詳細な設計面で多くの革新が見られる。例えば、洗浄塔の底部にあるガス分配器によって、灰水とガスが十分に混ざり合い、ガスの洗浄効果が確保されている；スチームトラップ内のリング溝型分散器の設計により、スチームトラップシステムの点検がより容易になる；真空蒸発用の液封設計により、蒸発タンクが詰まることがなくなり、細部の改良によって気化システムは長期間にわたって安定して稼働することが可能になった。五、清華炉の成功した普及　石炭スラリー水冷壁
清華炉の石炭ガス化技術は、熱工学と化学工学が融合した新しい成果であり、石炭スラリー水冷壁式ガス化炉はさまざまな種類の石炭に適応しやすく、原料石炭の地元調達を実現してコストを削減します。これにより、豊富な「高カロリー・高灰分・高硫黄」含有の石炭資源を活用しながら、石炭をよりクリーンに利用するための革新的な道が開かれました。1日あたりの石炭投入量が1000トンのガス化炉を基準にすると、原料石炭の価格が1トンあたり100元安くなることで、1基の炉あたり年間3,000万元以上の原料石炭コストが削減される。水冷壁を耐火レンガに代わって使用することで、耐火レンガのメンテナンス費用が削減される。耐火レンガの使用寿命は通常1.5年程度で、1回の交換費用は約200万円です。水冷壁の寿命を10年と考えた場合、総合的に計算すると毎年100万円以上のメンテナンス費用を節約できる。水煤浆水冷壁ガス化炉は、耐火レンガを使用する他のガス化炉と比較して、稼働後に非常に顕著な経済的効果および社会的効果をもたらします。ガス化は石炭をクリーンに変換するための重要な技術の一つであり、水コークススラリー水冷壁式清華炉は、使用可能な石炭の種類が多く、ガス化効率が高く、汚染物質の排出が少なく、効率的でクリーンであり、安定して運転できるという特徴を持っています。また、他の同種の技術と比べて投資コストが低く、稼働率も高いという利点があります。これにより、石炭化学企業にとって投資額が少なく、運用コストが低い新しいタイプのガス化技術が提供され、企業の市場競争力が向上します。さらに、地域経済の発展に寄与し、生態環境の保護にも役立ち、地域経済の発展や地方財政の増加に貢献するため、良好な社会的効果をもたらします。スラリーコール水冷壁を備えた清華炉の構造的な利点を活用すれば、既存のスラリーコール用耐火レンガ式気化炉を容易に改修することができ、これによりスラリーコール水冷壁清華炉の普及や応用に向けて、より広い発展の可能性が生まれる。清華炉のガス化技術は、石炭をクリーンなエネルギーに変換するために開発されたもので、豊富に存在する「高カロリー・高灰分・高硫黄」の石炭資源を活用して革新的な道を切り開きました。第2世代の水煤漿水冷壁式清華炉ガス化技術は、山西省の陽煤豊喜、新疆省の天業、陽煤稷山ですでに運用が始まっており、さらに石家荘の盈鼎、濰坊の盈德、克拉瑪依の盈德、中海石油天野化工有限公司、江蘇省の德邦興華化工科技有限公司、山東省の金誠化工科技有限公司、河北省の正元化工集団公司、陽泉煤業（集団）有限責任会社、興安盟のウランタイアンエネルギー化工有限責任会社など、10数社と契約を結んでいます。現在、貴州省水城鉱業集団鑫晟石炭化学有限公司、黒竜江省北大荒農業株式会社浩良河支社、安徽省淮化西北能化能公司にあるスラリー燃焼用耐火レンガ製の炉に対して、水冷壁技術の改修が行われている。これにより、スラリーコール燃焼用水冷壁を備えた清華炉技術の普及と応用に、より広い発展の見通しがもたらされるでしょう。新疆天業の年産20万トンのエチレングリコールプロジェクトは、プラント境界外での有効合成ガス（CO+H2）の生産量が120,000 Nm3/hとなる規模で建設されている。ガス化装置には水煤泥水冷壁型清華炉ガス化技術が採用されており、ガス化炉は6.5MPa、φ2800mmで2基設置されている。単基あたりの設計生産能力は、石炭投入量で1500トン/日である。新疆産の地元褐炭を使用した場合、褐炭のみではスラリー濃度は53％となるが、コークス粉を混ぜることでスラリー性を58％以上に向上させることができる。図4－新疆天業の2基の清華炉ガス化装置　内容　単位　操作　石炭種（神華）　工業分析　水分Mar wt% 24.4　灰分Ad wt% 6.56　揮発分Vd wt% 30.99　固定炭素FCd wt% 62.45　元素分析　C Cd wt% 75.71　H Hd wt% 3.7　N Nn wt% 0.54　S Sd wt% 0.58　O Oo wt% 12.91　Cl Cld wt% 0.014　As Asd ug/g 0.35　低位発熱量Qnet,ar MJ/kg 20.01　粉砕性指数HGI/100　灰溶融点　変形温度DT℃ 1250　軟化温度ST℃ 1280　流動温度FT℃ 1300　通常の製浆工程　成浆濃度% 53.04　通常の石炭スラリーの見かけ粘度（100s⁻¹、25℃） mPa・s 954　表1：新疆天業の原料である褐炭の指標　2015年8月、新疆天業で第1号機となる水煤浆水冷壁式清華炉が一度の試運転で成功し、わずか1週間弱で後続の全工程が確立された。2015年10月には、2基の清華炉が並列運転を開始し、生産される有効ガス量は120,000 Nm³/hを超えた。2016年3月時点で、ガス化炉の連続運転期間は100日を超え、安定かつ長期にわたり高効率に稼働するという設計目的が達成されました。主要技術指標：石炭スラリー濃度：58％（40％のコークスパウダーを混合）、有効ガス成分：CO+H2≥78％、比酸素消費量：≤420Nm3/1000 Nm3（CO+H2）、比石炭消費量：≤620kg/1000 Nm3（CO+H2）、炭素転換率：≥98％、スラグ中の可燃物含有量：≤5％。現在までに、スラリーコール燃焼用水冷壁を備えた清華炉は、新疆天業において長期間にわたる工業的運転が成功裏に実現されている。新疆天業での成功した運用を通じて、清華炉は新疆の茶色ガス化分野において、その総合エネルギー消費量が国内の先進水準に達しました。六、清華炉ガス化の発展展望　1、中小規模窒素肥料企業の陳腐化した生産能力の改革　従来の石炭化学工業では、ほとんどが常圧固定床ガス化技術が採用されている。その特徴は、高エネルギー消費、高排出量、高汚染、低効率であり、いわゆる「三高一低」と呼ばれるものである。「3つの高さと1つの低さ」という多重的な圧力に迫られ、伝統的な石炭化学工業の構造調整と産業の高度化は不可欠となっている。現在、国内の固定床ガス製造装置を保有する500社以上の企業が、産業の高度化のための改修に直面している。また、石炭を加圧してガス化する炉は投資額が高いため、すでに経営が厳しい中小の窒素肥料企業には受け入れられにくく、そのため、投資コストが低い水煤漿水冷壁式清華炉のガス化技術が、多くの中小窒素肥料企業や燃料ガス製造業者にとって最適な技術となるだろう。固定床製法と比較して、原料炭の種類を変更し消費量を削減することで、アンモニア1トンあたりのコストを500元以上削減でき、年間20万トンの合成アンモニアを生産する企業では、年間1億円のコスト削減が可能となる。スラリーコールガス化の清華炉を採用することで、安全かつ環境に優しく、運転期間も長くなるだけでなく、投資コストや運用コストも**削減されます。これにより企業の生産効率が大幅に向上し、生態環境の保護にも寄与する。また、地域経済の発展や地方財政収入の増加に貢献し、優れた社会的効果と経済的効果をもたらす。2、現代の石炭化学工業における総合的なガス化技術　石炭化学工業のプロジェクトは、一般的に石炭の消費量が多く、水の使用量も多い上、排出される廃水や廃ガス、廃固体の量も多いという特徴がある。石炭化学工業から排出される「三廃」には有害成分が多く、処理が困難である。例えば石炭からの天然ガス製造において、水コークススラリーガス化のほかに、固定層ガス化や流動層ガス化の方法を用いる場合、廃水処理は大きな課題となり、**「863」科学技術プロジェクトにも取り上げられている。現在、国内には石炭化学工業の廃水処理技術が多数存在するものの、その運用効果は全体的に不安定であり、「ゼロ排出」を実現することはさらに難しい。廃水処理の問題が解決しにくいため、国内の複数の石炭化学プロジェクトが繰り返し着工や稼働が延期されている。 　　現在、国内において水コークススラリーガス化以外のガス化技術、例えばルッチ炉、BGL炉、ハイパーグローブ炉、GSP炉、SHELL炉、エンド炉などでは、ガス化時に蒸気を添加する必要があり、その蒸気に必要な水は脱塩処理を施した水でなければならない。新鮮な水からボイラー用水を得るまでの処理により、水の利用率は80％に満たない。内モンゴルや新疆といった水不足地域では、塩分含有量が高い水のため、水の利用率はさらに低くなる。今後、環境保護の要求がますます厳しくなり、水資源がますます逼迫する中で、廃水処理や節水の要求は、石炭化学プロジェクトの成否を決定づける重要な要因の一つになる可能性が高い。 　　乾式粉体気化技術において、石炭粉の調製工程では、主に燃料ガスやその他の媒体を用いて石炭中の余分な水分を乾燥させ、一般的には2％程度まで乾燥させることが求められる。この水は、内モンゴルや新疆など水資源が不足している地域にとっては一層貴重であるが、今日に至るまで回収する方法はない。石炭粉配管の乾燥を維持するため、石炭粉輸送配管には蒸気によるヒーティングが必要であり、一部の凝縮液が回収できずに廃棄されてしまう。 　 清華炉のガス化では、水分の大部分を水炭素スラリーの形で投入し、石炭の含水率に特別な要件はなく、投入する水の品質に対する要求も低い。一般的にスラリー製造には処理が困難な有機廃水が使用されるため、環境保護の観点から有益である。乾式ガス化とは、石炭に含まれる余分な水分を除去した後、必要な水分を段階的に加えるものである。ガス化炉で必要な水分は高圧過熱蒸気の形で供給され、変換工程で必要な水分は過熱蒸気またはボイラー水の形で供給されなければならない。 したがって、ドライパウダーガス化は清華炉ガス化と比較して、スラリーガス化よりも水の品質に対する要求が高く、必要な水量も多い。 現在注目されている石炭からの天然ガス製造プロジェクトにおいて、ルッチ炉はメタンを8％～12％含んでおり、石炭から天然ガスを製造する上で経済的だと一般に考えられている。しかし、ルッチ炉は8mm～50mmの塊炭しか利用できず、石炭採掘過程で発生する大量の微粉炭は利用できない。さらに、ルッチ炉ではフェノールを含む廃水が大量に発生し、処理が困難である。水煤浆ガス化炉は、半密閉式の石炭供給、湿式石炭粉砕、および気流床ガス化を採用しており、全工程で汚染が少ない。ガス化およびシフト反応において蒸気を使用しないほか、石炭スラリーの製造にはアルコール含有廃水を利用でき、発生する廃水量も少ない。また、廃水中の特徴的な汚染物質は単一であり、COD値は200～760ミリグラム/リットルと低く、生物化学的処理が容易である。水コークススラリー式水冷壁を用いた清華炉のガス化技術により、第一に、石炭採掘過程で得られる微粉炭を利用することができる；第二に、ルッチ炉で発生する処理が困難な廃水を処理することができる；第三に、汚水処理の投資を一部削減できる；第四に、汚水処理装置の運用コストをある程度削減できる。 　　したがって、具体的な石炭からの天然ガス製造プロジェクトにおいて、専門家はまず、原料となる石炭の塊状化率や微粉炭の使用量に基づき、塊状石炭と微粉炭のバランスを取るべきだと提言している。バランス調整後でも微粉炭が余剰となり、他の利用方法がない場合は、ガス化装置においては固定床ガス化技術を主とし、清華炉ガス化技術を補助とする二重ガス化方式を採用すべきであり、同時に清水と汚水の量もバランスさせて循環利用する必要がある。 　 七、まとめ　現代世界の競争は根本的にはエネルギーを巡るものである。実践こそが真実を明らかにする。中国では現在、さまざまなタイプの炉が1000基以上あり、得られた経験や教訓も最も多い。ガス化は石炭をクリーンに変換する上での鍵となる技術であり、その選択や安定した、効率的で経済的な運用は、プロジェクトの成否に極めて重要である。水コークススラリー水冷壁ガス化技術の運用成功は、豊富な「三高」炭資源をクリーンに開発利用するための革新的な道を切り開き、我が国の世界におけるガス化分野における主導権と発言力を大幅に強化しました。また、石炭自体の効率的かつ環境に優しい利用のための強力な技術的支援も提供しています。