中国化工報：石炭化学工業の異業種進出にさらに自信が

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中国化工報：石炭化学工業の事業拡大にさらに自信が付く　著者／出典：　日付：2016年8月8日　閲覧数：6　4年間の苦労の末、ついに成果を得た。7月26日から27日にかけて、延長石油集団の炭水素高効率利用技術研究センターが開発した、流動層式石炭加圧熱分解、バイオマスと石炭の共同熱分解、メタンを直接変換して芳香族化合物と水素を同時に製造する技術、および懸濁層式水素化分解用の高性能触媒という4つの新技術が、西安で陝西省石油・化学工業連合会が主催する科学技術成果評価を受けました。専門家たちは、これらの技術がそれぞれ国際的または国内的に先進的な水準にあると評価しました。 これらの技術には、一体どのような強みがあるのでしょうか？石炭化学産業のクロスボーダー・統合的発展にどのような意義があるか？石炭化学工業と他の産業の結合による発展における技術的な障壁を解決できるか？中国化工報の記者が取材を行いました。 石炭の急速熱分解：低コストなグリーン発電　石油グループ初の石炭化学専門家であり、炭水素センターの主任である李大鵬は、流動層式石炭の加圧急速熱分解技術は、石炭を原料とし、流動層反応器を用いて水素加圧下で迅速に熱分解させることで石炭タールを製造するものだと述べている。この技術では熱分解反応時間が非常に短いため、一次熱分解生成物の二次反応を十分に抑え、液体収率を最大限に高めることができる。 説明によると、この技術の革新点の一つは、気体と固体を熱媒体とする流動層型リフトチューブ式熱分解反応器であり、水素雰囲気下での加圧熱分解により、タールの収率を高く保ちつつシステムの運転負荷を向上させることで、後続の生成物の分離・回収が容易になり、装置全体のエネルギー効率が高まる。同時に、熱分解油ガスとコークス粉の効率的な分離技術および装置も開発され、石炭タール中の粉塵含有量が減少し、下流工程の条件を満たすようになった。 延長石油炭化水素センターが設置した試験装置（1.0MPa、10キログラム/時間）を用いて、4段階にわたり20回の冷態投入試験、26回の冷態モデル試験、134回の熱態投入試験が実施され、比較的完全な熱分解に関する基礎データと規則性が得られた。その結果、石炭タールの収率は、現在の業界水準である6～8％を上回ることが示された。最適な工程条件において、コールタールの収率は最大で18.27％に達し、平均では15.14％となり、これは現在の最高水準である。 この基盤の上で、延長石油炭水素センターは、1日36トンの石炭からコールタールと合成ガスを同時に製造する統合技術（CCSI）の工業化実証試験装置を建設しました。この装置では、石炭の熱分解と半コークスの気化を1つの反応器内で段階的に行い、最適化して統合しています。その結果、コールタール、合成ガス、およびそれらを利用した派生製品が得られ、「両方から油を得る」という目標を実現しています。現在までに3回の運転試験を完了し、コールタールの回収率は15％以上を達成している。年間1億トンの石炭粉を加工したと仮定すると、1500万トンの高品質なコールタールが得られ、これは1000万トン級の大油田を一つ新たに創出するのに相当する。合成ガスを精密化学製品に加工すれば、付加価値はさらに高くなる。 “この技術の重要性はこれだけにとどまらず、CCSI（空気を気化剤として使用）によって生成される粗合成ガスは発電にも利用でき、グリーン発電技術と統合・連携させ、産業を拡張することで、石炭のクリーンかつ効率的な変換－コールタールの高度加工－グリーン発電が一体化した、新たな石炭・発電・石油化学の複合生産モデルを構築することができる。”李大鵬氏は記者に対し、中国の石炭火力発電機は全体の70％以上を占めており、計算によると、既存の石炭ボイラー付き発電所にCCSIを組み合わせた300MW級亜臨界ガス発電技術への改造を行った場合、改造費用は約5000万元となり、エネルギーの総合効率は42.99％に達し、等価供給用石炭消費量は293.16gec/kWhまで低下し、排出される排ガス中の汚染物質も大幅に減少するという。新たにCCSI装置と併設して350MW級のガス turbine発電機組を建設する場合、投資強度は約6000～7000元/kWhとなり、総合エネルギー効率は46.85％に達し、相当電力供給用石炭消費量は264.62gec/kWhまで低下する。また、生成される排ガスはガス機組の超低排出基準を直接満たす。 CCSIによって生成される合成ガスのコストは低く、天然ガス価格の約0.74元/Nm3という原料コストに相当するため、競争力と経済性が大幅に向上します。もし石炭火力発電所の60％がCCSI技術と連携すれば、グリーン発電を実現すると同時に、石炭タールが1億8000万トンも多く生産され、これは我が国の原油輸入量の半分を上回る。 中国石化学会の石炭化学専門委員会の専門家であり、陝西省化学会の名誉理事長でもある賀永德を委員長とする評価委員会は、この新しい石炭熱分解技術はアイデアが独創的で革新性に富み、国内で最先端の水準にあると判断した。また、変質度の低い石炭をより効率的かつクリーンに利用するために、非常に意義のある技術だとされている。石炭の熱分解・ガス化を一体化した工業的実験を加速し、できるだけ早く科学技術の成果を実用化・普及させることを提案する。 “石炭粉の加圧高速熱分解と半コークスのガス化を有機的に組み合わせることで、石炭タールの収率が高まるだけでなく、油中の水素資源も十分に利用できる。さらに、フィッシャー・トロプシュ合成油への利用や発電とも組み合わせ可能であり、投資強度はIGCCよりも明らかに低く、発電コストも大幅に削減できる。まさに一石二鳥である。”石油化学工業計画院の総工程師である李君発も、この技術を高く評価している。 バイオマスと共熱分解：相乗効果の最大化 近年、バイオマスと石炭の共熱分解に関する研究が注目を集めているが、両者の熱分解温度に大きな差があるため、相乗効果が存在するかどうかについては依然として議論がある。 延長石油炭化水素センターは、石炭粉の加圧熱分解を基に、バイオマスと石炭の段階的二段階熱分解という新しいアイデアを提案し、加圧連続供給装置や熱結合型バイオマス・石炭共熱分解流動床反応器など、複数の特許製品を開発した。 李大鵬は、このバイオマスと石炭の流動床による迅速な共熱分解は、低コストでタール収率を向上させる新しい製造工程であると述べた。独自に設計したバイオマス用スクリュー給料装置を採用することで、バイオマスの流動性が悪いために生じる絡み合いや架橋などの問題を解決し、物料の連続的かつ安定した搬送を実現した。 バイオマスと石炭を一体型反応器内で段階的に別々に熱分解することにより、両者の熱分解は最適な反応温度で行われる。また、バイオマスの熱分解によってH2やK、Ca、Naといった金属元素が生成され、これらが石炭の熱分解において水素化や触媒作用を果たす。同時に、石炭の熱分解によって十分な量のラジカルが生成され、バイオマスオイルの二次反応やセミコークスの還元反応によってH2やCOが放出される。これにより石炭に十分な量の水素供与体が供給され、ラジカルと水素供与体が最適なバランスを達成し、バイオマスオイルと石炭タールが互いに補完し合うことで、熱分解油の収率が向上し、共熱分解による相乗効果が最大限に引き出される。 説明によると、延長石油の炭水素センターが設置した10キログラム/時の流動層式迅速熱分解試験装置は、77回にわたる繰り返し実験を経て適切なバイオマスの茎材と石炭の種類を選定し、バイオマスと石炭の最適な混合比率を重量比で70％：30％と定めました。その結果、得られるタールの収率は16～20％、相乗効果は20～40％に達しました。また、石油製品の品質分析から、共熱分解油にはフェノール類やO、N、Sを含む複素環式化合物の含有量が少なく、芳香族化合物の含有量が高いことから、バイオマスの水素化作用が顕著であり、化学原料や水素化によるガソリン・ディーゼル燃料として適していることがわかる。 統計によると、2015年に我が国で生産された稲わらの量は約8億トンで、これは標準炭にして4億トンに相当します。そのうち60％がエネルギー源として利用されています。この安価な再生可能なグリーン資源を石炭と共に熱分解してタールを製造すれば、巨大な経済的効果と顕著な環境保護上の効果がもたらされるだろう。 ヘ・ヨンデは、バイオマスと石炭を迅速かつ効率的に同時に熱分解することで相乗効果が顕著に現れ、熱分解の効率やタールの収率が向上し、さらに油製品の品質も改善されると考えている。この技術成果は国内で先導的な水準にあり、変質度の低い石炭およびバイオマスのクリーンで効率的な利用を向上させる上で重要な意義を持っています。石炭とバイオマスの共熱分解による高機能化学品への定向転換に関する研究を強化することを提案する。 メタンから芳香族炭化水素と水素の同時製造：両方の資源とも貴重である　メタンを直接変換して芳香族炭化水素と水素を同時に製造する技術は、天然ガス、シェールガス、石炭層ガスなど、メタンやエタンなどの低級アルカンを豊富に含む資源を利用し、無酸素条件下で一段階で国内で不足しているベンゼン、トルエン、ナフタレンなどの芳香族炭化水素製品を直接生成すると同時に、貴重な水素も同時に生産することで、資源利用率と製品価値を最大限に高めることができる。また、石油化学・石炭化学産業との協調発展も可能である。 “この技術は芳香族炭化水素を得ると同時に水素も副生し、石炭化学工業と組み合わせて発展させることができる点が最大の強みです。”中国石油のコンサルティングセンターの専門家であり、元中国石油精製化学局の総工程師でもある門存貴を委員長とする評価委員会は、メタンから芳香族化合物を製造する技術については国内外で研究が行われているが、延长石油の炭化水素センターが開発した流動層再生循環型の新しいプロセスは独自のものであり、さらに実験装置の規模も最も大きい。この成果は全体的に国際的に先進的な水準にあると判断している。メタンの無酸素芳香族化反応において、一回通過時の転化率が低い、触媒の失活が早い、反応・再生を連続的に行うことが困難といった課題に対し、メタン無酸素芳香族化用流動床反応・再生循環実験装置（反応/再生器の内径50ミリメートル、触媒の最大充填量300グラム）を製作し、連続かつ安定した運転を実現した。 循環流動層装置による実験結果から、メタンの転換率は15％以上を維持し、ベンゼンの選択性は45％前後、芳香族炭化水素の選択性は55％以上であり、中規模試験への拡大の基盤が築かれた。 高性能触媒：国産化を推進し、石油炭化水素処理の効率を向上させる。酸化・沈殿・負荷という一連の工程を用いて製造される懸濁床水素化分解用の高性能触媒であり、微ナノ構造を持つ複合触媒です。主に石炭の直接液化、灯油の共同精製、重質で品質の悪い油の軽質化、石炭タールの水素化処理などに利用され、変換率や液体収率を向上させ、コーク生成のリスクを低減します。これにより、懸濁床水素化分解技術の普及が促進され、石炭のクリーンな利用や重質で品質の悪い油の効率的な利用が可能になります。この触媒は、石炭から石油を製造する分野において、現在多く使用されている輸入触媒に代わり、高度な技術の国産化を加速するものです。 “この鉄系触媒の革新点は、ナノサイズのα-FeOOH活性成分と、大きな比表面積を持つマイクロサイズの炭素材料担体を高度に複合化している点にあります。製造面では工程が短く、制御性が高く、コストも低いという利点があります。性能面では、転換率や液体収率が高いだけでなく、コークの生成を抑制する機能も備えています。”メン・ツングイは記者に対し、この成果は全体的に国際的な先端水準に達しており、触媒の工業的な量産化を加速し、広く応用していくことを提案した。 報道によると、延長石油の炭水素センターはキログラム単位の触媒の製造を完了し、150キログラム/日の懸濁床水素化分解パイロットプラントで性能評価の連続実験を行っている。これは、延長石油の灯油共精製工業実証プラントで現在使用されている商用触媒と比べて、触媒の使用量が45％削減され、液体収率も