気化炉は百花繚乱、百船競走

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ガス化技術装備は、石炭のクリーンかつ効率的な変換利用における重要な基盤である。近年、絶え間ない自主革新と技術向上を経て、国内のガス化炉は多種多様に発展し、競い合う状況となっている。ガス化技術の発展動向を把握し、石炭の種類に適合し、製品需要に合致し、低エネルギー消費で低投資、成熟して信頼性が高く、環境に優しく安全なガス化技術装置を選定することは、石炭化学産業の健全な発展における重要な方向性である。7月29日に北京で開催された2016中国新型ガス化及び関連技術の革新発展大会において、出席した専門家たちはこのような見解と提案を示しました。 各種のガス化炉が次々と登場している。「各種のガス化炉は、ガス化プロセスにおいて重要な役割を果たす装置であり、我が国では広く利用されている。その工業化のレベルも高く、技術の種類も多く、ガス化炉の台数も多い。」国内の先進的な大型ガス流動層加圧気化炉の稼働台数は、既に300台を超えている。”石油化学工業計画院のエネルギー化学課の副課長である韓紅梅が説明した。 了解によると、ガス化炉は物質の接触方式によって、固定床（移動床）、流動層（沸騰層）、気流層の3つの大きなカテゴリーに分けられる。石炭粉加圧固定層ガス化炉（固体／液体スラグ排出型）の主流技術には、ルッチ炉、サイディン炉、BGL炉、ユンディンYM炉などがある。流動層で広く利用されているエンド式粉炭ガス化技術には、中国のICC炉、エンド炉、コダ炉（Newpower）などがある。気流床乾式加圧粉炭ガス化の主流技術には、シェル炉、GSP炉、コーリン炉、二段炉（TPRI）、HT-L炉、東方炉、華理炉、五環炉、寧煤炉、柳化―齊耀炉、沈鼓炉、金重炉などがある。気化床湿式水コールスラリー気化の主流炉型には、GE-TCGP、対向式4ノズル炉、清華炉、多原料スラリー気化の西北院多元料浆炉などがある。 現在、我が国はガス化炉の革新分野で顕著な成果を上げています。航天長征化学工程株式会社の朱玉営総経理補佐は、同社が開発に成功した航天HT-L炉は長期運転試験を通過したと述べた。その主要設備であるガス化炉、バーナー、スラグ破砕機、熱風炉、安全弁、特殊バルブ（酸素バルブ、石炭粉バルブ、スラグロックバルブ、石炭粉調整バルブ、切替バルブ、ブラックウォーター調整バルブ）、高圧耐摩耗ポンプ、高速ポンプなどはすべて国産化が実現し、独自の知的財産権も確立されたという。 華東理工大学の劉海峰教授によると、中国石化寧波工程公司、寧波技術研究院、華東理工大学が共同で開発した単ノズル型冷壁式粉炭ガス化技術（SE東方炉）は、江蘇省南京の揚子石化にある1000トン/日規模の実証プラントですでに稼働しており、中安聯合の170万トン/年規模の石炭からのオレフィン製造プロジェクトでは、7基の1500トン/日規模のガス化炉が使用される予定で、現在設計が進められている。この炉型は、列管式の水冷壁を採用し、点火、昇温、プロセスを一体化した統合バーナーを備えている。段階的な浄化ユニットは、ミキサー－サイクロン分離器－水洗塔で構成されており、蒸発用の熱水塔はフラッシュ蒸発と熱交換の機能を兼ね備えている。これにより、黒水が熱交換器を詰まらせて熱伝達効率に悪影響を与えるという問題が解決されている。 清華大学山西清潔エネルギー研究所、山西陽煤豊喜、山西陽煤化学機械（集団）有限公司によって共同で開発された晋華炉（合成ガス／蒸気複合生産ガス化炉）は、2016年4月1日に陽煤豊喜の臨猗支社で正式に稼働を開始し、山西産の「三高」炭を原料として、既に100日以上安定して運転されている。この気化炉は、スラグの閉塞や灰の堆積を効果的に防ぐことができる；独自の構造設計により両面からの加熱比率が低減され、装置の体積と投資が削減される；高温合成ガスの熱を回収し、副生する高温高圧の蒸気によって、ガス化炉のエネルギー変換効率を向上させることができる。 調査データによると、2015年末時点で、固定床常圧ガス化炉を除き、国内で実用化されている加圧ガス化炉の総数は392基に達していた。そのうち、最も多く稼働していたのは固定床石炭粉加圧ガス化炉で、120基あり、全体の77.9％を占めていた。次いで流動床エンドライスガス化炉が20基で55.5％、気流床GE水コークススラリーガス化炉が75基で37.1％だった。 技術革新で弱点を補う　韓紅梅は、ガス化技術は数十年にわたる研究と実践を経て、絶えず改善・発展してきた結果、その技術水準はすでにかなり高いものになっていると述べた。しかし、国内におけるガス化の適用分野や地域がますます広がるにつれて、ガスの成分に対する要求も多様化してきている。石炭の種類も増え、その品質の変動もより複雑になっている。さらに、環境保護や安全性に関する要求も高まる中、ガス化技術は、その特性や運用上で生じる問題に応じて、引き続き改善・向上させていく必要がある。 報告によると、現在の各ガス化炉タイプで緊急に解決すべき課題は、特許機器や重要な機器の調達を減らしさらに国産化を進めること、プロセスおよび制御システムの設計を最適化すること、ソフトウェア費用（特許料＋PDP料＋技術サービス料）を削減すること、水炭素スラリーのガス化圧力を6.5～8.7MPaまで引き上げること、石炭投入量を増やすために設備規模をさらに拡大すること、副生蒸気の圧力レベルを向上させること、急冷および除塵システムを最適化してエネルギーを回収すること、合成ガスの急冷方法を最適化すること、有害な廃水を効果的に処理すること、灰水処理システムを最適化し灰水の循環プロセスを改善すること、ガス洗浄方法を改良して粉塵の飛散量を減らすこと、灰渣の残留炭素を低減し微細灰の排出量を減らすこと、そして微細灰の活用に関する研究を強化することである。 “ガス化炉の将来の革新点は、国産化レベルの向上、投資の削減、ガス化圧力の向上、大型ガス化設備の開発、省エネ・省資源レベルの向上、節水レベルの向上、環境保護レベルの向上である。”韓紅梅は言った。例えば、2016年6月時点で、我が国はシェルの廃鍋プロセスガス化炉を28基導入している。現在、シェルプロセスの10の主要な機器のうち、煤粉速度計と密度計を除き、すべて国内の認定済みメーカーが存在するか、認定取得中である。今後は、重要な設備の国産化を加速する必要があります。これにより、ガス化ユニットの投資コストや運用コストを削減し、国内の機器製造水準を向上させることができます。 記者の取材により、ガス化技術の革新の方向性は今後、触媒ガス化や石炭の地下ガス化などの分野に集中していくことがわかった。韓紅梅は、触媒気化によって気化温度を200℃～300℃下げ、穏やかな気化と選択的変換を実現できると述べ、現在は触媒の種類、触媒反応のメカニズム、および触媒気化プロセスについて重点的に研究する必要があると指摘した。石炭地下ガス化技術では、現在、プロセス制御、地下ガス化補助装置/機器、着火技術、ガス化炉の設計など、技術的詳細の完善が重点となっている；ガス化回収や汚染物質制御など、重要な周辺技術も強化すべきである。 その他にも、水素化ガス化、バイオマス触媒、段階式流動床ガス化（高温シフト反応とのカップリング）、高炉スラグ中での石炭ガス化、超臨界水ガス化、フライアッシュの二次ガス化、およびガス化と他プロセスとの熱統合（例えばメタネーションとの統合）など、いくつかの研究方向がある。 ガス化アイランドが定着してきている。ガス化技術の急速な発展、工業団地（大企業）の規模拡大、産業の転換と高度化に伴い、専門化されたガス化アイランドを工業団地、特に大企業向けに活用し、大量かつ安価な合成ガス、水素、一酸化炭素などの工業用ガスを供給することがトレンドとなっている。　　　ハン・ホンメイは、専門的に運営されるガス化島は、石炭の品質変動に対応し、工業用ガスを安定的に大量供給し、石炭利用と環境影響の問題を一元的に解決するための最良の手段だと述べた。 ガス化島は、サービス対象となる集団の規模によって企業向けと工業団地向けに分かれ、供給されるガスの成分によっては合成ガス型（CO+H2、H2、CO）と工業用ガス型に分類され、またサービス対象の産業別には化学工業向け（石油精製／石炭化学／その他の化学工業など）とその他の工業向け（セラミックス／建築資材／セメントなど）に分けられる。ガス利用企業への供給により、幅広い規模で汎用的なガス化アイランドモデルは、その規模化、専門性、柔軟性といった利点から、ますます多くの企業や産業団地の注目と関心を集めている。 “企業数が多く、工業用ガスの需要が大きい工業団地において、大型ガス化アイランドの建設と運営により、生産活動を効率的かつ集約的に行うことができ、生産サービスを一元的に調整することが可能になる。これにより、各企業がばらばらにガス化装置を建設することによって生じる小規模な装置の重複建設という問題を避けることができ、工業団地の統合的な運営や長期的な発展に寄与する。”韓紅梅は言った。 現在、国内外の大規模石油化学団地では、次々とガス化アイランドモデルが導入されているとされる。我が国が計画している大規模な現代石炭化学工業基地でも、大規模なガス化アイランドの統合的な計画が行われる予定です。2014年7月、総投資額30億元の中原大化ガス化島プロジェクトが濮陽開発区で着工されました。建設期間は約36ヶ月で、主に石炭粉を原料とし、先進的な水石炭スラリー加圧ガス化技術を用いています。また、合成ガスの精製や空気分離などの装置も併設され、石炭化学産業の下流製品を生産するための重要な原料が得られます。プロジェクトが完成すれば、年間28億元の生産額と2.2億元の税収が見込まれます。 中煤陝西公司榆林エネルギー化学有限公司の榆横石炭化学プロジェクトにおけるガス化島では、GE900立方フィート、6.5MPaの圧力を用いたガス化プロセスが採用されている。ガス化炉は5基稼働、2基が予備となっており、1日あたりの石炭投入量は約8000トンである。このガス化装置は2014年4月末に初回の運転に成功した。 韓紅梅は、専門的なガス化プラントでは、ニーズの特性に応じて、適切な流動層ガス化、気流層ガス化、固定層酸素富化ガス化といったプロセスを選択する必要があり、同時に石炭供給の状況も考慮し、「石炭供給源＋ガス化技術＋製品価格」という観点から全工程の経済性を比較する必要があると述べた。（出典：中国化工報）