ガス化装置の技術革新パスの総合的な分析

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ガス化装置の技術革新の道筋を総合的に分析　著者/出典：日付：2016年8月11日　クリック数：10　ガス化技術は、石炭をクリーンかつ効率的に変換・利用するための重要な基盤であり、近年の継続的な自主革新と技術向上により、国内のガス化炉は盛況を極めている。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、かつ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、石炭化学産業が健全に発展するための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。その工業化の度合いも高く、技術の種類も多く、ガス化炉の台数も非常に多い。」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、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。気流層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。気化床湿式水コークススラリー気化の主流炉型には、GE-TCGP、対向式4ノズル、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総経理補佐である朱玉営は、同社が開発に成功した航天HT-L炉は長期間の運用試験を経てその性能が証明されており、ガス化炉、バーナー、スラグ破砕機、熱風炉、安全弁、特殊弁（酸素弁、煤粉弁、スラグロック弁、煤粉調整弁、切替弁、黒水調整弁）、高圧耐摩耗ポンプ、高速ポンプといった主要な設備はすべて国産化が実現し、独自の知的財産権も確立されていると述べた。 　　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、加熱、プロセスを一体化した統合バーナーを備えている。分級浄化ユニットはミキサー－サイクロンセパレーター－水洗塔で構成され、蒸発用熱水塔はフラッシュ蒸発と熱交換の機能を兼ね備えており、黒水による熱交換器の詰まりや熱伝達効率の低下といった問題を解決している。 　　清華大学山西清潔エネルギー研究院、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／蒸気複合生成ガス化炉）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、スラグの詰まり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、最も多く使用されているのは固定床石炭粉加圧ガス化炉で、120基あり、全体の77.9％を占めている。次いで流動床エンドライクスガス化炉が20基で55.5％、気流床GEスラリーガス化炉が75基で37.1％を占めている。 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、継続的に改善され、技術水準もかなり高く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。使用され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装置の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・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、大型ガス化装置の開発、省エネ・省資源化レベルの向上、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ガラス炉式気化炉を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、石炭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額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。 　　記者の取材によると、ガス化技術の革新は今後、触媒ガス化や石炭の地下ガス化といった分野に集中していく見通しです。韓紅梅は、触媒気化によって気化温度を200℃～300℃下げ、穏やかな気化と方向性のある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。石炭の地下ガス化技術では、現在、プロセス制御、地下ガス化用補助装置・設備、点火技術、ガス化炉の設計など、技術的な詳細を洗練させることに重点が置かれている；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。 　　さらに、水素ガス化、バイオマス触媒、段階的ガス流動層ガス化（高温変換との結合）、高炉スラグ中での石炭ガス化、超臨界水ガス化、飛灰の二次ガス化、そしてガス化と他のプロセスとの熱統合（メタン化との統合など）といった、その他の研究分野も存在する。 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、一酸化炭素といった工業用ガスを供給することがトレンドとなっている。 　　韓紅梅は、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、工業用ガスを大量かつ安定して供給し、石炭利用に伴う環境影響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、広範囲で汎用的なガス化アイランドモデルが実現されており、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で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、工業団地全体の調和のとれた発展に寄与する。”韓紅梅は言った。 　　現在、国内外の大規模な石油化学コンビナートでは、次々とガス化アイランド方式が導入されているとのことです。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。プロジェクトが完全に完成すれば、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ユニットでは、GE900立方フィート、6.5×106Pa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基稼働し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。