石炭ルートの重点はメタノールから芳香族化合物を製造する技術の高度化——芳香族化合物製造技術の解説（中）

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石炭ルートの重点はメタノールを用いたアロマティック化合物製造の高度化にある——アロマティック化合物技術ルートの解説（中）　著者／出典：中国化工報　日付：2016年8月25日　クリック数：9　出典：石炭をメタノールを経由してアロマティック化合物に変換するこの方法は、業界内ではアロマティック化合物への外部依存度を低減し、原料供給ルートを多様化するための必然的な選択肢として高く評価されている。中国化工報の記者が2016年の中国芳香族炭化水素産業チェーン発展大会で得た情報によると、石炭を利用した芳香族炭化水素の生産においては、石炭からメタノールを製造する工程はすでにかなり成熟しており、研究の焦点は主にメタノールから芳香族炭化水素を製造する工程に置かれている。我が国はメタノールから芳香族化合物を製造する技術の研究を早くから行ってきた**国の一つであり、関連技術は世界で最も先進的な水準にあります。現在、国内で独自の知的財産権を持つ関連技術としては、固定床式メタノールから芳香族化合物を製造する技術、流動層式メタノールから芳香族化合物を製造する技術、そしてトルエンとメタノールを用いて芳香族化合物を製造する技術などがあります。 固定床プロセス：国内で最も高いエネルギー効率を誇る。メタノールから芳香族化合物を製造するとは、触媒の作用によりメタノールが一連の反応を経て最終的に芳香族化合物に変換されるプロセスで、主な製品はベンゼン、トルエン、キシレンである。 中国科学院山西煤化研究所などが開発した固定床式メタノールから芳香族化合物を製造する技術は、大規模なメタノールの下流変換技術に属し、MoHZSM－5（イオン交換）分子ふるいを触媒として、メタノールを原料とし、目的生成物は芳香族化合物である。これにより、国内で初めて固定床条件下でメタノールを一度の変換で高品質な芳香族化合物にすることに成功した。この技術は、2012年2月にサイディン社が設計した内モンゴルの慶華集団にある年産10万トンのメタノールから芳香族化合物を製造するプラントで、初回の試験生産において成功を収めました。これは、賽鼎が山西煤化所との協力で開発したプロセスを活用し、我が国で初めて設計された一段法のメタノールから芳香族化合物を製造する装置です。山西煤化所の石炭変換**重点実験室の劉平博士によると、その後この技術は雲南の先鋒、河北の唐山、新疆の新業などで次々と導入され、総生産能力は年間80万トンに達している。今年2月、陝西宝窒化工集団が新設した年産10万トンのメタノールから芳香族化合物を製造するプラントが順調に稼働を開始し、1日あたり300トンの芳香族化合物を生産しており、これは設計上の処理能力にほぼ達している。1トンの製品を生産するのにメタノール2.46～2.48トンが消費され、エネルギー効率は国内の同種設備の中で最も優れた水準に達している。 流動層プロセス：石油ルートより優れた製品 循環流動層メタノールからの芳香族化合物製造技術（FMTA）は、清華大学が開発した注目度の高い技術です。2016年の中国芳香族炭化水素産業チェーン発展大会において、清華大学の斉偉中教授が、この技術の開発経過と最新の進展について説明しました。彼らが次々と解決した一連の工学的課題には、触媒の速い不活性化と、それに対処するための流動層連続反応再生技術の採用があった；メタノールの一方向変換時には、芳香族への循環変換のために別途反応器が必要である；加圧条件下での反応や再生プロセスが複雑であるなどの問題から、最終的に世界で初めて、メタノールから芳香族化合物を製造する触媒、および大規模な工業生産に適した流動層式メタノールから芳香族化合物を製造する連続反応再生技術が開発されました。2013年1月、この技術を用いた世界初の万トン級メタノールからアロマティック化合物を製造する工業試験装置が、華電煤業の陝西榆林炭化工業基地で稼働を開始しました。この技術によるメタノールの転換率は99.99％以上で、3.07トンのメタノールから1トンの芳香族化合物が生産されます。プロセス全体の流れが短く、製品の品質も石油系の方法より優れています。 華電煤業集団は先日、この技術を活用して建設中の百万トン規模の石炭ベースメタノールから芳香族化合物を製造する工業化実証プロジェクトの準備作業が順調に進んでいると明らかにした。最も重要な要素であるメタノールから芳香族化合物を製造するプロセスパッケージは、華電煤業、清華大学、そして中国石油華東設計院によって共同で開発された。このプロジェクトの環境影響評価報告書は近く環境保護省に提出され、承認を待っている。また、水資源に関する評価報告書も既に提出され、承認待ちとなっている。万トン級のメタノールから芳香族化合物を製造する装置では、1トンの芳香族化合物を生産するのに3トン未満のメタノールしか必要とされない。百万トン級の装置では、1トンの芳香族化合物を生産するのに必要なメタノール量は2.5～2.8トンまで削減される見込みであり、同時に液化ガスや水素といった高付加価値のある製品も生産される。そのうち、副生する水素をメタノール製造装置に戻すことで、メタノールの生産量を12％増加させることができ、これにより芳香族化合物の総合コストが大幅に削減される。 その時点で、石炭からの芳香族化合物は石油系ルートに比べて顕著なコスト優位性を持つだけでなく、芳香族化合物の価格が一般的にオレフィンよりも高いため、DMTOと比較しても、原料となるメタノールの消費量がDMTOと同等である点でさらに優位に立つ。 メチル化プロセス：石炭化学工業と石油化学工業を結びつけるもので、トルエンとメタノールをメチル化してパラキシレン（PX）を合成する新しいプロセス路線です。これは、石炭化学工業と石油化学工業を有機的に組み合わせてPXを生産する方法です。現在、市場におけるメタノールの価格は1トンあたり2000元未満であり、一方トルエンは1トンあたり約5000元です。したがって、この技術の最大の利点は、トルエンと低コストのメタノールを原料として使用し、高濃度のPXを製造できる点にあります。会議では、この技術の普及により、国内のメタノール生産能力の過剰問題を効果的に緩和できるだけでなく、今後のアロマティック化合物製造設備の増産や拡張、そしてアロマティック化合物の生産過程における原材料・製品構造の見直しを通じて、アロマティック化合物の原材料を多様化させるための強力な技術的支援となるという意見が出されました。 　 2012年10月23日、中国科学院大連化学物理研究所が開発したトルエン・メタノールからPXを製造しつつ低炭素オレフィンも同時に生産する技術が評価を通過した。この技術は循環流動層プロセスを採用し、1つの反応系と1種類の触媒のもとで、PXやエチレン、プロピレンなどの低炭素オレフィンを同時に高選択性で製造する。この技術は、既存の芳香族化合物製造プラントの改良技術としても利用でき、PXの生産量を増やし、プラントのエネルギー消費を削減することができる；新設されるアロマティックス複合プラントにも適用可能で、従来のPX製造技術と比べて、分岐反応や異性化などにかかる設備投資や運用コストを削減できる；もし、トルエン・メタノールからPXを製造すると同時に低炭素オレフィンも生産する新規の装置を独立して建設する場合、高価な吸着分離ユニットの代わりに簡単な結晶分離ユニットを使用することで、**PXの製造コストを削減できる。 記者の理解によると、中国石化学もまた、トルエン・メタノールを用いたメチル化によるPX製造プロセスの積極的な実践者である。2015年3月、中国石化工法を採用した世界で唯一の年間20万トン規模のトルエン・メタノールメチル化によるキシレン製造用工業実証プラントが揚子石化で稼働を開始しました。このプラントでは高濃度のPXが生産されるだけでなく、副産物としてのベンゼンやC9の量もごくわずかでした。新しい工程では、メタノールの導入によりトルエンの利用率が向上し、理論上、PX1トンを生産するのにトルエン1トンしか必要としない。一方、従来のトルエン分岐化工程ではPX1トンを生産するのに約2.5トンのトルエンが必要であり、副生成物としてのベンゼンも多くなる。したがって、新しいプロセスは収率が高くコストも低く、石油化学と石炭化学を結びつけている。 その他の技術：詳細を整え、産業化に向けて準備を進める。上記の技術に加えて、河南煤化集団研究院と北京化工大学も、石炭ベースのメタノールから芳香族化合物を製造する技術の開発に協力しており、すでにかなり完成度の高い技術が形成されつつある；中国石化上海石油化工研究院は、負荷型脱水酸化物を持つ分子ふるい（ZSM-5）触媒を用いており、現在までにその触媒の実験室規模での試験研究を完了している。単程変換における芳香族化合物の収率は50％を超え、選択性は80％以上に達している。現在、同研究所では関連機関と共にメタノールから芳香族化合物を製造する技術の中規模試験研究を進めている。 石炭からの芳香族化合物製造技術の研究開発は着実に進展しているものの、現在の産業化は必ずしも満足のいくものではない。会議では、ある代表が記者に対し、これは主に現在の低い石油価格によって石油ルートを用いたアロマティック化合物の競争力が高まった一方で、石炭ベースのルートの発展が抑えられているためだと述べた。 しかし、我が国の資源状況やPXに対する57％という高い外部依存度が、石炭からの芳香族化合物製造が持つ戦略的意義を決定づけていると考える専門家もいる。また、石油ルートによる芳香族化合物の製造と比べて、メタノールを用いた芳香族化合物製造ルートではコストを約20％削減でき、得られる芳香族化合物のキシレン混合比率が高く、硫黄や窒素などの不純物元素を含まないため、PXの製造にもより適している。したがって、研究者たちの最優先課題は、関連する工程の詳細をできるだけ早く整え、産業化に向けた万全の準備をすることである。