我が国のガソリン品質向上の順序と論理

Thread Content

我が国のガソリン品質向上の順序と論理 我が国のガソリン品質向上の順序と論理。フランスのAxens社は、触媒式ガソリン脱硫技術分野のリーダーであり、現在までに同社が開発した触媒式ガソリン選択的加水素脱硫技術（Prime-G+）は、世界中で230基以上が工業的に導入されており、そのうち中国では32基が設置されている。CDTECH、AXENS、UOPなどの企業は、国際的にこの種の技術を供給する主要な企業です。その中でもCDTECH社の技術は、触媒蒸留水素化、触媒蒸留エーテル化、直鎖オレフィン骨格異性化といった特許取得済みのプロセスユニットで構成されており、技術的に先進的で市場シェアも最も高いです。既に100台以上の工業装置でこの技術が採用されています。 　　我が国のガソリン品質向上の順序と論理　2000年頃に始まった中国のガソリン品質向上は、今日まで10年以上が経過している。ますます厳格になるガソリン品質基準や、中国特有のガソリン成分比率は、国内におけるガソリン品質向上技術の研究開発および産業化の進展を大いに促進してきた。2017年に国Vガソリン基準が全面的に施行される前に、過去のガソリン品質向上の技術的進展や市場の動向を振り返り、ガソリンの各品質指標の内在的な論理に基づき、各製油所の加工プロセスに応じてガソリン品質向上のための技術的スケジュールを順次計画することは、現在の製油企業が国V基準や将来的にさらに厳しくなる基準に対応するために事前に行うべき技術的対策かもしれない。
一、我が国のガソリンの構成は触媒改質ガソリンが主流であり、触媒改質ガソリンの脱硫、オレフィン含有量の削減、およびオクタン価の向上は、国IVや国V基準への対応における3つの主要な課題である。
我が国の製油所では長期にわたって低硫黄のパラフィン系重質原油を処理しており、二次加工では触媒クラッキングが主に用いられているため、我が国の製油所で生産されるガソリンの構成は、アメリカやヨーロッパの製油所のものと大きく異なっている。アメリカの精製所におけるガソリンプールでは、触媒ガソリン、改質生成油、アルキル化および異性化などのその他の成分油がそれぞれ3分の1を占めている。ヨーロッパの製油所におけるガソリンプールでは、リフォーム生成油の割合が約50％、触媒ガソリンの割合が約30％で、アルキル化や異性化などのその他の成分油が約20％を占めている。我が国の製油所のガソリンプールにおいて、触媒ガソリンが73％を占め、リフォーミング生成油やアルキレートなど高オクタン価成分の合計は20％に満たない。ガソリンタンク内の硫黄およびオレフィンの大部分が接触分解ガソリンに由来しており、また接触分解ガソリンのオクタン価は89～91と比較的低いため、国内製油所では接触分解ガソリンの脱硫・オレフィン削減に対するプレッシャーが大きく、高オクタン価ガソリンの生産体制の確立が困難となっている。精製装置の構造を大幅に調整することで、我が国のガソリン組成を米国やヨーロッパ並みにすることができる。これによりガソリンのオレフィンやオクタン価の問題は解決されるものの、脱硫の問題は依然として残る。また、リフォーミング生成油の比率が大幅に増加すると、ガソリン中のベンゼン含有量が基準値を超えてしまう；同時に、設備の新設や改造に多額の資金を投じる必要があるだけでなく、高価な軽質原油が長期にわたって安定的に供給されることも現実的ではなく、必ずや企業の収益に影響を与えるだろう。長期的に見ると、原油の重質化がますます深刻化する中で、高効率な重油・残油の深度触媒変換技術としての触媒クラッキングは、二次加工における中心的な役割を揺るがすことはないだろう。 　　以上の要因を総合すると、見通し得る将来において、我が国のガソリン市場における触媒式ガソリンが主流である状況は根本的に変わることはないだろう。触媒式ガソリンの脱硫、オレフィン含有量の低減、およびガソリンのオクタン価向上は、現在から今後も我が国のガソリン品質向上のために長期にわたって解決すべき主要な課題である。 　　二、過去10数年間にわたる世界中での工業的実践により、触媒を用いたガソリンの選択的加水素化脱硫が、現在、国内外におけるガソリン脱硫の主流技術であることが証明されている。フランスのAxens社は、触媒を用いたガソリン脱硫技術分野のリーダーであり、現在までに同社が開発したこの技術（Prime-G+）は、世界中で230セット以上導入されており、そのうち中国では32セットが導入されている。この技術によるオレフィンの水素化飽和率は非常に低く、オクタン価の低下も少ない；芳香族炭化水素の飽和・クラッキング反応が起こらず、液収率は100%近くになる；長期間の安定した運転が可能で、触媒分解装置のメンテナンスサイクルに合わせられる；脱硫率は98％以上で、ガソリンの硫黄含有量10ppmという要件を満たすことができます。国内の石油精製企業の中で、山東省の地元精製企業がPrime-G＋技術を最も多く導入しており、その数は17基に達している。一部の大規模な山東省の地元精製所では、触媒式ガソリンの硫黄含有量が数千ppmにも達しているにもかかわらず、この技術を導入することで収率99％以上を維持しながら国V基準のガソリンを生産し、京滬地域に供給することで良好な経済効果を得ている。 　　エクソンモービルの触媒式ガソリン選択的加水素脱硫技術（Scanfining）と、CDTECH社の組み合わせ触媒蒸留プロセスを用いた触媒式ガソリン加水素脱硫技術（CD Hydro/CD HDS）は、世界市場において互角の地位にあるが、現在の実用化の成果はフランスのAXENS技術と比べると大きく劣っている。国内においては、国III基準のガソリン品質向上の過程で、撫順石油化学研究院の触媒式ガソリン選択的加水素脱硫技術（OCTシリーズ）を採用する製油所が多い。中国石油化学工業は、国V基準に対応したガソリンの品質向上のための主要な技術として、アメリカのPhillips社が持つS-Zorb触媒式ガソリン吸着脱硫技術を買い取った。中国石油化学工業は、自社内の関連する設計・研究機関によってこの技術や専用の吸着剤を研究・習得させ、現在、同社のシステム内でその普及を進めている。また、北京安耐吉エネルギー技術社が開発した国V基準を満たす触媒式ガソリン選択的加水素脱硫技術は、現在国内の民間企業で20基以上導入されており、その中には百万トン規模の工業プラントも含まれている。今のところ、これも無視できない技術力と言えるだろう。 　　触媒ガソリンの品質向上技術の発展史を見ると、触媒ガソリンの水素化脱硫－オクタン価回復技術によって触媒ガソリンの水素化処理過程で生じるオクタン価の低下を解決する道は成り立たない。エクソンモービルのOctgainやUOPのISAL、そして国内のいくつかの類似技術は、世界的に見てほとんど市場シェアを持っていない。フランスのAXENS社の技術専門家は、2003年のNPRA年次会議で、触媒式ガソリン脱硫技術には2つの基本的な要件を満たす必要があると述べました。それは、ガソリンの収率が低下しないことです；留出範囲は変わらない。分子ふるい触媒を用いた触媒式ガソリン水素化脱硫－オクタン価回復技術は、その反応機構上の本質的な制約により、上記の2つの要件を満たすことが困難である。したがって、触媒式ガソリンのオクタン価低下問題を解決するには、ガソリンプール内の各成分の出所や装置間の関係を全体的に分析する必要がある。 　　三、触媒による軽ガソリンのエーテル化は、我が国のガソリン組成の特徴に合致し、成熟して適用可能な触媒ガソリンのオレフィン低減・オクタン価向上技術である。一方で、接触分解プロセスおよび触媒のオレフィン低減技術の発展余地は限定的である。

無鉛ガソリン化後の第一段階の品質向上の主な課題は、接触ガソリンのオレフィン含有量を低減することである。オレフィン低減触媒の使用や接触分解プロセスの改良により、現在国内のほとんどの製油所における接触ガソリンのオレフィン含有量は30～40％の範囲にある。これにより、装置の軽質留分収率の低下、ガソリンのオクタン価の低下、軽油のセタン価の悪化などの問題が生じている。今後も接触分解プロセスおよび触媒に依存して国IV・国V基準のガソリンオレフィン指標に対応し続けると、これらの問題はさらに悪化する可能性がある。市場における主流の触媒式軽ガソリンエーテル化技術を比較分析した結果、触媒式で軽ガソリンをエーテル化した後、それを触媒式重ガソリンと混合して全留分の触媒ガソリンを製造することで、オレフィン含有量は約10ポイント減少し、オクタン価は1単位向上する。また、メタノールの約4％がガソリン成分に変換されること、さらにエーテル化後のガソリンの蒸気圧が低下するためにガソリンタンクにより多くの高オクタン価の軽質炭化水素成分を混入できるなど、様々な要因によって企業の利益をさらに向上させることができる。 　　CDTECH、AXENS、UOPなどの企業は、国際的にこの種の技術を供給する主要な企業です。その中でもCDTECH社の技術は、触媒蒸留水素化、触媒蒸留エーテル化、直鎖オレフィン骨格異性化といった特許取得済みのプロセスユニットで構成されており、技術的に先進的で市場シェアも最も高いです。既に100台以上の工業装置でこの技術が採用されています。CDTECH社は、中国石油の南充製油所、ゲルム製油所、ウルムチ石油化学工場に順次この技術を移転しました。 　　四、アルキル化技術を重点的に発展させ、改質技術もバランスよく発展させることは、ガソリンのオクタン価を向上させ、国Vや将来のより厳格な基準に対応してガソリンの品質を向上させるための重要な措置である。国Vや将来のより厳格な基準に伴うガソリンの品質向上の過程において、触媒式ガソリンの徹底的な脱硫やオレフィンの削減により、ガソリンのオクタン価が低くなるという問題が深刻化している。また、触媒式ガソリンの中間成分のオクタン価が低いため、自動車の始動や加速性能に悪影響を与えるといった問題も徐々に顕在化している。将来的には、自動車エンジンの効率性や排出ガス規制の要求から、高オクタン価を追求しつつも低炭素化が求められる。したがって、触媒裂解を基盤とした二次加工装置が長期にわたって主流であり続けることになり、上記の問題を解決するためにはアルキル化技術を重点的に発展させることが鍵となる。アルキル化オイルの主成分は、高オクタン価の多分岐異性アルカンであり、オレフィンや芳香族炭化水素を含まず、硫黄含有量が低く、蒸気圧も低いため、クリーンガソリンの理想的な調合成分となります。特に、触媒式ガソリンの中間オクタン価を向上させてガソリン全体のオクタン価を適切に分布させたり、将来の低炭素燃料基準を満たしたりする点において、アルキル化油は他の高オクタン価調整成分では代替不可能な役割を果たしている。触媒分解装置を活用して液化ガスを多量に生産し、それによってアルキル化油も多く製造できる。同時にプロピレンも大量に得られ、ガソリンのオクタン価が向上し、装置からの軽質油の回収量も増えるため、企業の経済的効益も高まる。触媒分解装置は二次加工の主要な装置としてその役割を一層発揮することになり、そうすれば私たちは課題を機会に変え、長所を生かし短所を補い、中国の特色を持ちつつ将来の発展方向に合致したガソリン品質向上の道を切り開くことができるのだ。触媒改質装置は、高オクタン価のガソリン調整成分を生産するだけでなく、化学企業に原料となる芳香族炭化水素も供給し、また製油所における水素の重要な供給源でもある。国際的な軽質原油資源や国内のナフサ資源の逼迫状況、そしてガソリン中のベンゼン含有量の制限を考慮すると、多様な要因を総合的にバランスさせ、自らの能力に応じて改質技術を発展させていく必要がある。 　　上記の分析に基づき、ガソリンのオクタン価を向上させるためには、3～5年かけて地域別・段階的に、ガソリン中のアルキル化油および改質生成油の割合を現在の20％未満から30％まで引き上げ、触媒ガソリンの割合を約60％まで低下させることを検討できる。軽油のエーテル化技術を採用し、ガソリンプールの組成構造を調整することで、徐々に触媒クラッキング装置がオレフィン生成を抑制されるという制約を解消し、軽質成分の収率向上や低炭素オレフィンの多量生産という点において触媒クラッキング装置が果たすべき中心的な役割を最大限に発揮させる。また、価値の低いカーボン4やメタノール資源を十分に活用し、高オクタン価で高品質なガソリンの生産比率をさらに高める。丁寧な計画と綿密な研究を通じて、「品質が向上しながら企業の効率も高まる」という理想的な状態は実現可能である。