チェン・ジュンウー：中国の石油精製触媒クラッキング技術が誕生した物語

第1段階：自主研究のスタートと海外技術の調査
1960年代初頭、旧ソ連の支援によって建設された蘭州石油精製工場で用いられていた触媒分解技術は流動層触媒分解であり、触媒は依然として非晶質のシリコンアルミニウム小球であった。一方、西洋ではすでに流動触媒分解技術が確立されており、触媒は微粒子状の分子ふるいであった。そのため、軽油の収率や選択性の両方において、ソ連よりもはるかに優れていた。 私たちは、ソビエトの技術が西洋の技術より20年遅れており、アメリカの1940年代の水準に相当することを発見しました。当時のソビエト連邦も、より先進的な技術を持っていなかった。彼らの技術は、アメリカの1940年代の水準を超えていなかったのだ。したがって、60年代の国際的な先端技術に追いつくことは、当時の国内石油精製業が直面していた大きな問題でした。 当時、海外の一般的な技術はあなたに売ることができましたが、戦略的な先端技術は決して私たちには売られませんでした。アメリカが中国に対して技術封鎖を実施したため、中国は自力での開発しか考えられず、自ら探求し革新するしかなかった。これが、1961年12月に北京で開催された石油省主催の新規精製技術開発に関する科学技術会議の趣旨であった。 しかし、蘭州製油所で行ったいくつかの実験はすべて失敗に終わり、触媒の損失が甚大でした。そのため、海外に行って先進的な触媒クラッキング技術を視察したいと強く願っています。ちょうど1961年の終わり頃、我が国の石油省の専門家数名が視察のためキューバを訪れました。石油省の責任者たちはキューバで2つの製油所を視察しました。1つはアメリカが建設したもので、もう1つはイギリスが建設したものでした。その中には、当時最先端の流動触媒分解装置も含まれており、この技術は石油省の香山会議で開発すべき新技術として決定され、私がその装置の設計者を務めることになったのです。 石油省の幹部たちは、キューバを視察することは千載一遇の機会だと感じていた。キューバの精製所では、高い地位にある人々はすべて外国人であり、キューバ革命が成功した後、彼らのほとんどは去っていった。キューバ側は気前よく多くの資料を提供してくれましたが、それをどう活用するかですよね？資料だけでは問題は解決しません。それを自分の力に変えるためには、大きな努力が必要です。石油省の責任者たちは、さらに5人の異なる専門分野の技術者をキューバに派遣して現地調査を行うことを決意しました。私はプロセス工学の専門家であり、国内の撫順製造施設の設計者でもあります。私は、国内での工程設計と海外での調査を組み合わせるという重要な任務を担っています。他の数人の同僚たちは、機器や機械、計測器などの分野の専門家です。 キューバで得られた大量の流動層触媒分解に関する資料は、流動層触媒分解技術の問題を解決するだけでなく、石油精製プロセスの他の関連技術にも及んでいる。私たちの調査チームは触媒分解技術を中心に、同時に常圧減圧や触媒改質に関する技術資料も考慮し、半年間で可能な限り資料の複製や文書化を行いました。 当時の核心的な問題は、国内のエンジニアリング設計や機器製造を指導するために、工程や機器の問題を明らかにすることでした。幸い、キューバに行った私たち数人も責任を果たし、見るべきものはすべて見て、記録すべきものはすべて記録しました。そのため、帰国後は中国の触媒分解技術をゼロから、最初から築き上げていったのです。1962年9月から1963年2月、そして1964年9月から1965年2月までの約2年半の間に、私たちはこの技術の核心をほぼ把握し、多くの点において、単にその仕組みを知るだけでなく、なぜそうなるのかも理解するに至った。

第2段階：「真似る」から「模倣する」へ。撫順や大慶に建設された年間60万トン規模の流動触媒分解装置は、「真似る」と言える。その後、石油工業部は山東省の勝利製油所に、規模を倍にした年間120万トン規模の流動触媒分解装置の建設を決定し、これが「模倣する」ということになる。この装置の具体的な設計は北京設計院が担当し、私が技術指導を行いました。 「真似をする」という過程で問題が生じましたが、問題の根本はやはり私たちの技術力が不足していることです。そのままコピーするのは問題ないが、規模を2倍にし、装置の処理能力も2倍にすると問題が生じる。さらに当時の上司からは何らかの革新を求められていたため、こうした状況の中で私たちが設計したものには少し問題が出てしまった。 1967年の年末、年間120万トン処理能力の流動触媒分解装置は試運転段階での運転は概ね安定していたが、触媒の日々の消耗量が約30トンに達し、装置は停止を余儀なくされた。1日に30トンもの触媒が失われるなんて到底耐えられない。当時、国内ではこの種の触媒の研究が行われていた（これも「五朵金花」開発プロジェクトの一つだった）が、まだ工業的に生産する段階には至っておらず、国内で使用されていたのはイギリスから輸入された3Aマイクロビーズ型分子ふるい触媒で、その価格も非常に高かった。これは、流動層化の基礎理論をしっかり研究し、工業装置における触媒の損失原因を突き止めることを私たちに求めている。 しかし、これはどこかの研究所の研究室で行えるものではなく、大型の工業装置の現場でテストを行う必要がある。定常運転中の工業装置のリジェネレーターの直径は約9メートルであり、研究室で簡単に繰り返せるものではないため、適切な試験および研究計画を策定する必要がある。 私は専門調査チームのリーダーに任命され、調査チームを率いて複数回にわたり撫順と大慶の現場を訪れました。大慶で正常に稼働している流動層のデータや、年間120万トンの処理能力を持つ触媒分解装置の再生器における触媒の密度や分布に関するデータを分析・比較した結果、流動層内の気流の分布が不均一であることが、勝利石油精製所で触媒が損失する主な原因であることが確認されました。 工業装置で明らかになった問題が、流動層化のメカニズムについて理論的により深く研究するきっかけとなった。まず年間60万トン規模の装置で調査研究およびテストを行い、その後年間120万トン規模の大型装置で部分的なテストを行い、さらに全面的なテストを繰り返し実施した。こうして何度も試行錯誤を重ねるうちに、いくつかの法則性が見出され、それが後の流動層触媒分解装置のテスト規則や設計基準となった。テストとは、元々あまり分かっていなかった法則やデータを把握し、新たなテストを通じて次々と新しいデータを得て、整理することでさらに向上させていくことです。テストはそう簡単なものではない。大型の反応器やリジェネレーターの直径を10倍に拡大した後、その内部の課題を徹底的に解明するのも容易ではない。理論的な分析だけでなく、流動層化試験技術も組み合わせる必要がある。 その後、私たちの製油所の処理規模はどんどん大きくなり、60万トン/年の流動触媒分解装置では小さすぎるとなり、120万トン/年に拡大する必要が出てきました。規模が大きくなると、流動層化の面で必然的に多くの問題が浮かび上がります。これらは理論分析と試験診断を組み合わせた方法によって解決されます。私たちが一連の試験診断方法を確立した後、工業装置の運用レベルや設計レベルは大幅に向上し、流動層触媒分解装置の設計規模もさらに新たな段階に進みました。 1962年に海外の年間60万トン規模の触媒分解技術の研究が始まり、これは「真似る」というやり方で、1965年に建設されて稼働を開始した。一方、年間120万トン規模の触媒分解技術は「真似てさらに発展させる」というやり方で、1968年に稼働を開始した。いくつか問題が生じたものの継続的に改良が加えられ、1969年にはほぼ成功を収めた。つまり、私たちの「真似てさらに発展させる」というやり方も成功したのである。

第3段階：設計院による石油精製実験工場の建設　1972年、燃料化学工業部は、石油精製技術の新しい工程、新素材、新機器を体系的に開発するため、洛陽設計研究院に石油精製実験工場を建設することを承認した。1975年に実験工場が完成すると、一連の触媒分解に関する実験が行われ、エンジニアリング設計と技術開発を密接に結びつけた新たな技術革新モデルが創出されました。 1970年代以前は、海外の触媒クラッキング用原料にはスラッジオイルは混入されていなかった。我々は、中国の大慶原油に含まれる触媒に有害なニッケルやバナジウムの量が非常に少ないことから、実験工場で大慶の常圧スラッジオイルを混入した触媒クラッキング試験を行い、熱を取り出す必要なく安定した生産を実現した。同時に、石油化学科学研究院も牡丹江製油所で実験に成功し、これにより触媒分解におけるスラッジオイルの使用が禁じられていた状況が打開された。 1983年、中国石化集団の前身である中国石化総公司が設立された。我が国の石油精製技術を国際的な先進水準に引き上げるため、石油精製技術の研究開発プロジェクトを立ち上げることにしました。私と閔恩泽院士は、**「六五」計画の研究課題である触媒分解技術の研究グループのリーダーおよび副リーダーをそれぞれ務め、大慶産の常圧残油を対象とした新しい触媒分解プロセスや新型の触媒の開発を目指しています。 私は研究課題を9つのサブ課題に分解し、リジェネレーターの層からの熱取得を、内部コイルによる熱取得と外部ヒートエクストラクターによる熱取得（外部ヒートエクストラクターはさらに「上流式」と「下流式」に細分される）の2つの系統に分けました。外部熱交換器の構造設計において、縦型フィンチューブを用いた高効率な熱取得方式を提案し、伝熱効率を向上させるとともに、熱交換器の構造をよりコンパクトにしました。同時に、かつては手が付けられていなかった応用基礎研究もいくつか推進され、例えば石油大学には焼結動力学の研究を、中国科学院過程工程研究所には流動層化に関する専門的な研究を依頼しました。 1985年、大慶の常圧残油触媒裂化プロジェクトが石家荘製油所で成功を収めました。これらの研究成果により、中国は残油触媒分解処理分野で世界をリードする立場に立っている。 海外の触媒クラッキング装置では、反応器とリジェネレーターが同じ高さで並ぶタイプ、高低に並ぶタイプ、同軸型など、さまざまな配置形態が用いられてきました。一方、中国で以前に建設された触媒クラッキング装置はすべて同じ高さで並ぶタイプでした。私は会社の焦連陞副総工程師の提案を受け入れ、洛陽の試験工場で、占有面積が少なく操作が柔軟な同軸型触媒クラッキング装置を開発しました。特に、シャットオフバルブ、プロセス制御、二段階リジェネレーションといった技術的な課題を克服し、年間5万トン規模の同軸型触媒クラッキング装置を稼働させました。中国石油化学工業総公司が専門家を派遣して評価した結果、陳道一氏を中心とするチームが蘭州にて、その規模を10倍に拡大した年間50万トン規模の同軸型触媒クラッキング装置を建設しました。この装置は1984年と1985年にそれぞれ**デザイン金賞**および**科学技術進歩一等賞**を受賞しました。 1988年、上海高橋石化工業の精製工場で主任エンジニアを務めていた朱人義氏は、高橋に新設される年産100万トンの触媒クラッキング装置において、同軸式のコンパクトさとともに、コークスタンクによる効率的な再生機能も求められると私に提案しました。私たちはこの課題を受け入れ、焼成タンクの上部に大きな孔を持つ分布板を設置し、その分布板上に高速乱流層を形成するというより革新的な案を提案しました。そして、社内の装置研究所で流動化の検証を行い、高橋石油化学会社の製油所で無事に稼働を開始しました。 現在では、企業の工程のニーズに応じて、年間5万～10万トンといった小規模なものから、年間350万～400万トンといった大規模なものまで、柔軟に流動触媒分解装置を設計することができる。触媒クラッキングの工学設計は、「模倣」から「創造的なもの」へと進化してきました。かつての撫順の触媒裂化装置の開発成功が一輪の花だったとすれば、今では庭いっぱいに美しい花が咲き誇っているのです。私は中国の流動層触媒裂解工学技術の開発者の一人として、中国の石油精製技術の発展と強化を目の当たりにし、大変誇りに思っています。

学*陳俊武、石油化学産業の発展に貢献する。

触媒分解についてのやり取りを便利にするため、WeChatでliyubo0818に追加してください。よろしくお願いします