石炭化学産業、厳冬に直面？3つの選択肢で窮地を打破する

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著者/出典：中国窒素肥料・メタノール技術ネット 石炭化学産業の厳しい冬がやってきて、投資や収益性が大幅に低下している。精密化した発展を追求し、産業チェーンを延長し、製品の付加価値を高めることを打開策とすることは、業界内の共通認識となっている。では、精緻化の道筋にはどのようなものがあるでしょうか？それらは石炭化学産業が窮地を脱するための救いの手となり得るのか？他にどのような制約要因があるのか？最近開催された2016中国石炭化学工業の高度化発展フォーラムにおいて、業界の専門家や学者たちがこの問題について診断を行った。『中国煤化工』誌の記者も調査取材を行いました。 オプション1：産業チェーンの拡大 「石炭は中国の主要な一次エネルギーとして、今後も長期にわたって利用され続けるだろう。」現在、石油価格は安く石炭価格も安いため、石炭化学工業の発展にはまだ大きな機会がある。重要なのは、適切な製品と工程を選ぶことだ。”中国工程院の院士で清華大学の教授である金涌は、現代の石炭化学工業は依然として高度化の実証段階にあり、産業化段階には至っていないと述べている。例えば、石炭からの石油製造には一定のリスクがあり、エネルギー利用効率が低い（直接法で50％、間接法で40％）、投資額や水の消費量が多く、二酸化炭素排出量も多いため、炭素税の負担が大きくなる。 金涌は、石炭化学工業の道筋と希望は、液体やガス燃料を作るのではなく、化学製品の開発、特に高付加価値製品への展開にあると考えている。現代の石炭化学工業が「トリフェニルトリエン」を生産できたとしても、必ずしも良好な経済効果が得られるわけではなく、差別化・個性化・高付加価値化へと進化させ、高度な加工によって製品の付加価値を高める必要がある。例えば、特殊ワックス、α-オレフィン、潤滑油、精製フェノールなど；エチレン延伸二峰ポリエチレン、メタロセン触媒エチレン、超高分子量ポリエチレン、ナイロン66、ブロミル化ブチルゴムなど；芳香族炭化水素の95％は石油精製から生産されており、2020年までにPXの国内市場の不足量は1200万トンに達すると予測されている。ベンゼンからはナイロン6が製造され、キシレンからはPTA（テレフタル酸）やPET（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステル製品が加工される；メタノールの高度加工によりDMM3-5（ポリメトキシジメチルエーテル）を製造し、ガソリンやディーゼル燃料の添加剤として使用する。 中国化学工学会の副会長兼事務局長である楊元一氏、中国神華エネルギー株式会社の副社長である張継明氏、陝西延長石油集団の董事長である賀久長氏、中国科学院大連化学物理研究所の所長補佐であり科学技術部の部長でもある蔡睿氏などの専門家たちも、石油価格の変動という競争の中で石炭化学工業が優位性を維持するためには、高度化、高付加価値化、差別化が石炭化学工業の発展の大勢であると考えている。石炭化学産業チェーン全体において、後工程の高度な製品ほど市場の影響を受けにくくなる。 張継明は次のように述べた。「現代の石炭化学製品は、石油化学製品よりも優れた特性を持っている。例えば、石炭から製造されるオレフィンにおけるエチレンやプロピレンの純度は、石油熱分解製品よりも高い。また、石炭の直接液化は、高級樹脂、特殊油剤、高品質な潤滑油、高級パラフィン、高品質な炭素材料といった精密化学製品の生産に適している。」” 報道によると、神華集団は高付加価値製品の開発・応用を推進しており、石炭直接液化製品の構成を見直し、特殊な石油製品や中高級グレードの潤滑油、高級炭素材料、高品位なワックス製品などを開発している。また、高品質な石炭由来ポリオレフィン製品の生産拠点を建設し、製品の経済的価値を向上させようとしている。 中国石化学工業連合会の胡遷林副秘書長は、現在すでに建設されているか建設中の近代的な石炭化学プロジェクトの多くは、石炭からのメタノール製造、石炭からのオレフィン製造、石炭からのエチレングリコール製造といった製品に留まっていると考えている。石炭からオレフィンを製造する例を見ると、エチレンやプロピレンの後加工製品における同質化が非常に深刻であり、ポリエチレンやポリプロピレンの大部分はごく少数の汎用素材ブランドに集中しており、高級ブランドや特殊用途向け素材のブランドはほとんど存在しない。高付加価値化や差別化によって製品の同質化問題を解決しなければ、すぐに生産過剰や過度な競争という混乱状態が生じるでしょう。 産業チェーンの拡大に関して、胡迁林は、メタノールを経由してオレフィンを製造する際に、A-オレフィンと共重合したポリエチレン、ULDPE（超低密度ポリエチレン）、プロピレンとブテンの共重合体であるポリプロピレン、溶融重合ポリプロピレン、高結晶度ポリプロピレンなど、新しい種類のポリオレフィン樹脂の開発を推奨している；高温フィッシャー・トロプシュ法によるディーゼル燃料の製造と同時に、高炭素αオレフィン、超硬ワックス、高炭素アルコール、ゴム充填剤、PAO（ポリαオレフィン）、潤滑油基油など、石油化学業界では入手が困難な高付加価値の精密化学製品や特殊化学品を開発している；石炭からのエチレングリコールは、ポリエステルを合成すると同時に、石炭をジメチルオキサールやジメチルカーボネートを経由してポリグリコール酸やポリカーボネートなどを製造する技術ルートも開発されている；コールタールの高度加工により、メチルフェノールやその派生する高付加価値製品、オルトフェノール、メタフェノール、パラフェノール、2,6-ジフェノール、2,3,5-トリフェノール、2,4,6-トリフェノール、2,3,6-トリフェノールなどの高純度中間体を製造する。 オプション2：協同多様化 石炭化学の高度化とは、単に産業チェーンを延長し、下流製品を開発することだけなのでしょうか？専門家の回答は**否**です。 “精緻化の発展とは広義の概念であり、製品の精緻化だけでなく、精密化学製品や高機能化学品、化学系新素材といった下流の高度加工も含まれる。さらに、石炭化学産業の全ライフサイクルを総合的に考慮し、産業配置、工程最適化、技術革新、プロセス制御などの面でも精緻化・高機能化を実現しなければならない。”ヤン・ユアンイーは記者に対し、精密石炭化学工業は、従来の石炭化学工業製品が似通っていて競争力が低く、生産能力が過剰であるという問題を解決するだけでなく、エネルギー変換効率や資源の総合的な利用度も向上させることができると語った。“「第13次5カ年計画」期間中、中国の石炭化学産業は、従来型の石炭化学から現代型・高度な石炭化学への転換を重点的に推進する。 “我が国の石炭資源は比較的豊富で、石炭からの石油製造は戦略的なものですが、現在、石炭からの石油製造量はどれほどあるのでしょうか？”中国工程院の謝克昌院士は、精密化された発展とは、石炭を引き続きエネルギーや高品質な化学製品に転換するという二つの側面を含むと述べている。中国のエネルギー構造は、クリーンで低炭素、かつ安全で効率的なものであるべきです。エネルギーの総消費量を削減するためには、徐々にエネルギー利用効率を向上させていく必要があります。新エネルギー・再生可能エネルギーの開発と並行して、石炭化学工業の発展に力を入れ、現代的な石炭化学工業を適度に発展させる。石炭化学のコンバインドプロダクションは優れた方法であり、燃料に変換するだけでなく、化学製品も得られる。エネルギー効率の向上と資源の相互補完を継続して推進しなければならない；発生源での削減、最終段階での封じ込め；プロセス省エネ、工程革新；科学に基づく石炭の理解、総合的な利用。 中国神華煤制油化工有限公司の張伝江董事長は、石炭化学工業の高度化発展は精密化学製品の開発とは異なり、地域計画の策定、技術ロードマップの設計、製品の開発・販売、安全・環境保護など、さまざまな側面において体現されるものであり、それは発展モデルの転換や経営理念及び水準の向上を意味すると考えている。 張伝江は、神華集団が「石炭ベースの特徴」を重視し、石炭からの石油やオレフィン製造などを通じて付加価値の高い下流製品を開発すると同時に、地域別の展開の精密化、技術ルートの緻密な設計、製品販売の精密化も徹底していると述べた。地域配置の精密化により、各事業部門や石炭化学関連のプロジェクト同士が連携し、産業クラスターを形成。これにより原材料の相互利用や製品の補完が実現される；技術ロードマップの設計においては、各種技術や産業間の相互融合と補完に重点を置き、差別化、高付加価値化、クリーン化、スマート化の発展を実現する。これにより、効果が顕著で、技術的に先進的かつ管理が優れ、本質的に安全で環境配慮も徹底された、現代的な石炭からの石油化学産業体系を構築する。 張伝江はさらに、神華集団のプロジェクト計画は、統合的な設計、差別化された配置、基地型の建設、クリーンな発展を基本としており、金三角形地域の中心となる発展エリアを基盤として、各プロジェクトや各基地間の工程案を総合的に調整していると説明した；製品開発では「構造が性質を決定し、特徴が価値を生み出す」という考え方を基本とし、段階的に神華の石炭系石油化学製品体系を構築していきます。特に、特殊な石炭系石油製品や高付加価値のオレフィン誘導体、ポリオレフィンの下流製品の開発に力を入れています；技術研究開発は現在に根差しつつ長期的な視野で行われ、実証技術の改善や先端技術の試験導入、基盤技術の研究開発を通じて、石炭から石油を製造する化学産業を、真に低炭素で高効率かつ環境に優しく安全な新たな産業へと育成していく。 延長石油集団は、石炭・石油・天然ガスといった多様な資源を有する独自の強みと、多産業が連携して発展する基盤条件を活かし、石炭・石油・天然ガス資源の総合利用を堅持している。多種多様な資源の化学要素を最適に配置し、各工業設備を相互に連携させ、製造技術を統合的に革新することで、投資を大幅に削減し、汚染物質の排出を減らし、生産コストを低減して経済効益を向上させ、原料の多様化、技術の統合化、製品の高付加価値化を実現した化学工業産業チェーンの構築に努めている。 “当社の石炭系オレフィンプラントのメンテナンスが終了し、生産のボトルネックがさらに解消されました。点検前、装置は600日以上連続して運転されていた。”陝西延長中煤榆林エネルギー化学有限公司の李偉総経理はこう述べた。同社の石炭系オレフィンプロジェクトは、石炭ガス・オイルを原料資源として総合的に活用し、最適な原料配合案を定めることで、革新的に炭化水素同士の相乗効果を実現しました。石炭化学、石油化学、天然ガス化学を組み合わせることにより、「1+1+1>3」という効果を達成しました。直接的な貢献は、毎年メタノールの生産量を30万トン増やすことであり、メタノールの総コストは1300元未満です。さらに、エネルギー変換効率は16.88ポイント向上し、炭素資源の利用率は17.71ポイント向上し、単位製品あたりの総エネルギー消費量は15.5％減少し、年間で少なくとも1080万トンの水を節約し、二酸化炭素排出量は282万トン削減される。 同様に、延長石油延安エネルギー化学有限公司の石炭・石油・天然ガス資源総合利用プロジェクトも、急ピッチで建設中である。このプロジェクトでは、ポリオレフィン製品に加えて、エチレンプロピレンゴム、ブタノール、2-PH（2-プロピルヘプタノール）なども追加されている。また、延長石油の年産10万トンの石炭をメタノールからエタノールに変換する実証プロジェクトが間もなく完成し、試運転が行われる予定です；同時に、石炭からのエチレンギ酸ジエチル製造、PX、ポリエステル、さらにはタールの高度な加工による高機能化学品の開発といったプロジェクトも計画している。 中煤陝西榆林エネルギー化学有限公司の年間180万トンのメタノール生産施設および年間60万トンのポリオレフィン生産施設は、2014年7月に稼働を開始して以来、現在まで26ヶ月間連続して安定して運転されている。これまでに累計で12.44億元の利益を上げており、国内の同種の石炭化学プロジェクトとしては最も優れた運用記録を達成している。 “私たちは精密石炭化学産業への転換・高度化を進めており、現在の焦点はメタノールからオレフィンを製造する際に副生するカーボンフォーの総合的かつ効率的な活用を最大限に図ることです。”中煤陝西榆林エネルギー化学有限公司の総経理補佐である周永涛によると、最終製品がポリオレフィンであることを考慮し、同社の生産に必要なモノマーであるブテン-1は榆林周辺地域では調達が困難で価格も高いため、MTBE（メチルトリブチルエーテル）/ブテン-1＋オレフィン変換（OCU）方式の技術案が採用されました。この方式により、混合炭化水素からMTBEやブテン-1、そして重合用プロピレンが生産され、年間7万トンのプロピレンの増産が実現し、オレフィンの単位消費量も削減されます。また、共重合用モノマーであるブテン-1の供給問題も効果的に解決され、1億5000万元の利益が創出されました。 胡遷林は、石炭化学工業の精密化発展とは、石炭化学工業企業が化学工業分野により深く関与していくことを意味すると考えている。石炭化学産業の企業は、下流製品の設計および応用において、高付加価値化・差別化・特色化の道を積極的に模索し、同質化競争を避けるべきである。同時に、資源、安全、環境保護に関する新たな政策が産業に与える影響にも高い関心を払い、環境保護のための新技術を体系的に導入することで、石炭化学産業の発展における水資源や廃水排出に関する技術的課題を解決し、産業のモデルケース化と高度化を加速させ、産業の健全な発展を促進すべきである。 選択肢3：技術のさらなる突破 「当社が独自に開発した石炭からコールタールを抽出し、合成ガスを製造する一貫技術（CCSI）が大きな進展を遂げました。万トン規模の工業試験装置が、つい先日144時間にわたって連続して安定運転を達成し、コールタールの収率は16.23％に達しました。」”陝西延長石油集団会社の石炭化学分野の首席専門家であり、炭化水素センターの主任でもある李大鵬氏は記者に対し、CCSI技術はタールを抽出すると同時に生成される粗合成ガスも発電に利用できる。この技術をグリーン発電技術と統合・連携させることで、石炭のクリーンかつ効率的な転換－石炭タールの深加工－グリーン発電が一体化した、新たな石炭・電力・石油・化学の多生産連携モデルが形成されると述べた。 9月中旬、陝西煤化工集団の上海勝邦化工技術有限公司と陝北乾元エネルギー化工有限公司が共同で開発した、低級粉煤ガス用固体熱媒体を利用した二重循環型高速熱分解技術（SM-SP）の工業試験プロジェクトが科学技術成果の評価を通過しました。年間2万トン規模のこの技術を用いた工業試験装置は1年以上にわたって試験が行われ、中国石油化学工業連合会による現地での校正も行われました。その結果、エネルギー変換効率は80.97％、タールの収率は17.11％であったことが分かりました。 8月初め、西北化工研究院が開発した灯油共気化四チャネルノズルを用いた合成ガス製造技術が、延長中煤榆林エネルギー化学有限公司において初回の投入試験に成功しました。その結果、合成ガスの有効成分は5パーセント増加し、酸素消費量は7％減少し、エネルギー効率は6％以上向上しました。 我が国の石炭化学技術は着実に大きなブレークスルーを遂げており、石炭ガス化、石炭液化、メタノールからのオレフィン製造、メタノールからの芳香族化合物製造、合成ガスからのエチレングリコール製造、合成ガスからのエタノール製造といった分野で大きく発展している。しかし現在、先進的な石炭化学技術の大部分は依然として実証段階や改良段階にあり、主要なプロセスにはさらなる向上と最適化の余地がある。また、一部の技術研究は産業化と乖離している。 石炭化学製品の開発は一次エネルギーの転換に重点が置かれており、下流製品の開発はまだ石油化学業界の水準には達していない。多くの精密化学製品や新規化学材料は依然として輸入に頼っており、これが石炭化学の経済的効率が低く、原油価格の変動で影響を受けやすい主な原因となっている。例えば2015年時点での我が国の主な不足している製品の自給率を見ると、PXの自給率は52％、ポリアミド系エンジニアリングプラスチックは41％、高級ポリオレフィンは38％、エチレングリコールは33.1％である。一方、ポリカーボネートと炭素繊維の自給率はそれぞれ27％、29％にとどまっている。また、ポリマー単体を含む一部の高級ポリマーや高級ポリエステル、高性能繊維、特殊化学薬品など、石炭ベースの化学製品においては、核心的な生産技術が欠如している。 “石炭化学の高度化は発展の傾向にあるが、企業が実際に参入するにはまだいくつかの実際的な困難がある。石炭化学産業は水資源の制約を受け、環境排出に対する圧力が大きい；技術装備も制約要因であり、業界の標準体系がまだ整っていないことも、石炭化学の高度化を進める上での難題である。”胡迁林は、国内の石炭化学企業の多くが化学分野での技術的蓄積に欠けており、関連する生産技術の支援が急務であると述べた。同時に、石炭化学の高度化によって生まれた一連の石炭系化学製品も、企業にとっては比較的見知らぬ市場である。さらに、石炭系化学製品の多くには対応する製品規格がなく、これらは石炭化学工業の高度化において注目すべき問題である。 炭素税と炭素排出取引の時代が到来するにつれて、炭素排出の削減が急務となっている。“世界には、まだ理想的な二酸化炭素の化学的封存・利用技術ルートが存在せず、二酸化炭素をメタノールに変換するルートも不合理である。”山東大学の朱維群教授が記者に語った。低炭素技術は、発生源での制御を行う「無炭素技術」、プロセスでの制御を行う「削減炭素技術」、そして最終段階での制御を行う「脱炭素技術」の3つに分けられる。石炭化学工業の生産過程では大量の二酸化炭素が排出されるが、それを回収・封存・利用することはしばしば割に合わない。したがって、製造過程においてできるだけ二酸化炭素を製品内に封じ込め、排出しないことが、実際には最良の二酸化炭素封じ込め・活用方法でもある。 朱維群は、水素の一部を伴う窒素と反応させてアンモニアを生成し、そのアンモニアと二酸化炭素を特定の工程条件下で処理することで、二酸化炭素含有量が最も高い安定した固体製品であるトリアジノールを得、残った水素を発電に利用することを提案している。1トンのトリアジノール製品を生産するには、1トンの二酸化炭素が消費されます。トリアゾールからは、トリアジンアミン、トリアゾール樹脂、トリアゾール架橋剤、トリアゾール塩素化製品などをさらに合成することができる。例えば、年産30万トンの合成アンモニアおよび52万トンの尿素を生産する設備があれば、年産66万トンのトリアゾールを製造する設備を設置でき、毎年16万トンの二酸化炭素も消費することができる。 “石炭化学工業の精密化発展は、石炭ガス化技術に課題をもたらしている。”華東理工大学の陳雪莉教授は、ガス化の大型化は傾向であり方向性であり、原料適応性の拡大は内在的な要求であり保証であり、ほぼゼロ排出の実現は絶えず追求される目標であり必然的な要求だと述べている。大型化により、高効率な省エネ・省力化を実現し、投資を大幅に削減できる。しかし、極端な条件下でどうやってプロセス強化を実現するか、複雑な反応物の分離など、技術的な課題も存在し、これらは絶えず研究・改善していく必要がある。 “石炭は、3D空間を持つ天然の高分子材料と見なすことができる。石炭化学工業では、ガス化深加工のほかに、石炭タールや石炭ピッチを主に用いて高付加価値の機能性炭素材料を開発することも良い方向性である。「分子裁断」技術を通じて、炭素原子の沈殿状態の多様性を利用し、さまざまな材料を合成するのだ。しかし、石炭の組成は非常に複雑で、それを炭素材料にするのは簡単なことではない。”大連理工大学エネルギー研究院の邱介山副院長は記者に対し、同研究院が独自に開発した石炭タール系カーボンファイバー技術を活用し、**ある企業と協力して張家港で年間300トンの石炭タールを処理できる工業試験装置を建設中であり、そこで30トンのタール系カーボンファイバーを生産する予定で、年末には稼働を開始する見込みだと語った。 “我が国は石炭化学関連分野で目覚ましい成果を上げており、一部の技術は世界の最先端にありますが、依然として大きな発展の余地があります。石炭化学産業は、これまで以上に科学技術の革新を必要としており、それによって持続可能なグリーンな発展が促進される。”蔡睿によると、大連化学物理研究所では新世代の石炭系化学製品を中心に技術開発に取り組んでおり、石炭系化学製品用の高性能触媒の研究開発やスケールアップ、工業的な製造方法の確立に力を入れている。また、メタノールからオレフィンを製造する第3世代技術（DMTO-III）、メタノールからプロピレンを製造する技術（DMTP）、メタノールをジメチルエーテルに変換してエタノールを製造する技術、メタノール（トルエン）からPXを製造しつつオレフィンも同時に得る技術、メタノールとナフサを組み合わせてオレフィンを製造する技術、合成ガスから高炭素数の第一級アルコールを製造する技術、石炭からポリメトキシジメチルエーテルを製造する技術などの開発にも取り組んでいる。さらに、合成ガスを一度の工程でオレフィンやエタノールに変換する技術の研究も進めている。