No. 28 March 1, 2011

触媒懇談会ニュース
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触媒学会シニア懇談会

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石化プロセスの触媒開発

－

時の流れ－
丁野

Ⅰ

始めに昌純て大規模で収益の期待できる石油化学の1965 年以降化学企業での石化プロセス技術開発は事業基盤の強化、拡大の上から/触媒の研究開発の体験を基にして、そのも重要な事業戦略であった。

視点から 20 世紀後半以降の日本の石油化一方、石化プラントから排出される廃棄学工業の時の流れ（変遷）を辿ってみた。

物、或いは使用する原料の有毒性に起因す

その中で日本の石油化学の最盛期に関わる環境・衛生問題が社会問題としてクローった石化プロセス/触媒の研究開発から学ズアップされ、これに対応する新規プロセんだこと、当領域のこれからの研究開発にスの開発が加速された。また、石油危機について想うことを、現役を離れた今若手の端を発した原料問題が顕在化し、安定かつ方々へのメッセージとして述べてみたい。

安価に供給可能な非石油系原料による原振り返れば 20 世紀央に「石油化学育成料転換プロセスの開発も進められた。

対策」が通産省より発表され日本の石油化これらの要因に喚起され、1980 年初期か学工業がスタートした。これを契機にエチら 21 世紀当初にかけて集中して革新的なレンコンビナートの創業が開始され、欧米石化プロセスの開発/工業化が達成されてからの導入技術をベースに日本の石油化いる。これを裏付けるように触媒学会誌

学工業は化学企業の中核事業として成長

50 周年記念号に記載された資料からもしていくことになる。この時期が日本の石“実用化された触媒技術”がこの時期に集油化学の勃興期であった。

中していることが分かる。

1980 年代に入り日本の国際的地位が向この結果得られた成果として日本の化上し、経済大国としての期待と要求が大き学プロセス/触媒技術は学会の協力もあっくなるにつれて日本の化学産業も世界のて飛躍的に向上し、世界で一流のポテンシ

メガコンペティションの潮流に巻き込まャルを有するに至った。同時にこの開発/れることになる。

工業化を通して蓄積してきた基盤技術、人この潮流の中で資源を持たない日本がこ材はその後の事業活動の有用な技術的資のハンデキャップを克服し世界に伍して産となったと思われる。

いくためには、世界に通用する独自の技術を持つことが必須の課題であった。当時事

Ⅱ業基盤が充分でなかった化学企業にとっこと1

企業での研究開発の体験から学んだ

１．石化プロセス開発の背景

なうことにより工業触媒技術を確立する

筆者が石化プロセスの開発に直接関わことになる。

った時期は日本の石油化学工業の最盛期

以下、このプロセス主導の触媒開発に基でもあり、主な化学企業は中核事業であっづいた開発事例を簡単に説明する。

た石化事業の強化、拡大を目指して研究開（１）選択したプロセスの反応特性に適合発に取り組んだ。当時開発テーマとして取できる触媒開発

り上げた石化製品はその企業にとってコ－メチラールの酸化による高濃度ホルマ

ア事業である場合が多く重要な事業戦略

リンの製造プロセスに関わってくるものが多かった。具体的には、＊コア事業である石化製品事業の強化

2 CH3OH + HCHO →CH2(OCH3)2 + H2O（１）拡大、＊川下事業（樹脂、機能製品等）のCH2(OCH3)2 + O2 →3 HCHO + H2O（２）原料自給化対策、＊ｴﾁﾚﾝｺﾝﾋﾞﾅｰﾄの効率的運用-各留分の有効活用等が挙げられる。

ポリアセタールの原料として取得する

いずれにしても大型（汎用）化学製品の製品が 100％濃度のホルムアルデヒドで製造プロセスの開発は、企業の事業戦略にあることから、できるだけ高濃度のホルマ直接関わる場合が多いことから、開発計画

リンを製造することにより脱水エネルギの策定、実施に当たっては経営的見地からーを軽減するとともに水に関わる分離/回事前の充分な検討が重要であった。また工収工程を簡素化する必要があった。

業化までの期間が長期に亘ることから、研これらの要求に適合できるプロセスとし究開発を効率的に進め工業化の確率を高て取り上げたのがメタノール酸化法に対めることも重要な課題であった。

し高濃度のホルマリンが取得できるメチラール酸化プロセス(2)であった。

２．プロセス主導の触媒開発の取り組み

検討の結果、本反応はメタノール酸化反応方についてと全く異なった反応特性を持っているこ

現役時代に関わった開発事例を取り上とが分かり、この反応特性の解析の結果かげ、プロセス／触媒開発の取り組み方につら、併発するメチラールの加水分解を如何いて体験から学んだことを述べてみたい。に抑制するかが触媒開発のポイントであ

まずプロセス主導の触媒開発についてることがわかった。この知見に基づいて当の基本的な考え方は次の通りである。

初設定したプロセスに適合できる触媒の初期の反応探索、触媒探索を終えた後、目開発を進めることにより工業化を達成す標とする製品のプロセスの選定に当り、前ることができた。

述した社会的要因も考慮し原料、生成物、（２）気/液/固３相による液相酸化プロセ

反応ルート等を充分検討してプロセスをスに適合できる貴金属触媒の開発決定する。その後このプロセスを成立させ－メタクロレインの直接酸化プロセスにるために要求される触媒性能は何かを模よるＭＭＡの製造プロセス索、実証しながら触媒開発を進めていくこ

CH3とになる。更に開発の進展に応じて、エンCH2C CHO+CH3OH+ 1/2 O2CH3ジニアリングサイド、工場サイドと工業プCH2ロセスの視点から各工程の最適化が検討

C COOCH3+H2 O(3)

され、この要請に基づいた触媒の改良を行

2

本反応（３）は先行プロセスであるＡＣことによりコストダウン（固定費）、増収Ｈ法に対し、使用する原料、排出する副生を図る。

物等の環境・衛生問題に充分対応すること

２）Macr/CH3OH 比のアップができること、同じく先行プロセスである

CH3OH のリサイクル量を低減することによ

直酸法に対し中間体のメタクリル酸に係って用役費の低減（ロス原単位及びｽﾁｰﾑわる諸問題がないことが本プロセスを取原単位の改善）を図る。

り上げた理由であった。

これらの要求は何れも触媒負荷の増大に--過剰の本反応は気/液/固３相からなる低温の繋がり、触媒構造の不安定化による触媒性液相反応であるため、撹拌或いは流動条件能の劣化の原因となる。これらの要求に対下で触媒粒子の溶解、磨耗による貴金属処するため触媒調製法の見直しを行ない、(Pd)の剥離、脱落等によるロスがないこと、結晶構造の欠陥のない高純度の Pd3-Pb1 金

反応中結晶構造の崩壊による劣化がない属間化合物の精密調製技術（化学的冶金ことが触媒開発の第一のターゲットであ法）を確立することにより、上記の過酷なった。貴金属を使用する場合は ppm オーダ

反応場においても結晶構造を安定に維持ーのロスがあっても工業プロセスとしてすることが可能となった。貴金属触媒の工は成立しないことになる。

業化において重要なことは精緻な元素レ以上の要求に対応するため、新たに開発しベルの触媒調製技術の確立が基本となるた高強度、高耐水性/耐溶剤性の担体に活ことが分かった。

性種をサブμ粒子内部に担持させることこのようにプロセスサイドからの過酷ができる触媒調製法を開発することによな要求に臆することなく挑戦することにり実質的にロスゼロの触媒を開発し工業より触媒性能は一段とブラッシュアップ化を達成することができた。

され工業触媒として成長していくことに（３）工業プロセスとして要求される最適なる。工業触媒開発の過程においてこのよ反応場への対応うな事態に幾度か遭遇したが、このせめぎ－メタクロレインの酸化エステル化の液合いはプロセスの工業化を達成するため相酸化反応の場合の貴重な道程であったと思う。

プロセスの工業化が近づいてくると事業性（採算性）の議論が始まりプロセスサ

Ⅲ

これからの触媒開発について想うこ

イドからコスト削減のための更なるプロとセスの簡素化、合理化の要請が出てくる。

１．今後の日本の石油化学工業の行方

多くの場合その時点の触媒性能の範囲、限－機能性化学品分野への事業構造転換

界を超えた過酷な反応場が要求され触媒

20 世紀後々半は日本の化学企業は主にへの負荷が増大してくる。いわゆるプロセ独自の技術を武器として事業の強化、拡大スサイドと触媒サイドのせめぎ合いが始を進めその存在感を示してきた。しかるにまってくる。工業プロセスの最適反応場と21 世紀に入ってからは世界の石油化学はは触媒サイドにとっては過酷な反応場とその生産拠点、市場が多様化しボーダレスいうことになる。次に具体例を挙げた。

化様相を呈する時代となってきたため日

１）原料フィード量（t/hr・cat）のアッ本の石油化学のステイタスが喪失してきプている。

--

原料の Macr の供給量をできるだ

その要因として生産拠点の点からは、産けアップして製品 MMA の生産量を上げる

3

油国である中東諸国が原料面で優位性をが重要となる。この機能性化学品の展開の前面に出し、大量かつ安価に得られる非石キーワードとしては、M&A、成長の期待で油系原料（天然ガス）をベースとした大型きる事業の育成/強化、グローバル化の推の石化プラントを稼動しその製品が世界進となろうが、重要なことはその技術開発の市場に供給されるようになってきたこ

力を武器とすることによりグローバル展とから、欧米の大手の化学企業は汎用石化開を図ることであろう。

事業の拡大戦略から後退し、中東との連携を進めていく傾向が強くなってきている

２．プロダクト主導のプロセス開発へのことである。

移行–

プロダクト開発の難しさ

一方市場、事業構造の点からみると、欧今後日本の石油化学が世界のボーダレ

米諸国は彼ら自身の事業戦略として、機能ス化の影響を受けて事業構造の変革に取製品を持つ企業との M&A 等によって資源り組んでいくためには、基本的には世界での集中化を図りながら機能製品分野へと戦える研究開発戦略の構築、研究開発力の事業構造転換を加速してきている。またそ強化が重要となる。の事業戦略は単なる機能製品分野への転ここで筆者の経験を基にしてプロセス/換だけではなく、例えば BASF は「Farbunt」

触媒開発の視点から今後取り組むべき機というコンセプトによる関連する川上/川

能性化学品に関する研究開発課題につい下事業の高度の連携によって新たなバリて考えてみた。

ューチェーンを構築するというポートフ

今後日本の石油化学事業が機能性化学品

ォリオに基づく事業戦略の展開を進めて事業へ移行していくのに際し、当領域の研いる。

究開発はプロダクト開発に重点が移ってこのように世界の石化製品の生産拠点、いくであろう。その結果基礎化学品の場合市場の流れが同一地域内では成立しなくはプロセス主導の開発が主役であったが、なってきていること、事業形態が従来の業

機能性化学品の場合はプロダクト主導の種では定義できなくなってきていること開発が主役となってくる。

からみても世界の化学産業は多様化、ボー機能性化学品の開発が基礎化学品の場ダレス化の時代となってきていると思わ

合と決定的に異なるのは、その製品を新たれる。この世界のボーダレス化の潮流の中に市場に提供するために、その製品の特性で日本の石油化学工業は明らかにそのス/品質を把握して用途開発、市場開拓を進テイタスを喪失してきていると言えるのめ工場生産に見合う市場（需要量）の見通ではないだろうか。

しを得ることが目的となり、この見通しがこのような状況の中で安価な原料、成長得られない限り開発は完結せず企業化に力のある市場を持っていない日本の石油踏み切ることはできないことである。従っ化学工業がこの世界のボーダレス化の中てこの領域の開発においては、プロセス/で生き残り、新たな事業構造の変革に取り触媒技術に注力するだけでなく製品の機組んでいくためには、代替原料（Feedstock

能、特性更にはその市場性にも配慮するこAlternatives）による独自のプロセス/製とのできる複眼的視点を持つことが必要

造技術の海外展開もあるが、日本の持ち味となる。例えば、筆者の体験した機能性化を生かした独自の機能性化学品を始めと学品の場合（製品価格：1,000 円/kg、する機能製品事業への転換を目指すこと目標とする生産量：1,000～3,000 トン/

4年）、製品の製造技術が確立し用途開発、している企業にとって、触媒改良研究は触市場開拓を開始してから事業化の見通し

媒開発者（特に若手）には工業触媒の基本を判断するまで少なくとも 2～3 年は必要的な技量を磨く格好の修練の場となり、触であった。

媒に関する基本的な考え方、触媒技術、実その上、この市場評価、市販の期間に必要験/解析手法等を習得することができる。

な玉の融通をどのような方策で確保する

触媒改良研究の主目的はコストダウン対かかも大きな課題であった。例えば 10～策である。コストダウンの課題としては、

50 トン/年規模の委託製造による場合掛原料及び用役原単位の改善による比例費

かる費用が販売予定価格の 5～10 倍になの削減、生産性向上、工程の簡素化等の改るためその負担に耐え切れず企業化を断善による固定費の削減が挙げられる。これ念することになる場合もあった。

らの課題は全て触媒改良研究の主要課題

一方、機能性化学品の場合の触媒研究開と直結している。

発の取り組み方として、その活性/選択性（２）触媒改良研究から得られることの性能よりも製品の特性を特化するため

１）触媒の基本技術である触媒の調製技のより精緻な触媒設計、触媒調製技術が必術、使用技術、評価技術、解析/分析要であろうし、製品の分子構造を支配する技術を習得することが出来る。同時に触媒機能にも視点を置いた開発が重要に触媒がプロセスの各工程とどのようなってくるであろう。に関わっているかを知ることができ今後の機能性化学品の製造ブロセスに関プロセスに関する知識を習得するこ

しては、触媒開発の狙いどころ、開発課題とが出来る。

が基礎化学品の場合とは質的に変ってく

２）取り組んでいる研究成果が関係するるのではないだろうか。

事業活動や事業展開にどう関っているのかについての複眼的な視点や事

３．既存プロセスの触媒改良研究の効用業への参画意識を持つことができる。

今後とも企業における触媒研究の重要

３）触媒改良研究は事業収益に直結してな領域として既存プロセスの触媒改良研いるだけに研究結果の正確度、信頼度究がある。

が要求される。事実、触媒改良研究Ｇ日本の石油化学工業の最盛期に中核事業の触媒調製技術、解析/分析技術の緻であった化学品の大型プラントの多くは密さ、正確さは非常に高い。例えば、現在も稼動を続け、プロセス/触媒技術のデーターの１％の実質収率のアップ

改良に努め事業収益に少なからず寄与しが確実にインタンク収率のアップ、収ているものと思われる。

益の向上に反映されることが要求さ筆者の経験によると、大型プラントの触媒れるからである。触媒改良研究は正に改良によるコストダウン効果は大きく、例

長期間に亘る一歩一歩の技術の積みえば、10 万トン/年のプラントで 1 円/ｋ重ねであるともいえる。

ｇのコストダウンを達成したとしても 1億円/年の利益を生み出すことになり当研Ⅳ究の開発費を補って余りあることとなる。

終りに1960 年央以降の日本の石油化学工業の（１）触媒道場としての触媒改良研究

変遷とともに歩んできた現役時代の体験

このような状況にあるプラントを所有を基にして石化プロセス/触媒の研究開発

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の視点からその時の流れを辿ってみた。の推進に当たっては研究のターゲット、進思い起こしてみると、この時期は日本の石め方等のベクトルを揃えた上で組織的な油化学工業は独自の技術を武器にしてそ連携を保ちながら戦略的に進めていくこの存在感を示すことのできた最盛期でもとが必要になってくるのではないかと思あり、当領域の研究開発者にとっては恵まう。それを実現していくためには学・官・れた環境であったと思う。

産が協力して各領域の情報交換及び人材

しかし、前述したように 21 世紀に入りの交流等相互の連携の方策を議論してい世界の石油化学の生産拠点、市場が多様化、くことも肝要であると思う。触媒学会に是ボーダレス化の様相を呈してきたため日非その先導的な一翼を担って頂くことを本の石油化学工業のステイタスが喪失し期待したい。てきている。

２０１０，１１，１０記

しかるに日本の主な化学企業は機能性化学品事業への転換が充分でなく、 石油化
学は創業以来ナフサの熱分解によるエチレンをベースとした連産品からの誘導品事業（主に基礎化学品）の呪縛から開放されているとは言えない。要は経営基盤を支える基礎化学品事業が収益源として必要不可欠であるという現状が機能性化学品事業への転換への足かせになっているという見方もできる。
世界の石油化学が前述したような変貌を遂げている環境の中で、将来このコンビナート方式による日本の石油化学はどのような影響を受けて変革していくのだろうか。それに伴い当領域の研究開発のターゲットはどのような方向に向かっていくのだろうか。とは言え、触媒技術は新たな化学製品を市場に提供しているだけでなく、現在環境・エネルギー問題に挑戦するための基盤技術として積極的な研究開発が進められ実用化されている。現に工業触媒の出荷状
況をみても化学品関連が減少し、環境・エネルギー関連が増加の傾向にあることが分かる。更に触媒技術は世界的な社会問題になるであろう資源問題、食糧問題等へ挑戦をしていく基盤技術として期待される。
このように、触媒はこれらの社会貢献に繋がる基盤技術であることから、研究開発

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