公開版
平成２９年度石炭現場ニーズ等に対する技術支援事業「インドネシアにおけるコプロダクション型
褐炭改質技術の可能性の検討」
に関する共同スタディ

報告書

２０１８年３月
独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構
出光興産株式会社

目次

図目次
図 1-1

共同スタディの全体計画...........................................................................................1

図 1-2

本共同スタディの実施体制 ......................................................................................5

図 2-1

本共同スタディで用いた石炭鉱山 ..........................................................................6

図 3-1

検討する褐炭改質プロセス .................................................................................... 11

図 3-2

SPP プロセス概略フロー図 .....................................................................................12

図 3-3

LPP プロセスの概略フロー図 .................................................................................13

図 4-1

原炭および改質炭の無水無灰ベースの発熱量 ....................................................15

図 4-2

自然発熱性試験装置（SIT）と手順 ......................................................................16

図 4-3

原炭、改質炭等の自然発熱性の評価 ....................................................................17

図 4-4

熱重量分析計（TGA） ............................................................................................18図 4-5

石炭、改質炭およびセミコーク等のバーニングプロファイル ........................19

図 4-6

竪型管状炉（DTF）装置 .........................................................................................20

図 4-7

改質炭 A の燃焼プロファイル................................................................................21

図 4-8

改質炭 B の燃焼プロファイル ................................................................................22

図 4-9

改質炭 C の燃焼プロファイル ................................................................................23

図 4-10改質炭等の燃焼速度のアレニウスプロット ......................................................24

図 4-11

乱流燃焼炉の概要と諸元 .......................................................................................25

図 4-12

炉内温度測定結果 ...................................................................................................26

図 4-13低 NOx 燃焼性評価 .................................................................................................27

図 4-14試料の粒径分布 .......................................................................................................31

図 4-15

標準炭 B 炭の電顕写真 ..........................................................................................32

図 4-16

改質炭 A の電顕写真 ..............................................................................................33

図 4-17

搬送試験装置 ...........................................................................................................34

図 4-18標準炭 B 炭搬送時の圧力変動 ..............................................................................35

図 4-19改質炭 A 搬送時の圧力変動..................................................................................36

図 4-20多目的燃焼装置（MPR） ......................................................................................37

図 4-21

炉内の温度分布および粒子温度 ..........................................................................38

図 4-22試料の燃焼状況 .......................................................................................................39

図 4-23

標準炭 B 炭からの未燃チャーの形態 ..................................................................41

図 4-24

改質炭 A からの未燃チャーの形態......................................................................42

図 4-25

灰の付着状況 ...........................................................................................................43

図 4-26示唆熱天秤の原理図 ...............................................................................................44

図 4-27

示差熱天秤による CO2 ガス化反応性の評価 ......................................................45

図 4-28

ガス化反応に伴う灰の SiO2 活量の変化 .............................................................46

図 4-29レーザー加熱式顕微鏡観察結果 ..........................................................................47

図 5-1

タブレット成型機 .....................................................................................................49

図 5-2

大型連続成型機 .........................................................................................................49

図 5-3

小型連続成型機 .........................................................................................................49

図 5-4

落下試験装置 .............................................................................................................50

図 5-5

圧壊強度測定装置 .....................................................................................................50

図 5-6

製造したブリケットの外観 ....................................................................................51

図 5-7

オイリーコールからのブリケット製造プロセス ................................................52

図 5-8

ハードグローブ試験機.............................................................................................53

図 5-9

ハンドリング性評価装置.........................................................................................53

図 5-10排出性試験結果 .......................................................................................................54

図 5-11

付着凝集力試験結果 ...............................................................................................55

図 6-1

C 炭由来の合成油の沸点性状(GC 蒸留) ...............................................................57

図 6-2

固定床式ベンチ装置全体.........................................................................................58

図 6-3

固定床式ベンチ装置の反応器 ................................................................................58

図 6-4

スイング式オートクレーブ（本体） ....................................................................59

図 6-5

スイング式オートクレーブ（反応管） ................................................................59

図 6-6

スイング式オートクレーブ（内筒管） ................................................................60

図 6-7

水素化処理前後の外観.............................................................................................60

図 6-8

水素化処理油中間留分の外観 ................................................................................61

図 6-9

原料のパラメータ A と改質炭収率の相関性 .......................................................62

図 6-10

原料のパラメータ B と抽出分収率の相関性 ......................................................63

図 6-11

原料のパラメータ C と抽出分中の合成油選択率の相関性 ..............................63

図 6-12

各褐炭での合成油の予測収率 ..............................................................................64

図 6-13

未処理の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留） ........................................................65

図 6-14

水素化処理後の各合成油（左から A 炭、B 炭、C 炭） ..................................65

図 6-15

水素化処理後の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留） ............................................66

図 6-16

HDO 率と合成油のパラメータ D との相関性 ....................................................67

図 6-17

HDO 率と褐炭のパラメータ E との相関性 ........................................................67

図 6-18

水素化分解後の各合成油（左から A 炭、B 炭、C 炭） ..................................68

図 6-19

水素化分解後の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留） ............................................69

図 6-20

各段階における H/C 比 ..........................................................................................70

図 6-21

原料の外観 ...............................................................................................................71

図 6-22ピッチ化試験装置 Ⅰ ...............................................................................................72

図 6-23ピッチ化試験装置 Ⅱ ..............................................................................................73

図 6-24ピッチ化のスキーム ...............................................................................................74

図 7-1

LPP のプロセスフロー .............................................................................................76

図 7-2

リアクタ前後のプロセスフロー ............................................................................77

図 7-3

メタン生成量、メタン転換率と時間との関係 ....................................................83

図 7-4

水素化による合成油改質プロセス ........................................................................86

図 7-5

検討範囲 .....................................................................................................................89

図 8-1

原料消費量と各費用（割合） ................................................................................93

図 8-2

原料消費量と各費用の積み上げグラフ（割合） ................................................94

図 9-1

Cat-HTR プロダクトの商品設計.............................................................................98

表目次
表 2-1

PTBA の保有鉱山 .......................................................................................................7

表 2-2

パートナー会社の概要...............................................................................................7

表 2-3

C 炭鉱の生産計画 .......................................................................................................7

表 2-4

PTBA の全石炭の生産実績 .......................................................................................8

表 2-5

PTBA 炭の日本への輸出実績 ...................................................................................8

表 2-6

PT.B の保有鉱山..........................................................................................................9

表 2-7

PT.B の概要 ..................................................................................................................9

表 2-8

A 炭の生産実績 ...........................................................................................................9表 2-9

B 炭の生産実績 ...........................................................................................................9

表 2-10

A 炭および B 炭の日本への輸出実績 ..................................................................10

表 4-1

試験炭の一般性状 .....................................................................................................14

表 4-2

改質炭と PCI 標準炭の性状 ....................................................................................30

表 4-3

標準炭 B 炭搬送圧力測定結果 ................................................................................35

表 4-4

改質炭 A 搬送圧力測定結果 ....................................................................................36

表 4-5

燃焼率の算定 .............................................................................................................40

表 5-1

ブリケット製造試験機の諸元 ................................................................................50

表 5-2

ブリケット製造試験結果（抜粋） ........................................................................51

表 5-3

乾留ブリケットの強度測定 ....................................................................................52

表 6-1

一次水素化処理前後のヘテロ元素濃度の変化 ....................................................57

表 7-1

褐炭反応時の投入熱量.............................................................................................78

表 7-2

SPP と LPP のリアクタ諸元 ....................................................................................79

表 7-3

リアクタ径の試算.....................................................................................................79

表 7-4

褐炭改質排水の分析例.............................................................................................80

表 7-5

排水性状分析例 .........................................................................................................81

表 7-6

排水の GC-MS 分析結果 ..........................................................................................81

表 7-7

発酵性能 .....................................................................................................................82

表 7-8

反応器容積 .................................................................................................................86

表 7-9

水素化工程の主要機器リスト ................................................................................87

表 7-10

想定した収率 ...........................................................................................................88

表 7-11

軽油生産量と経済性 ...............................................................................................90

表 8-1

A 炭のケース毎の経済性試算結果例.....................................................................92

表 8-2

原料消費量と各費用 .................................................................................................92

表 8-3

原料消費量と各費用（割合） ................................................................................93

表 8-4

32 万 kL/年での見直し経済性 .................................................................................95

表 9-1

本共同スタディの纏め.............................................................................................97

表 9-2

商品化に向けた課題.................................................................................................99

共同スタディ概要
共同スタディの目的
インドネシアに豊富に賦存する褐炭は、高水分、低発熱量、自然発熱性のため、安価な生産コストであっても輸出ができず、地場火力での小規模利用に留まっている。
褐炭を経済的に輸出可能なエネルギーに転換する技術は、日尼双方から熱望されているが、未だ商業化に至っていない。
石炭の液化やガス化は、巨額の設備投資の割にはリターン率が低く、脱水、ブリケット、低温熱処理等の一般炭狙いのプロセスでは、設備投資は小さいものの、経済性が石炭市況に直接左右され、実現に至らないのが実情である。
豪州 Ignite Energy Resources 社（以下 IER）のコプロダクション型熱水触媒反応プロセス（以下 Cat-HTR）は、1t の乾燥褐炭から約 600kg の PCI グレードの改質炭と約 1～1.5 バレルの合成油の製造が見込まれ、優れた経済性が期待できる。
本共同スタディを通して石炭改質ビジネスの実現性を検証していく。

共同スタディの全体計画

図 1-1

共同スタディの全体計画

本共同スタディは日本およびインドネシア双方のエネルギーセキュリティーに寄与する褐炭
改質技術の開発とビジネスの創出を目的として、平成 27 年度から 3 年間の計画で、検討している。図 1-1 に全体計画の概要を示した。
平成 27 年度は、インドシア褐炭に適合する褐炭改質プロセスとそのプロダクトの評価によ1

る基礎検討を行った。
平成 28 年度は、プロダクトの商品設計深耕を基にインドネシアでの事業性を 1 次スクリーニングするプレ FS を行った。
平成 29 年度は、本共同スタディの最終年度として、商品設計の最終仕上げと 2 次 FS による事業性の精査を行い、事業性の見極めを行う計画である。

これまでの共同スタディの概要
平成 27 年度共同スタディの結果
インドネシア国有石炭会社 PT. Bukit Asam Tbk（以下 PTBA）の C 炭を用い、Cat-HTR プロセスのインドネシア炭への適用可能性と得られたプロダクトの評価を行い、同プロセスがインド
ネシア褐炭改質に有望なプロセスとなり得ることが解った。結果の概要を下記に列挙する。
①

改質炭は高発熱量（約 7,300kcal/kg-GAD）で燃焼性が優れ、PCI 用途として有望である。

②

豪州炭に比べインドネシア炭の合成油収率は高い。

③

生成油の沸点範囲は共に灯油～減圧軽油並であるが、原油に比べ O、 N、有機塩素等のヘテロ元素が多く、単味で原油や船舶油等の重油代替とはなりにくい。

④

これらヘテロ元素は 1 次水素化により容易に除去することができた。

⑤

合成油は水素化により、脱ヘテロ（酸素、窒素、硫黄、塩素）が容易で、重油、軽油への転換が可能であるが、水素化のし易さは、炭種により異なる可能性がある。
平成 28 年度共同スタディの結果

インドネシアの民間石炭会社 PT. B 社（以下 PT.B）の A 炭および B 炭を用いて炭種の影響を把握し、事業性のプレ FS を行った。
ア）合成油の収率や水素化難易度に関する炭種の影響
合成油収率は炭種により 20%～29%まで変化した。

①

インドネシア炭 A 炭(29%)、B 炭(23%)、C 炭(24.5%)、豪州炭 Y 炭(20%)②

石炭中の H/O が高いものほど合成油収率が高かった。

③

石炭の燃料比（固定炭素/揮発分）が小さいものほど合成油の水素化が容易であった。

イ）事業性のプレ FS について（事業規模 300 万ｔ/年-乾燥炭、80$/bbl 時）①

炭種によらず合成油を水素化精製し、軽油/ナフサを製造するケースの経済性が高く、合成油収率が高い A 炭の IRR が高い（A 炭 23%＞B 炭 17%＞C 炭 14%）。

②

主要因子の感度分析


原油価格が 10US$/bbl 増加すると IRR は概ね 5 ポイント増加する。



原料石炭価格が 5US$/t 増加すると IRR は概ね 2 ポイント減少する。
A 炭で PJ-IRR＝15%（仮想ハードルレートとする）を上回る条件は③


原油価格 67US$/bbl 以上（原炭価格 30$/t の時）

または原炭価格 50US$/t 以下（原油 80$/bbl の時）2平成 29 年度の共同スタディ内容
平成 28 年度は小型装置（Cat-HTR：SPP および比較熱分解：1kg バッチ試験機）で製造された少量サンプルで試験可能な評価を行ったが、平成 29 年度は平成 28 年度に大型装置（CatHTR：LPP および比較熱分解：10kg/h 連続試験機）で大量に製造された A 炭および B 炭からの改質炭、合成油、オイリーコールおよびセミコークを使用し、ベンチプラントスケールの試験機でプロダクトの商品設計の深耕を行う。また、昨年のプレ FS に続き、最適プロセスの評価選
定と設計、EPC コストの削減、最適立地および最適炭の選定等を主体とした 2 次 FS を行い、事業性評価の精度を高めていきたい。以下に実施内容を列挙する。
ア）改質炭の商品設計の深耕①

実用基礎特性の評価大型装置で製造した A 炭、B 炭の改質炭およびセミコークの大量サンプルを使用し、ベンチプラント等を用いた実用基礎特性の比較評価を実施する。

②

PCI 実用性評価
PCI 実用性能評価装置を用いて、ユーザーの視点から A 炭改質炭の PCI 実用特性（瞬時の燃焼性および反応特性、灰の挙動、コークス置換率、分配搬送性等）を評価する。
また、標準 PCI 炭を選定し、改質炭との比較・評価を行う。

③

ブリケット製造試験・機器設計
平成 28 年度に LPP 装置で製造した A 炭および B 炭のオイリーコール 2 種（計 200kg）を使用し、実機スケールのブリケット製造装置で製造試験を実施する（添加剤の添加量低減、現地入手できる安価な添加剤キャッサバスターチの添加試験、最適製造条件の検討）。また、この結果より実機の機器設計・選定を行う。

イ）合成油の商品設計の深耕①

水素化精製条件の確立
主に、平成 28 年度に製造した A 炭および B 炭の合成油を用いて、水素化クラッキン
グによる軽油製造条件を確立し、本製造条件により製造する軽油を用いて、実用性能試験を実施する。

②

炭種依存性纏め上記合成油等を用い、1 次水素化の難易度および 2 次水素化での軽油得率に関する炭種の影響を纏める。

③

合成油の新規用途検討
A 炭または B 炭の合成油をバイオマスや廃プラスチックと反応改質し、バインダーピ
ッチや等方性炭素材としての利用可能性を検討する。

ウ）エンジニアリング検討の深耕①

改質プロセスの精査
スケールアップ手法、設備コストの考え方、費用の最適化の情報とり纏めを行う。

②

最適水素化プロセスの選定
高酸素合成油に適用可能プロセスの選定と精査を行う。

③

最適規模 EPC コストの精査
3

経済性が確保できる投資ミニマムの事業規模（150 万 t/年程度）に特化し、積算精度を向上させる。
④

設備費低減策の検討
必要最小限の設備仕様や設備構成および設備のインテグレート策等について検討する。

エ）事業性の 2 次 FS の実施①

インドネシアの政策動向取纏め②

最適炭・最適立地の選定③

最適事業モデルの検討

④

経済性評価

成果の利用や波及などに関する具体的なイメージ
インドネシア褐炭への適用技術の開発及び経済性評価を行い、有望な結果が得られれば、山元と共同で褐炭改質事業の会社設立を企画する。例えば、褐炭から製造される合成油はインド
ネシア国内で精製・販売し、PCI グレードの改質炭は我が国鉄鋼メーカーに向けに輸出し、日尼双方のエネルギーセキュリティーに貢献していく。

4

実施体制
本共同スタディの実施者は独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構（以下 JOGMEC）と出光興産株式会社（以下出光興産）であり、検討項目に応じて専門知識・知見を有する下記
外注先（請負契約）に発注して成果を取り纏める。
PTBA にインドネシアでの事業情報等の提供を外注する。改質プロセスの精査については IERに外注する。改質炭の PCI としての実用性評価を株式会社コベルコ科研（以下コベルコ科研）に外注する。合成油のピッチ化検討を株式会社 KRI（以下 KRI）に外注する。ブリケットの連続成型試験は新東工業株式会社（以下新東工業）に外注する。
合成油および改質炭の商品設計はそれぞれ出光興産株式会社先進技術研究所（以下出光先進技術研究所）と出光興産株式会社石炭・環境研究所（以下出光石炭・環境研究所）に、生成油
改質プロセスの検討を含めたトータルの最適プロセス検討および 2 次 FS を出光興産株式会社
生産技術センター（以下出光生産技術センター）に社内外注する。プロセス建設コストの積算やエンジニアリング資料作成を出光エンジニアリング株式会社（以下出光エンジニアリング）に外注する。
これらを取り纏めた事業性評価を出光石炭・環境研究所が実施するとともに、最終的な取り
纏めを JOGMEC および出光興産が実施する。図 1-2 に本共同スタディの実施体制図を示す。
実施者（共同取組）

JOGMEC＋

出光興産株式会社
外注

2.合成油の商品
設計の深耕

3.エンジニアリング
検討の深耕

4.事業性の 2 次 FS の実施

1-1 改質炭実用基礎
特性評価

2-1 燃料用途の検討

3-1 改質プロセスの精査

4-1 インドネシアの政策動向取纏め（石炭事業、石炭価格政策）

出光石炭・環境研究所

出光先進技術研究所

出光ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ/IER

1-2PCI 実用性評価

2-3 新規用途検討

コベルコ科研KRI

1.改質炭の商品設計の深耕

3-2 最適水素化ﾌﾟﾛｾｽの選定
3-3 最適規模 EPC ｺｽﾄの精査
3-4 設備費低減策の検討
出光ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ

1-3 ﾌﾞﾘｹｯﾄ製造試験・機器設計
新東工業

図 1-2

本共同スタディの実施体制

5PTBA
4-2 最適炭の選定
4-3 最適立地の選定
4-4 最適事業モデルの検討
出光生産技術ｾﾝﾀｰ
出光石炭・環境研究所

山元情報 検討対象鉱区情報
支援対象鉱種：石炭① PTBA の褐炭
C炭：南スマトラ Tanjung Enim地区② PT.B1の褐炭
A 炭：南カリマンタン Banjarmasin 近郊
B 炭：東カリマンタン Samarinda 近郊
実施場所
C 炭鉱山は南スマトラ Palembang から西南 200km の Tanjung Enim 地区に位置する開発計画
中の未稼働鉱山である。
A 炭鉱山は南カリマンタン州都 Banjarmasin から約 100km 北西の Tatakan 地区に位置し、1999
年から稼働中である。
B 炭鉱山は東カリマンタン州都 Samarinda から南西約 25km の Loa Janan 地区に位置し、2011年度から稼働中である。
平成 29 年度は、新たな石炭での試験は行わず、主に平成 28 年度に製造した A 炭および B 炭の大量サンプル等を用いて、必要な試験研究および商品設計等を実施する。

Samarinda

B 炭鉱
Balikpapan
SR
Pertamina
Plaju/Musi 製油所

Pertamina
Balikpapan 製油所

A 炭鉱

Palembang

Banjarmasin

C 炭鉱
Tarahan
Jakarta

石炭鉱山

図 2-1
1

本共同スタディで用いた石炭鉱山

出光興産㈱が権益 3%保有

6

海外パートナー会社情報Ⅰ（PTBA）
権利・権益の関係
鉱業権等の種類、取得時期、所有者、現地鉱業法規上の制約等
PTBA の有する保有鉱山を表 2-1 に示す。
表 2-1

PTBA の保有鉱山

石炭鉱区

地域

鉱業権

取得時期

エリア ha状況

Muara Tiga

Tanjung Enimu

IUP

2010.43,300

操業

Air Laya〃〃2010.107,621〃West Banko〃〃2010.4

4,500

〃

C 炭鉱

〃

〃

〃

4,500

開発計画中

〃

〃

〃

〃

2,423

開発計画中

Subam Jeriji

〃

〃

〃

22,937

開発計画中

OｍbilinWest Sumatra

〃

---

2,950

操業

Peranap

Riau

〃

---

18,230

開発計画中

IPC

East Kalimantan

〃

---

3,238

操業

海外パートナー（現地鉱業権者等）の概要
表 2-2 にパートナー会社の概要を示す。
表 2-2
企業の名称
国

籍

資本金

パートナー会社の概要

PT. Bukit Asam Tbk*
インドネシアUSD 9.7 million ( 1USD＝11,865 IDR at 2017/3/31)
Indonesia Asahan Aluminium (Persero), PT 65.02%

所有権インドネシア国内投資家 13.21%
海外投資家 21.77%

主な事業内容業

績

石炭開発・販売事業、鉄道輸送、港湾、発電事業、ガス事業
2016 年実績：石炭販売量 2,080 万 t、総売上 USD1,213million
純利益 USD170million*2017 年 11 月 PT.Bukit Aasm (Persero),Tbk から現社名に変更

生産実績
表 2-3 に C 炭鉱の生産計画を示す。
表 2-3

C 炭鉱の生産計画

年度 (FY)Year 1

Year 2

Year 3*生産量 (万 t)

250

400

500

* 生産計画検討中につき確定ではない。

7

表 2-4 に PTBA 全石炭の生産実績を示す。
表 2-4

PTBA の全石炭の生産実績

年度 (FY)

2014

2015

2016

生産量 (万 t)

1,640

1,930

1,960

原炭又は精炭の我が国（本邦法人等）への供給実績
表 2-5 に PTBA 炭の日本への輸出実績を示す。
表 2-5

PTBA 炭の日本への輸出実績

年度 (FY)

2014

2015

2016

輸出量 (万 t)

150

150

120

8

海外パートナー会社情報Ⅱ（PT.B）
権利・権益の関係
鉱業権等の種類、取得時期、所有者、現地鉱業法規上の制約等
表 2-6 に PT.B の保有鉱山を示す。
表 2-6
鉱山名

地域

A 炭鉱山
B 炭鉱山

南カリマンタンTatakan

PT.B の保有鉱山
鉱業権

取得時期

エリア ha操業

PKP2B

1994.822,433

1999~

IUP

2010.4

2,459

2011~

東カリマンタンLoa Janan

PT.B の概要
表 2-7 に PT.B の概要を示す。
表 2-7
企業の名称
国

籍

資本金
所有権
主な事業内容業

績PT.B の概要

PT.B
インドネシア76,899,902 USD (2016 年 12 月 31 日)
A.T.Suharya（PT.Baramulti Sugih Sentosa Group 社長）

64.74%

Khopoli Investment Ltd.（インド Tata Power 関連会社）

26.0%

一般投資家（含む出光興産㈱3%）9.26%

石炭生産・販売
2016 年実績：石炭生産量 796 万 t、石炭販売量 826 万 t
売上高 USD242million、営業利益 USD37million

生産実績
表 2-8 に A 炭の生産実績を、表 2-9 に B 炭の生産実績示す。
表 2-8

A 炭の生産実績

年度 (FY)

2014

2015

2016

生産量 (万 t)

470

673

649

表 2-9

B 炭の生産実績

年度 (FY)

2014

2015

2016

生産量 (万 t)

15

102

146

9

原炭又は精炭の我が国（本邦法人等）への供給実績
表 2-10 に A 炭および B 炭の日本への輸出実績を示す。
表 2-10

A 炭および B 炭の日本への輸出実績

年度 (FY)

2014

2015

2016

輸出量 (万 t)

0

0

0.6

10

検討対象とする褐炭改質プロセスの概要
Cat-HTR プロセス
図 4-1 に豪州 IER が開発したコプロダクション型プロセス（ガス体、液体、固体を製造）である Cat-HTR プロセスの概要を示す。このプロセスは現在開発中の亜臨界熱水触媒反応技術であり、マイルドな液化に近い先進的な技術である。Cat-HTR はコプロダクション型プロセスの中では、液体プロダクトの収率が最も高い事が特長である。
本技術はガス化や液化に比べ小規模投資でよく、褐炭から PCI 炭（高炉吹込用 Pulverized Coal
Injection 炭）と燃料油が製造出来る為、優れた経済性が期待できる。この技術をベースにインドネシア褐炭への適用技術を開発する。
本共同スタディにおいては、このプロセスから生成される固体プロダクトを「改質炭」とし、液体プロダクトを「合成油」と呼ぶ。（2015 年度、2016 年度に比較プロセスとした熱分解プロセスからの固体を「セミコーク」、液体プロダクトを「タール油」として区別した。）

対象プロセス

Cat-HTR（豪州 IER）
16%
ガスは全量プロセス加熱
ガス

触媒
褐炭水スラリー
褐炭
水

水熱処理
350℃
240 気圧16～25%
分離

液収率高
合成油

60%
改質炭

図 3-1

燃料油
化学原料
PCI 用

検討する褐炭改質プロセス

本プロセスは、褐炭改質に以外に、バイオマスや廃プラスチックの液化にも適用でき、カナダや英国でデモンストレーションステージを迎えており、下記に紹介する。
① バイオマスプロジェクト
カナダのパルプ大手 Canfo 社と共同で開発中であり、パルプ工場の黒液、廃バイオマスを利用した船舶用燃料相当の燃料油をバイオマス燃料として発電に使う。
カナダのブリティッシュコロンビア州のプリンスジョージにて実証プラントを建設中であり、2019 年に運開予定。
② 廃プラスチックプロジェクト
欧州企業（英 Armstrong 社）と開発中の廃プラスチック液化プロジェクトはパイロットプラ
ントを改良して運転中。また、 豪州の補助金により豪州内でも 4 つのプロジェクトが進行中。

11

IER Cat-HTR パイロットプラントの運転経歴
試験装置
IER は豪州シドニーの北 80km の Somersby 工業団地地区に、SPP（Small Pilot Plant : 0.8t/日乾燥炭）および LPP（Large Pilot Plant ; 8t/日-乾燥炭）の 2 基のベンチプラントを有している。
少量サンプルや条件探索基礎試験には SPP を用いる。LPP 試験では、SPP 試験の結果を反映
して、適切な反応条件で多量のサンプルを製造（改質炭 200kg 以上、合成油 20L 以上）するとともに、運転性、熱収支、物質収支等のプラントパフォーマンスの把握を行う。SPP および LPPのプロセスの概略フローを図 3-2 および図 3-3 に示す。
SPP 反応塔には内径 2 インチのリアクタが 4 列挿入されており、LPP 反応塔は内径 12 インチのリアクタが 3 基直列に繋がっている。反応塔の高さはいずれも約 10m である。

出典：IER 資料
図 3-2

SPP プロセス概略フロー図12

図 3-3

LPP プロセスの概略フロー図

今までの運転経歴
本プロセスは、元々バイオマス用に開発された経緯から、バイオマス試料での運転研究が多く、次いで褐炭、最近では廃プラスチックでの研究も行われている。SPP では 1 割強、LPP
では 3 割弱が褐炭を用いた試験である。

13

改質炭の商品設計の深耕
原炭および改質炭般性状
原炭の性状
試験炭の A 炭、B 炭、C 炭とその改質炭の一般性状を表 4-1 に示す。
表 4-1

A炭

項目

全水分
発熱量
HGI
Moisture
Ash
V.M.
F.C.
燃料比
全硫黄
C
H
元
N
素
S
分
O
析
工
業
分
析

灰
融
点

灰
組
成

IDT
HT
FT
SiO2
Al2 O3TiO2
Fe2 O3
CaO
MgO
Na2 O
K2 O
P2 O5
MnO
V2 O5
SO3
Total

塩素
フッ素

試験炭の一般性状

wt%（AR）
kcal/kg（GAD）
kcal/kg（GAR）
kcal/kg（GDAF）
wt%（AD）
wt%（DB）

wt%（DAF）

H/C
O/C℃（酸化雰囲気）wt%

PPM (DB)PPM (DB)

原炭
33.4
5,780
4,104
6,698
53
6.2
7.5
43.5
42.8
0.98
0.12
70.41
5.10
1.27
0.00
23.22
0.87
0.25
1,360
1,400
1,435
44.03
27.49
1.13
11.63
7.37
1.89
0.15
1.46
0.06
0.19
0.33
3.76
99.49
29
39

B炭
改質炭
3.5
6,970
6,999
7,770
3.9
6.4
19.4
70.3
3.62
0.11
85.63
2.83
1.60
0.00
9.94
0.40
0.09
1,230
1,240
1,355
32.65
12.14
0.72
26.96
16.71
4.06
0.09
0.64
0.03
0.40
0.02
3.97
98.39
15
6

原炭
41.8
5,570
3,543
6,454
47
8.5
5.2
42.9
43.4
1.01
0.21
68.26
4.69
1.59
0.00
25.46
0.82
0.28
1,220
1,235
1,410
24.30
7.64
0.22
29.84
12.71
9.64
0.18
0.61
0.00
0.65
2.16
10.56
98.51
39
26

C炭
改質炭
1.8
7,090
7,193
7,800
3.2
5.9
20.3
70.6
3.48
0.17
84.96
2.99
2.20
0.00
9.85
0.42
0.09
1,435
>1,500>1,500
12.11
6.02
0.14
39.68
15.77
14.67
0.18
0.32
0.01
0.91
0.01
8.38
98.20
22
15

原炭
36.1
6,360
4,360
6,898
59
6.8
1.0
42.7
49.5
1.16
0.51
71.93
4.81
1.49
0.51
21.26
0.80
0.22
>1,500>1,500>1,500
35.18
41.09
1.01
14.73
3.40
0.57
0.40
0.69
0.13
0.08
1.28
1.38
99.94
35
6

AR；到着ベース，AD；気乾ベース，DB；無水ベース，DAF；無水無灰ベース
NAR；真発熱量（到着ベース），GAR；総発熱量（到着ベース）
GAD；総発熱量（気乾ベース），GDAF；総発熱量（無水無灰ベース）
14

改質炭
1.7
7,350
7,490
7,869
35
3.4
3.2
18.2
75.3
4.14
0.37
85.42
2.99
1.90
0.36
9.33
0.42
0.08
1,450
1,500
>1,500
57.78
26.74
0.43
9.73
1.78
0.71
0.32
0.09
0.05
0.10
0.02
1.24
98.99
-

A 炭および B 炭は、C 炭と比較すると、両炭ともに燃料比が低く、O/C が高い事から、C 炭より石炭化度が低い石炭である。
また、両炭とも全硫黄が約 0.1%～0.2%である事は優位点であるが、灰含有量が多く（プロダ
クトの発熱量低下）、灰の融点が低い（燃焼時の灰付着）点は不利となる可能性がある。

9,000

発熱量（kcal/kg）

8,000

無水無灰ベース（GDAF）の発熱量
A炭
B炭
C炭

7,000
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0

原炭
図 4-1

改質炭

原炭および改質炭の無水無灰ベースの発熱量

図 4-1 に無水無灰ベースの発熱量を示す。発熱量に寄与しない灰含有量が石炭によって異なる為、A 炭や B 炭より灰含有量の少ない C 炭が気乾ベースの発熱量は高く、灰が濃縮される
改質炭の発熱量についても優位であるが、無水無灰ベースでは改質炭の発熱量に炭種間（石炭化度）に有意差は見られない。

15

改質炭の実用性基礎特性評価
自然発熱性評価

図 4-2

自然発熱性試験装置（SIT）と手順

自然発熱性試験は㈱島津製作所 SIT-2 装置（Spontaneous Ignition Tester-2）を用いた。外観および構造と測定手順を図 4-2 に示す。本法では、110℃から 180℃に至るまでの時間が短いほど自然発熱がしやすい石炭と評価される。
図 4-3 に自然発熱性の測定結果を示す。A 炭、B 炭は自然発熱し易いランクである。改質されると自然発熱性は多少改善されるものの、両炭からの改質炭およびセミコークは自然発熱性に注意を要する。一方、C 炭改質炭および C 炭セミコーク（VM3%）は自然発熱性の危険
性は原炭に比べ小さくなっている。
自然発熱防止の観点からも、A 炭および B 炭の改質炭については、ブリケット化による塊成化が必要と思われる。

16

A炭
改質炭A
ｾﾐｺｰｸA（VM20%）
豪瀝青炭（NL）

B炭
改質炭B
ｾﾐｺｰｸB（VM20%）
亜瀝青炭（AD)C炭
改質炭C
ｾﾐｺ-ｸC（VM3%）

200
190
180

温度（ ℃）

170
160
150
140
130
120
110
100
0

20

40

60
80
経過時間（分）

100

120

ランク

E

D

C

B

A

T180

<50

50～70

70～85

85～115>115

評価

短期間で発熱

危険性有り

要注意

普通

発熱し難い

図 4-3

原炭、改質炭等の自然発熱性の評価

17燃焼基礎特性（TGA によるバーニングプロファイル）
熱重量分析計（Thermo-gravimetric Analysis、以下 TGA）は、少量試料を電気ヒータで加熱し、重量減少変化のパターン（バーニングプロファイル）を測定し、石炭の燃焼基礎特性（着火温度、燃え切り温度）の定性評価が簡便にできる.。図 4-4 に熱重量分析計（TGA）を示す。

試験条件
昇温速度

15℃/min

資料重量

10mg

雰囲気

50mL/min 空

気

図 4-4

熱重量分析計（TGA）

石炭、改質炭およびセミコーク等のバーニングプロファイルを図 4-5 に示す。A 炭、B 炭はC 炭より、着火性、燃え切り性が優れていた。
これらの石炭から製造されたそれぞれの改質炭 A、セミコーク A および改質炭 B。セミコ
ーク B、改質炭 C は亜瀝青炭（AD）と同等並み以上の燃え切り性を示したが、セミコ－ク C（VM3%）のみは豪瀝青炭（NL）よりも）燃え切り性が劣っていた。

18

石炭および改質炭のバーニングプロファイル
110
A炭

100

改質炭A
セミコークA（VM20%）

90

B炭
改質炭B

重量（％）

80

セミコークB（VM20%）

70

C炭

60

改質炭C

50

亜瀝青炭AD

セミコークC（VM3%）
豪瀝青炭NL

40

30
20
10
0
0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000

温度（℃）

図 4-5

石炭、改質炭およびセミコーク等のバーニングプロファイル

19

竪型管状炉（DTF）によるチャーの燃え切り特性
図 4-6 に竪型管状炉（以下 DTF）を示す。DTF は微粉炭燃焼場での燃焼速度基礎特性を把握する目的で、出来る限り粒子間の相互作用を排除すべく少量の供給量（5g/hr）を実現させ、理想的な温度、空気雰囲気の下に、試料固有の燃焼速度パラメーター（活性化エネルギー、頻度因子）を算定する為の装置である。

図 4-6

竪型管状炉（DTF）装置

DTF は電気加熱式であり、最高 1,500℃までの温度調節を上下 2 分割で行うことが可能である。炉体の高さは 1,300mm であるが、有効長（シリコニット加熱部の長さ）は 1,150mm である。電気炉の中には、内径 42mm の SiC 製炉心管が鉛直に設置されており、炉心管をある一定温度に保った状態で石炭を燃焼する。湿式分級で粒径を調整した石炭は、最大 5g/hr で、常温、1.5NL/min の搬送空気と伴に、内径 10mm の水冷バ－ナを通して、炉心管内に投入される。
一方、700℃に予熱した燃焼空気は、10.5NL/min で、ハニカムで整流した後に炉心管と水冷
バ－ナの間を通して炉内に導入される。燃焼途中の石炭粒子は、炉下部から挿入された内径10mm の可動式水冷サンプリングプローブで吸引捕集される。
20

石炭粒子の反応時間は、サンプリングプローブを上下させバ－ナとの距離を変えることで調節した。本実験では、揮発分の放出後の P5 から P9 の 5 ポイントで粒子をサンプリング
し、主にチャー燃焼領域（比較的燃焼後期）の未燃炭素率変化を計測した。それぞれの位置で捕集された未燃チャーは工業分析および元素分析を行い、未燃炭素率はアッシュバランス
法を用いて計算で求めた。本実験では、基本的にこの 5 ポイントのサンプリングを 1 セットの測定として、温度条件（800～1,400℃の内 3 条件を選定）、酸素濃度条件 7%、および初期粒
径条件 62μm（湿式篩調製粒度 200#~300#）の未燃炭素率変化を詳細に測定した。
① 燃焼プロファイル
改質炭 A、改質炭 B および改質炭 C の燃焼プロファイルを図 4-7～図 4-9 に示す。

100.00

未燃率(%)

10.00
1.00
0.10
0.01
0.00
0.0

0.5

1.0

滞留時間（sec）
900℃ 1000℃ 1100℃
図 4-7

改質炭 A の燃焼プロファイル

21

1.5

100.00

未燃率(%)

10.00
1.00
0.10
0.01
0.00
0.0

0.5

1.0

滞留時間（sec）
900℃
図 4-8

1000℃

1100℃

改質炭 B の燃焼プロファイル

22

1.5

100.00

未燃率（%）

10.00

1.00

0.10

0.01

0.00
0.0

0.5

1.0

1.5

滞留時間（sec）
1,000℃
図 4-9

1,100℃

1,200℃

改質炭 C の燃焼プロファイル

燃焼速度パラメータの算出
チャー燃焼速度を定量化する為に、各温度における未燃率の傾きと温度から、アレニウス型のプロットを行い、燃焼速度定数を算出し、パラメータ（活性化エネルギー；傾き、頻度因子；縦軸切片）を比較できる。両パラメータは、厳密には試料毎に異なる固有値であるが、本法では活性化エネルギーを一定（瀝青炭の平均値＝57,100J/mol）として、頻度因子の大小によってチャーの燃焼速度の比較を行うものとする。

23

1.000

頻度因子Ac 活性化ｴﾈﾙｷﾞｰEc
2
kg/m /sec
J/mol

試料
B炭
A炭

9.39
9.19

57,100改質炭A（2017年）

8.06

57,100改質炭B（2017年）

8.00

57,100

セミコークBVM 21%

8.00

57,100

セミコークAC炭VM 21%

7.84
7.80

57,10057,100

6.91

57,1005.78
5.60

57,10057,100亜瀝青炭AD

燃焼速度定数（kg/m2/sec）

セミコークA
改質炭C

VM 5%

豪州瀝青炭NL

57,1004.10

57,100

セミコークC

VM 3%

3.68

57,100

セミコークB

VM 5%

3.53

57,100567
温度関数 1/Tp（104/K）

8

0.100

A炭
B炭
C炭
改質炭A（2017）
改質炭B（2017）
改質炭C
セミコークA VM5%
セミコークA VM21%
セミコークB VM5%
セミコークB VM21%
セミコ－クC VM3%
亜瀝青炭AD豪瀝青炭NL0.010
4
図 4-10改質炭等の燃焼速度のアレニウスプロット

燃焼速度定数を図 4-10 に示す。算定された燃焼速度定数（頻度因子）については石炭の序列
は B 炭≒A 炭＞C 炭であり、改質炭の序列も同様に改質炭 B≒改質炭 A＞改質炭 C と、原炭の燃焼性の序列が保たれている。但し、参考に加えた揮発分が 3～5%セミコークの序列ではセミ
コーク A＞セミコーク C≒セミコーク B となった。

24

ベンチスケ-ル乱流燃焼炉による低 NOx 燃焼性評価

図 4-11

乱流燃焼炉の概要と諸元

図 4-11 に燃焼性評価を行う乱流炉の概要と諸元を示す。
乱流炉の内径はφ30cm、炉長は 2.8m である。この実験炉は、低 NOx 燃焼法として実機で一般的に採用されている二段燃焼法を用いており実機における様々な運転条件に対応できるよ
う二段燃焼空気の吹き込み位置や空気量を自由に変えられる特長を持っている。
強旋回バ－ナを装備することで 6～7kg/h の比較的少量の石炭供給量にも拘わらず、実機並みのバ－ナ負荷と自燃の燃焼火炎を実現し、微粉炭燃焼の低 NOX 燃焼性評価が可能である。
炉長方向に約 15cm 間隔で配置された 17 のサンプリングノズルを用い、燃焼過程のガス温
度、炉内ガス、未燃粒子のサンプリングが可能であり、また灰付着ノズルを挿入すれば灰の付着性評価も可能である。近年は、炉内脱硫の為のカルシウム吹き込みやバイオマスの炉内混焼に使用するなど、燃焼に関する多目的な評価が可能である。
① 温度測定二段燃焼を行わない条件（全旋回条件）にて温度測定孔からハイアルミナ保護管を被せた
白金-白金ロジウム熱電対にて炉内中心部の温度を測定した。

25

② 排ガス測定
排ガスを煙道入口のガスサンプリング孔から、保温サンプリングラインにより連続分析計に導入して NOx、SO2、CO2、CO、O2 の濃度を連続測定した。
③ 未燃分の分析
各条件にて、ボトムおよびサイクロンにて採取したボトムアッシュおよびフライアッシュ
合計の灰中未燃分からアッシュトレーサー法にて未燃炭素率を算出した。
図 4-12 には二段燃焼しない条件（全旋回）での炉内中心部の温度分布を示した。A 炭およびB 炭はバ－ナから 90cm 付近で最大値 1,330℃程度に達し、炉尻では 1,000℃前後となる通常の
温度パターンである。これは、C 炭の炉内温度の最大値 1,380℃より低い温度となった。
同様に改質炭 A および改質炭 B も改質炭 C の最高火炎温度より低かった。
この程度の温度の違いに有意差はないが、入熱カロリー等価で石炭供給量を調整しても、着火性が良い石炭は、一般に火炎が広がり、中心部の温度が低い傾向にある為、上記の結果になったと考える。

図 4-12

炉内温度測定結果

図 4-13 に低 NOX 燃焼性の評価を示す。二段燃焼各条件による NOx 濃度と未燃炭素率の関係を表したものである。
低 NOX 燃焼性においては A 炭、B 炭、C 炭は非常に良い燃焼性を示し、それらの改質炭 A、
改質炭 B、改質炭 C もインドネシア亜瀝青炭と同等であった。またそれらのセミコ－ク A、セ26

ミコーク B は揮発分が 5%であっても豪州瀝青炭より燃焼性が良いが、セミコーク C（VM3%）
のみは豪州瀝青炭より燃焼性が悪く、TGA の試験結果と整合性がある。

図 4-13低 NOx 燃焼性評価27

改質炭の PCI としての実用性評価
PCI 炭の役割
PCI とは製鉄用高炉の下部から熱風と共に微粉炭を吹き込む事をいい、これに使用する石炭が PCI 炭である。以前は熱風のみを吹き込み、下部にあるコークスを一部燃焼させ鉄鉱石を溶かす熱源としていた。しかし、原料炭から製造したコークスを熱源にするのは経済的ではない
ので、熱源として重油や天然ガスを吹き込んていたが、最もコストメリットがある微粉炭を吹き込む PCI 技術が定着してきている。
PCI の役割は、①コークスに替わって熱源となり②コークスに先立ち炉下部の CO2 と反応することであり、コークスの損耗を防ぎ、鉄鉱石の還元を効率良く行うことで、高炉全体の経済性を高める事にある。PCI 炭の燃え切り性が悪い場合には、多量の未燃チャーが発生し、高炉内の通気性や熱バランスに影響を与えるとされる。
実用性評価の意義と目的
Cat-HTR による褐炭改質炭は、高カロリー（~7,000kcal/kg）、低揮発分（～20%）にも拘わらず、前節で述べた出光石炭・環境研の DTF や乱流炉の燃焼試験結果では、インドネシア亜瀝青
炭並みの優れた低 NOｘ、低未燃分の燃焼性を有し、低揮発分 PCI 炭として有望であると思われる。
今般、PCI 炭に対する充分な知見を持ち、自社評価設備を有するコベルコ科研を選定し、PCI
ユーザー目線から、PCI 炭として具備すべき種々の実用特性の評価を同社に外注した。
PCI 炭はコークス化することなく、直接高炉に吹き込むことにより、経済的なメリットがあるが、高温高圧大型高炉への①微粉炭の大量安定搬送性、多数羽口への均等分配性、②羽口レースウェイ内での燃焼適合性が求められる。また、レースウェイで発生する未燃チャーは、③カーボンソリューションロス反応（CO2＋C＝2CO）により、炉内コークスの損耗を防ぐ役割もあり、その反応性が重要視される。さらに、近年では微粉炭燃焼時に石炭灰から④生成するガ
ス状 SiO(g)による溶銑中のシリカ濃度の上昇や炉芯表層部で堆積する未燃チャーからの⑤灰分の滓化や滴下性や⑥バーナー近傍の灰付着性も評価項目となっている。
上記評価項目に関して、高炉で実使用されている PCI 標準炭 B 炭2と改質炭 A の挙動を比較検討する事により、改質炭の高炉 PCI 炭としての実用性評価を行うことを目的とする。

2

PCI 標準炭 B 炭：国内製鉄所にて実際に使用されている低揮発分 PCI 炭

28

実用性評価の概要① 安定搬送性の評価
テーブルフィーダーで定量切出し、内径 10A パイプ中での気流搬送性を評価② 燃焼性評価
横型燃焼炉：Multi-Purpose Reactor （以下 MRP）にて燃焼性を評価③ カーボンソリューションロス反応性評価・熱天秤（CO2 雰囲気）によるチャーのガス化性
評価④ 燃焼時の SiO(g)揮発化評価
高温竪型電気炉で加熱チャーからの SiO(g)放出挙動を評価⑤ 灰分の滓化・滴下性の評価
灰組成、灰融点測定および高温レーザー顕微鏡観察による評価⑥ 灰付着性
MRP の炉内熱電対セラミック保護管への灰付着状況より評価⑦ その他の分析評価
工業分析、元素分析、電顕観察、粒度分析等
試料の一般性状、粒径分布、電顕観察比較炭としては、改質炭 A と性状（揮発分、燃料比、発熱量、灰分量）が類似であり、低揮発分 PCI 炭として実使用されている標準炭の B 炭を選定した。両試料の一般性状を表 4-2 に示す。
一方、灰組成や灰融点では異なっており、標準炭 B 炭では SiO2 が多く灰融点が高いのに比べ、改質炭 A では Fe2O3 が多く、還元雰囲気の灰の溶流点は標準炭 B 炭に比べを 200℃程度低い 1,270℃であった。
粒径分布を図 4-14 に示す。標準炭 B 炭は平均粒径が約 80μm で広範囲な粒径分布を持つのに比べ、改質炭 A は平均粒径が約 30μm で非常にシャープな粒径分布を持つことが解った。
電顕観察写真を図 4-15 および図 4-16 に示す。両者には粒径の大小の他にはあまり特徴的な差はみられないが、標準炭 B 炭では、粒子表面の凹凸や角ばった粒子がやや多いような印象を
うける。

29

表 4-2改質炭と PCI 標準炭の性状

改質炭 A
標準炭 B 炭3.5
9.0
全水分
wt% （AR)
6,970
7,640
kca/kg （GAD)
発熱量
6,999
7,569
kca/kg （GAR)
HGI
－
－
～70
3.9
4.59
固有水分
6.4
8.44
灰分
wt% （AD)
19.4
18.88
揮発分
70.3
68.09
固定炭素
3.62
3.61
燃料比
‐
0.11
--全硫黄
wt%
（DB)
85.63
80.71
炭素
2.83
4.14
水素
wt% （DAF)
1.60
2.18
窒素
0.00
0.28
硫黄
9.94
3.59
酸素
1,230
1,098
軟化点
℃，酸化
1,240
1,478
融点
1,355
1,513
溶流点
1,080
1,051
軟化点
℃，還元
1,090
1,401
融点
（CO/CO2=60/40）
1,270
1,478
溶流点
SiO2
32.65
51.91
Al2O3
12.14
27.64
TiO2
0.72
1.06
Fe2O3
26.96
5.68
CaO
16.71
4.62
MgO
4.06
1.87
wt%
Na2O
0.09
0.98
K2O
0.64
1.68
P2O3
0.03
1.10
MnO
0.40
0.09
V2O5
0.02
--SO3
3.97
2.79
CaO/SiO2
0.51
0.09
－
15
<0.003塩素
PPM (DB：無水ベー
6--フッ素
PPM (DB：無水ベース)
AR；到着ベース，AD；気乾ベース，DB；無水ベース，DAF；無水無灰ベース
ス)
項目

工
業
分
析

元
素
分
析

灰
融
点

灰
組
成

GAR；総発熱量（到着ベース）,

GAD；総発熱量（気乾ベース）

30

標準炭 B 炭

改質炭 AA

図 4-14試料の粒径分布

31

試料名

×100

×500

×1,000

①
原炭

標準炭B炭

②
≧150

③
106
～150

④
75
～106

⑤
45
～75

⑥
<45

図 4-15

標準炭 B 炭の電顕写真

32×2,000

試料名

×100

×500

×1,000

①
原炭

改質炭A

②
≧150

③
106
～150

④
75
～106

⑤
45
～75

⑥
<45

図 4-16

改質炭 A の電顕写真

33

×2,000搬送性評価① 配送性試験装置
図 4-17 に搬送性評価装置を示す。試料の切り出しを約 800g/min に調整し、6 分間窒素気流
搬送して、水平配管（検出器間距離 2m、内径 12.7mm）中の圧力測定（測定点 P1~P3）および装置内の試料滞留量を回収し（採取点 A～F）、両試料の配送性を比較する。

ホッパー

ホッパー投入量：7,500g
切り出し量：約 800g/min になるよう調整

ユニオン

入側電磁弁
ユニオン

試料搬送時間：6 分
P2

P1

出側電磁弁

P3

500mm 1,000mm 1,000mm 500mm

A（ホッパー除く）

C

B

D

E

F
（サイクロン内） G

図 4-17

搬送試験装置② 試験結果図 4-18 および表 4-3 に標準炭 B 炭搬送時の配管内圧力と圧力損失を、図 4-19 および表 4-4に改質炭 A 搬送時の配管内圧力と圧力損失を示す。
配管内の圧力変動幅および圧力損失の小さい改質炭 A の搬送性は標準炭 B 炭の搬送性より、良い事がわかる。
配管内の圧力損失の要因としては、配管内の粒子ホールドアップによる実流速の上昇および粒子間、粒子と配管壁との相互作用が挙げられるが、従来の研究結果と本結果の比較より、後者の粒子―粒子、粒子―配管壁との相互作用の寄与が大きいと推定できる。
改質炭 A が標準炭 B 炭に比べ、よりシャープな粒径分布をもち、より粒子が丸みを持っていることが、配送性が良好な理由と思われる。

34

標準炭 B 炭 搬送試験圧力損失データ

図 4-18

表 4-3

標準炭 B 炭搬送時の圧力変動

標準炭 B 炭搬送圧力測定結果

圧力（kPa）

圧力損失（kPa/m）

P1

P2

P3

P1-P2

P2-P3

N2

1.212

0.794

0.580

0.418

0.214

標準炭 B 炭

2.048

1.133

0.617

0.915

0.516

0.497

0.302

搬送負荷圧

35

改質炭 A 搬送試験圧力損失データ

図 4-19表 4-4

改質炭 A 搬送時の圧力変動

改質炭 A 搬送圧力測定結果

圧力（kPa/m）

圧力損失（kPa/m）

P1

P2

P3

P1-P2

P2-P3

N2

1.270

1.062

0.770

0.208

0.292

改質炭 A

1.885

1.427

0.802

0.458

0.625

0.250

0.333

搬送負荷圧損36

燃焼性評価① 燃焼性評価装置
図 4-20 に多目的燃焼炉装置（MPR）を示す。1,000℃の熱風（250Nl/min）、CO（20Nl/min）の雰囲気条件で微粉炭供給速度 50g/min で燃焼試験を行った。炉壁の 1~9 の位置に装備された熱電対で炉内温度を測定した。また同位置のサンプリングのぞき窓を使用して二色温度計
より、粒子温度を測定した。熱電対のセラミック保護官へ付着した灰の状況を確認した。ダストキャッチャーでサンプリングされたフライアッシュの形状を観察し、その未燃分量から、燃焼効率を算定した。
燃焼火炎の状況は、炉内除き窓より観察した。

炉内覗き窓→

図 4-20多目的燃焼装置（MPR）

37

② 燃焼性試験結果
図 4-21 に両試料燃焼時の炉内温度分布および粒子温度を示す。改質炭 A のほうが標準炭
B 炭に比べ炉内温度および粒子の温度が高く、かつ切り出し口近傍で両温度とも 1,600℃以上に達しており、改質炭 A の着火性、燃焼反応性はともに優れている。

－改質炭 A--PCI 炭 B--標準炭 B 炭

図 4-21

炉内の温度分布および粒子温度38図 4-22 に燃焼火炎の状況を示す。肉眼で、改質炭 A の火炎輝度が標準炭 B 炭に比べ高い
ことが観察されている。

標準炭 B 炭図 4-22

改質炭 A

試料の燃焼状況39

投入炭量および回収したフライアッシュの未燃分から算定した燃焼率を表 4-5 に示した。
標準炭 B 炭の燃焼率 83.9%に比べ、改質炭の燃焼率は約 3%高い 87.1%であった。
表 4-5
工業分析値

試料

燃焼率の算定

全供給量

回収灰

回収量

燃焼率
可燃分

可燃分

灰分

重量

可燃分

灰分

回収量

可燃分

灰分

可燃分

灰分

（%）

（%）

(gr)

(gr)

(gr)

（gr）

（%）

（%）

(gr)

(gr)

標準炭 B 炭

86.97

8.44

1250

1,087.1

105.5

206.3

84.84

11.02

175.0

22.7

83.9

改質炭 A

90.70

5.38

1250

1,133.8

67.25

164.0

89.49

8.82

146.8

14.5

87.1

バランス
（%）

図 4-23 および図 4-24 に標準炭 B 炭と改質炭 A からの未燃チャーの形態を示す。
瀝青炭クラスの石炭からは、石炭粒子が急速昇温される際に、活性成分であるビトリナ
イト等が溶融し、その粘性の違いにより厚壁や薄壁のバルーン状のチャーが生成される。
これら液相を経たチャーには異方性構造が発現した反応性の劣る炭素となるものもある。
不活性成分であるイナーチナイトからは形骸状やブロック状のチャーが生成される。
一方、褐炭クラスのビトリナイトは溶融せず、繊維状や網目状のチャーが生成され、その反応性の序列は、網目状=分裂状＞薄壁バルーン状＞圧壁バルーン状＝形骸上＞ブロック状となるとの報告がある3。
標準炭 B 炭は高炭化度瀝青炭として、溶融状態を経て膨張した大小のバルーン状のチャーや多孔質のチャーが観察された。
改質炭 A のチャーは標準炭 B 炭のチャーに比べ、粒径が小さいのが大きな特徴であり、標準炭 B 炭からのチャーにみられるバルーン状チャーや網目状チャーもみられるものの、明瞭ではなく、むしろ小さく分裂したチャーが多くみられた。
網目状や分裂状のチャーが多数みられた改質炭 A のチャーの方が、バルーン状チャーが主体の標準炭 B 炭のチャーより反応性が良いと推察できる。

3

文末引用文献一覧（1）参照

40

×200

×400

バルーン状チャーアッシュ （中央部分）

標準炭 B炭多孔質チャー

試料名

図 4-23

標準炭 B 炭からの未燃チャーの形態

41

×400

バルーン状
アッシュ（中央）

改質炭 Ａ

繊維状

×200

図 4-24

改質炭 A からの未燃チャーの形態

42

灰の付着性
図 4-25 に熱電対のセラミック保護管への灰付着状況を示す。標準炭 B 炭ではあまり溶融ス
ラグ化が進んでおらず、付着量も少ない。改質炭 A の場合は、完全に溶融したスラグがセラミック保護管に付着し滴下している様子が解り、改質炭 A の灰付着性が激しい事が解る。これは、改質炭 A の灰の融点が標準炭 B 炭の灰の融点より低い事が要因と考えられるが、図にも併記した様に炉内温度分布の違いも大きな要因と思われる。標準炭 B 炭の場合、一番温度が高いポート 3 でも炉内温度は 1,400℃であったが、改質炭 A の場合はポート 3 からポート 5まで炉内温度が 1,600℃を超えている。改質炭 A 燃焼時の炉内温度分布が 200℃程度高い事により、温度に応じた灰の付着状況を呈していると解釈した方が良いかもしれない。
標準炭 B 炭改質炭 A

標準炭 B 炭図 4-25

灰の付着状況

43

カーボンソリューションロス反応性評価① 試験装置
図 4-26 に使用する示差熱天秤の原理を示す。示唆熱天秤は前掲した熱天秤（図 4-4）に追加した標準試料と試料の温度を測定し、重量変化と温度変化を同時に測定する装置であり、例えば重量減少に伴う反応が発熱反応か吸熱反応かのあたりを付けることができる。
本試験では、CO2 雰囲気下で 1,000℃まで昇温し、いわゆる CO2 ガス化反応に伴う重量減少
挙動から同反応を推定する。昇温速度は 10℃/min で行った。

図 4-26示唆熱天秤の原理図② 試験結果図 4-27 に示差熱天秤による CO2 ガス化反応性の評価を示す。両試料とも 400℃付近からの揮発分の放出に伴うとみられる緩やかな重量減少が始まるが、改質炭 A の場合のみ、860℃
以上でもう一段階急激な重量減少が起こる事が解った。示差熱曲線の負の傾きが強く、吸熱反応が進行しており、C+CO2=2CO が吸熱反応である事と一致している。これがカーボンソ
リューションロス反応性の違いによるものと推察する。
すなわち、改質炭 A の方が、粒径が小さくかつ、反応性に富むチャーが生成された為、CO2との反応性に優るものと思われる。

44

図 4-27

示差熱天秤による CO2 ガス化反応性の評価

45

SiO（g）発生性① 試験装置
試料は事前に 900℃で 30 分窒素気流化にて乾留したチャーを用い、電気炉に挿入し、1,500℃
および 1,600℃、CO2 雰囲気下で保持時間を 1~3hr として、各条件での重量減少の測定と取り出した試料の灰組成から SiO2 の活量を算定して評価するものである。
電気炉はスーパーカンタル発熱体による加熱炉を用いた。
② 試験結果図 4-28 に各条件による SiO2 の活量の変化を示す。
標準炭 B 炭は SiO2 の活量の値が改質炭 A より高く、かつ 1,500℃と 1,600℃の活量の減少幅も標準炭 B 炭が改質炭 A より大きい為、SiO(g)の発生性は標準炭 B 炭が大きく、溶銑中のシリカ濃度増加に悪影響を与える。

標準炭 B 炭

活量の絶対値

活量の変化幅

改質炭Ａ
活量の絶対値
活量の変化幅時間

図 4-28

ガス化反応に伴う灰の SiO2 活量の変化

滓化・滴下性評価
試験にはレーザー加熱式顕微鏡を用いた。灰を試料容器に入れレーザー加熱しながら、溶融状態の観察が可能である。

46

図 4-29 にレーザー加熱式顕微鏡観察結果を示す。改質炭 A の方がより低温で溶融化が進行し、滓化・滴下性は標準炭 B 炭に比べ良好であると思われる。

標準炭 B 炭改質炭Ａ

図 4-29レーザー加熱式顕微鏡観察結果

47

PCI としての実用性評価纏め① 大量安定搬送性：
標準炭 B 炭と比較し、改質炭 A は、搬送性は良好と判断され、分配性についても良好と推定する。
② 羽口レースウェイ内での燃焼性：
標準炭 B 炭と比較し、改質炭 A は、燃焼性は良好と判断する。
③ カーボンソリューションロス反応性：
標準炭 B 炭と比較し、改質炭Ａは、カーボンソリューションロス反応性は高く、炉内消費に関して優位と判断する。
④ 微粉炭燃焼時の SiO(g)の発生性：
標準炭 B 炭と比較して、改質炭 A は、灰分中の SiO2 の活量が低く、微粉炭燃焼時のSiO(g)の発生は少ないと判断する。
⑤ その灰分の滓化・同化、および、滴下性：
標準炭 B 炭と比較して、改質炭 A は、灰分の塩基度が高く、滓化・同化、および、滴下性が良好であると推定される。
一方で、その結果、灰分のバーナー近傍への付着の制御が技術課題となる。

48

実機規模での連続ブリケット製造試験
改質炭は微粉の為、海上輸送や貯炭の為には、ブリケット化してハンドリング性を改善する必要がある。今年度は、調達した多量のオイリーコールを用いて、引き続き新東工業に委託し、ベンチプラントを用いた製造試験を行った。
昨年度までの結果では、改質炭は平均粒径が 30μm と大変細かく、嵩比重が小さく、且つ多孔質である為、調湿や添加剤ではスプリングバック現象を抑える事が出来ず、ブリケットが製造できなかった。しかし、油分分離する前のオイリーコールからは、高価（150 円/kg）
であるが添加剤 CMC（Carboxyl Methyl Cellulose Sodium Salt）を用いれば、ブリケット製造が可能な見通しがついた。
今年度は、ブリケット製造コスト低減の為に、地場のインドネシアで手軽に調達でき、かつ安価（30 円/kg）なキャッサバスターチ（以下キャッサバ）の添加剤としての効果の確認とさらなる添加剤低減法を検討する。

製造装置の概要
試験で用いた装置を図 5-1～図 5-3 に示す。タブレット成形機は少量サンプルでの基礎試験に用いた。小型および大型のブリケット連続成型機でブリケットを製造した。

図 5-1

タブレット成型機

図 5-2

図 5-3

小型連続成型機

49

大型連続成型機

ブリケット製造機の諸元を表 5-1 に示す。実機での製造を想定し、大型機でのブリケット製
造能力 800～1,600kg/h の条件で試験を行った。
表 5-1

ブリケット製造試験機の諸元

混練機

小型機

大型機

卓上混練機

MSG05

混練方式

バッチ式

混練容量

L

ブリケット製造機

3.0

90

BGS-ⅢNBMSⅡHD

ロール径

mm

115

520

ポケット列数

列

1 列

4 列

ポケットサイズmm

28×18×4

36.6×34.7×9.1

ブリケット体積

CC

~3

~15

原料供給方式

スクリュー方式

強度試験の方法
図 5-4 に示す落下試験は JIS 法に準拠しブリケット 30 個を 2m の高さから鋼板上に 1~3 回落下させ、9.2mm オーバーの残率を測定する。
図 5-5 に圧壊強度試験を示す。装置は木屋式硬度計を使用し、図の様にブリケットを台上に乗せ、ポケット合わせ面より垂直方向から先端φ5mm の棒を平面部に押し当て下降させ、ブリケットが破損した荷重値を圧壊強度とする。

図 5-4

落下試験装置

図 5-550

圧壊強度測定装置

試験結果
ブリケット製造試験結果（抜粋）を表 5-2 に示す。
表 5-2

Run No.

ブリケット製造試験結果（抜粋）

30

33

43

44

47

48

49

機種

小型機 BGSⅢN

大型機 BMSⅡHD

ブリケット容量

約 3cc

約 15cc

添加剤

CMC

キャッサバ

添加 (%)

1.0

3.0

水分 (%)

25.0

26.8

オイリーコール温度(℃)

バインダーレス
無し

5.0
25.9

29.0

19.8

室温

8.6

8.6

85

62

73

68

圧壊強度 (N)16

落下強度 (%)

2m 高さから鉄板に落下させ 9.5mm オーバーサイズの重量%

17

18

16

1

1 回目

99.0

96.5

96.6

98.1

19.8

94.7

94.0

2 回目

98.9

93.0

91.1

95.3

1.6

90.1

85.8

3 回目

98.5

82.2

88.1

90.9

0.3

84.1

78.9

離型性

離型性

離型性

成型

やや難

やや難

不良

できず

備考

今回調達したオイリーコールでも、CMC 添加量 1%（Run No. 30）での、添加効果を再現できた。キャッサバは添加量 3%~5%で CMC とほぼ同等のブリケットが製造できた（Run No. 33、43、44）。しかし、キャッサバの分散性を考慮して高水分とした為、成型機からの離型性が悪かった。水分を約 20%に調整して、離型性の改善を狙ったが（Run No.47）、成型ができなかった。
キャッサバの調達コスト（30 円/kg）は CMC（同 150 円/kg）の 1/5 である為、離型性の改善ができれば、コスト的にはほぼ同等となる。
一方、昨年までの試験からは添加剤無しでは落下強度が無く、ブリケット製造は困難と思われていたが、水分を 10%以下に調整し、オイリーコールの温度を 85℃に保持すれば、落下強度
も添加剤ケースと同等で、圧壊強度は高いブリケットが製造できた。
プロセス中でオイリーコールへの温度付与を工夫して、バインダーレスでブリケットが製造できれば経済性が高まる。図 5-6 に製造したブリケットの外観を示す。

CMC

1%添加

キャッサバ 3%添加
図 5-6

キャッサバ 5%添加製造したブリケットの外観

51

バインダーレスブリケット製造プロセスの検討
前項までに述べたように、改質炭ブリケットを製造する為には、オイリーコール粉をブリケ
ト化し、その後蒸留して油分を分離する方法が有効となる。図 5-7 にオイリーコールからのブリケット製造プロセスを示す。オイリーコールブリケットは最終製品ではないので、これを乾留（蒸留）して油分を分離した改質炭ブリケットの物性等を次項以降にに示す。

図 5-7

オイリーコールからのブリケット製造プロセス

乾留ブリケットの強度測定試験
表 5-3 に乾留ブリケットの強度測定結果を示す。圧壊強度は、乾留により約 2 倍の強度となった。落下強度は、乾留前に比べ 9.5mm アンダーサイズの割合は、ほぼ同等の結果となった。
また、落下試験では、2mm アンダーの微粉が約 2%発生したが、この程度の微粉発生は普通であり、ハンドリング性については問題ないものと推察する。
表 5-3

圧壊強度 (N)
落下強度 (%)

乾留ブリケットの強度測定
乾留前*

乾留後

71

157

2m 高さから鉄板に落下させ、9.5mm オーバーサイズの重量%

1 回目

94.4

94.7

2 回目

88.0

88.4

3 回目

81.5

80.2
*表 5-2

Run48 と Run49 の平均値

乾留ブリケットの実用基礎特性性評価
前節で製造したブリケットを 450℃で乾留し、油分を蒸留した後の乾留ブリケットとした。
この乾留ブリケットが製品となる為、ユーザープロセスでの粉砕性およびハンドリング性を
評価する。
粉砕性
ブリケットの粉砕性については JIS の基準が無い為、粉砕性評価には、石炭の粉砕性評価に用いられる図 5-8 に示すハードグローブ試験機を用い HGI（Hard Grove Index）を算定した。
乾留ブリケットの HGI は平均で 150 を超え、発電用に使用される一般炭の HGI が約 40～70であるのに比べれば、粉砕性は格段に良い事になる。
しかし、ハードグローブ用試料（0.6～1.18mm）を得る過程や試料を鋼球で粉砕する過程で、元々微粉の改質炭から製造されたブリケットが、製造前の粒径に戻っただけであると推定され、ブリケット化によって粉砕を阻害するような、強固な塊性化には至っていない事が解り、通常
52

の石炭粉砕機の使用は問題ないものと思われる。

図 5-8

ハードグローブ試験機

ハンドリング性評価
ブリケットのハンドリング性について JIS の基準が無い為、石炭と同様の手法で評価した。
石炭のハンドリング性評価試験装置を図 5-8 に示す。シュート部からの排出性を新デュラム試
験でベルト等への固着性および付着凝集力試験を行い評価した。

図 5-9

ハンドリング性評価装置

53

① 排出性試験
図 5-9 に排出性試験結果を示す。ブリケットは型崩れせず撥水性がある為、水分を添加しても良好な排出性の指標である排出時間 150 秒を下回り、排出性は良好であった。因みに、水分を均等に添加する為に、ブリケット混練作業の過程で、半壊するブリケットから微粉が生成されたが、排出性の悪化には至っていない。
② 付着凝集力試験
図 5-10 に付着凝集力試験結果を示す。水分が 15%を越えると付着凝集力は基準値
80kgf/cm2 を超え、付着性は不良と評価された。但し、石炭では到着した試料を篩分けにより試験に必要な粒径 - 4.75mm を得るが、ブリケットは粒径分布がない為、粉砕により試料粒径を得るしかなく、強制的な粉砕によって元の微粉に近い状態に戻ったものと推察する。微粉が増加すれば、付着凝集力は大きくなるので、本結果のみからでは、ブリケットの付着凝集力の良否は判定できないと思われる。落下試験からは、落下により 2mm アンダーの割合が2%程度となったが、この値はハンドリングが悪化する出光内部基準（2mm アンダー20%）に比べ小さい。ブリケット製造後、移送を経てユーザー粉砕機までのハンドリングプロセス
で、どの程度の微粉化が起こり得るのか、別途検討する必要があろう。

新デュラム試験結果

250

基準
ブリケット

排出時間（秒)

200
150
100
50
0
0

5

10
図 5-10152025
全水分（%）
排出性試験結果

54

30

35

付着凝集力測定結果

付着凝集力( kgf/cm2 )

2.5

基準
ブリケット

2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0

5

10

15

20

25

30

35

試験試料（4.75mm以下）水分(%)
図 5-11

付着凝集力試験結果③ ブリケット浸水性試験
ブリケットを 1 月間水に浸し変化を確認したが、撥水性があり変化はみられなかった。ブリケットは耐水性がある。

ブリケット製造試験の纏め
キャッサバの添加効果について
キャッサバでは CMC の添加量 3～5 倍で添加すれば CMC と同等の強度のブリケットが製造できるが、離型性の改善が必要である。一方、調達コストは CMC の 1/5 である為、ブリケッ
ト製造の経済性は CMC 添加の場合とほぼ同等である。
バインダーレスブリケットの製造について
原料のオイリーコールの水分（10%以下）および温度（85℃）を調整すれば、添加剤無しでも、高強度のブリケットが製造できた。
油分分離ブリケットの強度試験_
油分分離したブリケットの圧壊強度は分離前の約 10 倍の強度となったが、落下試験では細粒が増加した。分離前に比べ固くなったが脆くなった。
ブリケットの粉砕性およびハンドリング性
乾留ブリケットの粉砕性は良好であった。ハンドリング性の内、排出性は良好であった。
一方、固着性は不良の結果となったが、本結果のみから判定できない。落下試験から発生する 2mm アンダーの微粉の量からは、固着性は問題ないと視察する。
ブリケット製造プロセスの検討
オイリーコールを用いれば、CMC やキャサバスターチなどを添加するか、オイリーコールを調湿・加温すれば添加剤無しでもブリケットが製造できることが解った。どちらが、経済的に優位となるか、プロセス的な検討を行う必要がある。
55

合成油の商品設計の深耕
本共同スタディでは、平成 28 年度石炭現場ニーズ等に対する技術支援事業「インドネシアにおけるコプロダクション型褐炭改質技術の可能性検討」（以下昨年度の共同スタディ）の結果及
び明らかになった課題に取り組んだ。昨年度の共同スタディで明らかにした結果の概要を下記する。
① 品質の低い合成油を水素化することにより品質を改善することが可能である。
② 一次水素化を行った合成油は、主要な既存重油のスペックを満たす。
③ 合成油の品質は、炭質により軽微には異なるもののいずれの鉱山由来であっても石油系とは異なる特性を持つ。
④ 合成油は炭質により水素化難易度が異なり、その難易度はあるパラメータと相関性を示し、推定できる可能性がある。
以上の結果を踏まえて、本共同スタディでは取り組んだ内容は次のとおりである。


一次水素化油に更に工程を加えることで、高付加価値な留分に転換できる可能性の検討。
（「6.1 燃料油用途の検討」に記述）



原料石炭（褐炭）の炭質が、褐炭改質時の合成油収率及び水素化特性に与える影響（「6.2炭種依存性のまとめ」に記述）

56

燃料油用途の検討
水素化による高付加価値留分への展開
昨年度の共同スタディでは、合成油の一次水素化処理のスケールを上げて調製し、分析を行うことで主要な重油スペックを満たす事を明らかにした。そこで、今年度はさらに高付加価値化を目指し、昨年度の共同スタディと同程度のスケールで二次水素化以降の処理を行った。また、得られた油で既存石油製品規格の主な性状項目と比較を行った結果を報告する。
① 水素化処理に用いた合成油
本検討では、昨年度に行った一次水素化処理と比較するため同様の LPP から得られた C
炭由来の合成油を用いた。C 炭由来の合成油をガスクロマトグラフ蒸留（以下 GC 蒸留4）で分析し得られた沸点性状を図 6-1、元素分析から得られたヘテロ元素の組成を表 6-1 に示
す。
700
600

温度（℃）

500
400
300
200
100
0
0

20

図 6-1

表 6-1

40
60
留出量（wt%）80

100

C 炭由来の合成油の沸点性状(GC 蒸留)

一次水素化処理前後のヘテロ元素濃度の変化
単位

合成油

酸素

wt%

8.4

窒素

ppm

7,300

硫黄

wt%

0.3

塩素

ppm

22

GC 蒸留：JIS 等により定められた主な蒸留試験法 3 種（常圧蒸留、減圧蒸留、ガスクロマトグラフ）のうちの 1 つであり、広い沸点範囲に適用でき、微量のサンプルで蒸留性状を把握することが可能な方法。
457

② 水素化処理に用いた装置
本検討で二次水素化処理に用いた固定床ベンチ装置を図 6-2 と図 6-3 に、三次水素化処理に用いたバッチ式のスイング式オートクレーブを図 6-4 と図 6-6 に示す。
固定床ベンチ装置は、原料を連続的に流通させることからバッチ式の装置に比べてサンプルを効率よく処理することができ、一方のバッチ式のスイング式オートクレーブは、少量且つ迅速な評価に適した装置である。

図 6-2

図 6-3

固定床式ベンチ装置全体

固定床式ベンチ装置の反応器58図 6-4スイング式オートクレーブ（本体）

図 6-5

スイング式オートクレーブ（反応管）

59

図 6-6

スイング式オートクレーブ（内筒管）③ 水素化油の調製
本検討では、一次水素化油と二次水素化油を固定床式ベンチにて調整を行った。サンプルの外観写真を図 6-7 に示す。いずれの処理にも、一般的な水素化処理触媒を選定した。
固定床ベンチにて得られた一次水素化油と二次水素化油をバッチ式蒸留装置にて中間留分を分画した。分画後の中間留分サンプルの外観写真を図 6-8 に示す。また、二次水素化油の中間留分を原料にスイング式オートクレーブにて三次水素化処理を行った。

図 6-7

水素化処理前後の外観

60

図 6-8

水素化処理油中間留分の外観④ 水素化油の性状評価
本検討では、一次水素化油、二次水素化油の各水素化レベルによる品質面の比較を行った。
外観面では、図 6-7 から一次水素化油は褐色であるが二次水素化油は橙色と色調面でさらに改善が進むことが分かった。
図 6-8 を見ると蒸留後の中間留分においてはさらに顕著であり、一次水素化油の中間留分には強い色味が確認された一方で、二次水素化油の中間留分は無色透明であり、水素化が進んでいることが確認できた。
実際の既存石油製品規格との比較において一次水素化油の中間留分は、ディーゼル燃料規格のいくつかの項目で規格から外れた性状であり、そのままディーゼル燃料として用いることは難しいことが予想された。二次水素化油においては、一次水素化油に比べ多くの項目で規格を満足させることができたものの、一部の性状において満足することができなかった。
そこで、さらなる性状改善のため三次水素化処理を行い、当該項目の品質を確認したところ、船舶用ディーゼル燃料の規格を満たすことが分かった。以上の結果より、合成油は水素化による精製を重ねることでディーゼル燃料としての品質を満たす可能性があることが示された。

61

炭種依存性の取り纏め
褐炭改質プロセスの合成油収率における炭種依存性
昨年度の共同スタディの結果として、褐炭改質プロセスにおける合成油収率が経済性に大きな影響を与える因子であることが明らかとなっている。このため、原料に用いる褐炭の物性値から付加価値の高い合成油の収率を予測することが本節の目的である。今まで入手した褐炭だ
けでなく、データ点数が不足していたために、類似の検討を行っている文献情報 5も追加して検討を行った。本文献では触媒を使用せずに熱水だけで抽出を行っている代わりに、バイオマスから瀝青炭まで様々な原料を用いて検討を行っている。
原料のパラメータ A と改質炭収率の関係性を図 6-9 に示す。両者には非常に高い相関性がみ

改質炭収率

られ、パラメータ A の増加に応じて、改質炭収率も増加する傾向がみられた。

パラメータA
図 6-9

原料のパラメータ A と改質炭収率の相関性

原料のパラメータ B と抽出分収率の関係性を図 6-10 に示す。なお、ここでの抽出分とは改質炭以外の成分のことであり、合成油と WSO（Water Soluble Organics；水層の有機化合物）お
よびガスの和である。両者にも非常に高い相関性がみられ、パラメータ B の増加に応じて、抽出分収率も増加する傾向がみられた。

5

文末引用文献一覧（2）参照

62

抽出分収率パラメータB
図 6-10

原料のパラメータ B と抽出分収率の相関性

次に、抽出分中の合成油選択率と相関を持つ原料のパラメータについて検討を行った。原料のパラメータ C と抽出分中の合成油選択率の関係性を図 6-11 に示す。図 6-11 より抽出分中の抽出分の合成油選択率

合成油選択率はパラメータ C と相関している様子が観察された。

パラメータC
図 6-11

原料のパラメータ C と抽出分中の合成油選択率の相関性

63パラメータ B とパラメータ C との相関関係から各褐炭の合成油の予想収率を図 6-12 に示す。
いくつかの炭種では高い収率が予想されており、このように高い合成油収率となる褐炭を選択することで高い経済性が得られると考えられる。

収率高位

パラメータB

収率中位

収率低位

収率極低

パラメータC
図 6-12

各褐炭での合成油の予測収率

水素化処理における炭種依存性
合成油の水素化難易度の違いは水素化処理装置の建設費に関わるため、事業の採算性に大きく影響する。以前の共同スタディにおいて、褐炭改質プロセスに用いる炭種により、得られた合成油の水素化難易度が異なることが判明している。このため、合成油の水素化難易度
が炭種に依存する事を確かめ、その要因を把握することは重要である。この知見を得ること
により、水素化処理が容易な炭種を選定する事ができ、褐炭改質事業時に経済性を確保できる。そこで、本共同スタディでは主に LPP から得られた合成油の横並び比較を行うことにより、より詳細な合成油の水素化難易度を中心とする特性差の把握を行った。
本節での検討では図 6-4 と図 6-5 に示したバッチ式の水素化処理装置（スイング式オートクレーブ）を使用した。
昨年度の共同スタディと同様な条件にて水素化反応を行った。また、本節では横並び比較を行うため、LPP から得られた A 炭、B 炭、C 炭の合成油を用いて検討を行った。未処理の各炭種から得られた合成油の蒸留曲線を図 6-13 に示す。昨年度の共同スタディで報告したよ
うに、各合成油の蒸留性状はほとんど同じであり、差はみられなかった。

64

A炭
B炭

温度

C炭

0

20
図 6-134060
留出量（%）

80100

未処理の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留）

水素化処理（一次水素化）後の各合成油の様子を図 6-14 に示す。B 炭由来の合成油が最も色調が明るく、C 炭由来の合成油が最も色調が暗かった。各炭種の水素化処理後の合成油の蒸留曲線を図 6-15 に示す。未処理の合成油と同様に、水素化処理後の各合成油の蒸留性状においてもほとんど同じであり、差はみられなかった

図 6-14

水素化処理後の各合成油（左から A 炭、B 炭、C 炭）

65

A炭
B炭

温度

C炭

0

20
図 6-154060
留出量（%）

80100

水素化処理後の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留）

次に合成油の反応性に影響を与える物性値について考察を行った。ここでは、今まで入手した合成油について検討した。まず、合成油の物性値と合成油の反応性の相関性について述べる。
図 6-16 は各合成油の水素化脱酸素率（HDO 率）と合成油のパラメータ D との関係を表している。相関がみられるパラメータとして、パラメータ D が適していることが示唆された。
次に、原料に用いた褐炭の物性値と合成油の反応性の相関性について述べる。図 6-17 は各合成油の HDO 率と原料に用いた褐炭のパラメータ E との相関を表している。昨年度の共同スタ
ディで報告したパラメータ E との相関が良い結果となった。このため、パラメータ E がより低い褐炭を用いることで、水素化処理がしやすい合成油を得られる可能性が示唆された。

66

HDO率

パラメータD
HDO 率と合成油のパラメータ D との相関性

HDO率

図 6-16

パラメータE
図 6-17

HDO 率と褐炭のパラメータ E との相関性

これまでヘテロ化合物の除去による品質向上をコンセプトに水素化処理の検討を行ってきたが、水素化処理にはさらなる高付加価値化を行うためのプロセスとして水素化分解プロセスがある。今まででは、褐炭生成油に含まれている酸素化合物や窒素化合物などの含ヘテロ化合物を、水素化処理によって取り除くために、一次水素化処理の検討を行った。一次水素67

化処理だけでも、燃料油としての性状が大幅に改善されることが予想されるが、本節では、更なる高付加価値化（ディーゼル油、芳香族製品等を含む）を目的に、二次水素化処理として水素化分解の検討を行った。
昨年度の共同スタディと同様の条件にて水素化分解反応を行った。また、横並び比較を行
うため、LPP から得られた A 炭、B 炭、C 炭の合成油を用いて検討を行った。水素化分解後の各合成油の様子を図 6-18 に示す。A 炭および B 炭由来の合成油の色調は明るかったが、C炭由来の合成油は蛍光色が強い色調であった。

図 6-18

水素化分解後の各合成油（左から A 炭、B 炭、C 炭）

68水素化分解後の合成油の蒸留曲線を図 6-19 に示す。炭種による収率差はみられなかった。

A炭
B炭

温度

C炭

0

図 6-19204060
留出量（%）

80

水素化分解後の各合成油の蒸留曲線（GC 蒸留）

69

100

各段階における H/C の変化を図 6-20 に示す。図 6-20 で分かるように、原料の H/C が高いほど、水素化分解時の H/C も高い傾向を示した。中間留分においては H/C が高いほど、高品位となる傾向にあるため、未処理の合成油の H/C も高いことが望ましいことが示唆された。

A炭H/C (mol/mol)

B炭
C炭

水素化処理後未処理
図 6-20

水素化分解後

各段階における H/C 比以上より、本共同スタディにおいて炭種依存性として以下の項目を把握することができた。

I.

パラメータ B が高く、パラメータ C が低い褐炭ほど合成油収率が増加し、パラメータ A が高い褐炭ほど改質炭収率が増加する。

II.

水素化反応性（HDO 率）と良い相関性がみられる合成油の物性値としてはパラメータ D があげられ、原料に用いた褐炭の物性値としてはパラメータ E があげられる。

III. 炭種による水素化分解後の各収率差は観察されなかった。
IV. 水素化分解後の合成油の性状は原料に用いた合成油の性状に大きく影響を受ける可能性があり、高品位な中間留分を得るためには、可能な限り H/C が高い合成油を用いるほうが望
ましい。

70

新規用途検討
検討の目的
昨年度の共同スタディでは、年間乾燥炭 300 万 t 規模の褐炭改質を行えば、約 180 万 t の PCI
炭と約 70 万 t の軽油が製造でき、PJ-IRR は 23%を超える事が解った。
しかし、一方では合成油の水素化精製設備が必要であり、その設備費用総額は約 1,300 億円にも上るため、事業実現の為には、まずは設備費の低減が必要となる。そこで、合成油が炭素
材やピッチに転換できれば、燃料油よりさらに高付加価値製品 6となり、設備規模が小さくとも、
経済性が成り立つ為、今期の共同スタディでは合成油のピッチ等への利用可能性を重要な課題として検討した。
試験の概要
合成油のピッチ化試験は KRI に委託した。KRI はバイオマスやプラスチックを原料としたバイオピッチ製造法を保有しており、バイオマス液化溶媒にエチレングリコ－ルを使用している。
褐炭合成油がエチレングリコールに替わる溶媒となり、かつ自身もピッチ原料となればピッチ
製造には効率的であるため、その可能性を探索した。
原料
バイオマス原料としては杉（針葉樹）とコナラ（広葉樹）の粉（500μm 以下）を用い、廃プラスチック原料としては 5 種類 PET ボトルを 5mm 角以下に細かく切断したものを用いた。
合成油に A 炭合成油を用いた。図 6-32 に原料の外観を示す。

杉粉

コナラ粉

PET

A 炭合成油

図 6-216

原料の外観

異方性ピッチ~1,000$/t、等方性ピッチ~500$/t、炭素電極材~10,000$/t,等方性炭素材~5,000$/t

71

試験装置および手順
ピッチ化装置及び手順を図 6-33 および図 6-34 に示す。
ピッチ化の第一段階では、オートクレーブを用い 2 段階の液化反応を行う。（1 段目圧力 10～15 気圧、390℃、2 段目圧力 10 気圧以下、400℃）。その後 THF7で洗浄し、固液分離して液状物を得る。

図 6-227ピッチ化試験装置 Ⅰ

Tetra Hydro Fran:テトラヒドロフラン,有機溶剤

72次に、液状物を減圧蒸留によってピッチ化する（反応条件 8Torr8-220℃-2hr）。ロータリエバ
ポレーターでの蒸留物を重質タール、残渣をピッチと呼ぶ。

液状物

減圧蒸留（ピッチ化）装置
8Torr-220℃-2h

重質タール
図 6-238ピッチ
ピッチ化試験装置 Ⅱ

Torr：大気圧以下の圧力を絶対圧力で示す単位 1mmHg は 1Torr、大気圧は 760Torr73

結果① 合成油を基材としてピッチが製造できた。
② 合成油はエチレングリコールに比べ熱安定性が良く、より低圧での運転が可能である。。
③ しかし、製造したピッチはピッチ歩留りが 4 割程度に留まった④ 市販ピッチに比べ、fa（芳香族指数）が低い事が、この要因である。
⑤ 製造したピッチは等方性構造であった。
今後の方針
製造したまだ脂肪族炭素の割合が多いのでピッチの歩留まりが小さい。脂肪族の環化が進む
ピッチ化条件を探っていきたい。本件ピッチは先ずは等方性炭ピッチとしての利用を検討した後、よりハードルの高い異方性ピッチへの利用可能性を目指していく。今後のピッチ化ス
キームを図 6-38 に示す。

ピッチ
ガ
ス

炭素電極

タ
ー
ル
褐
炭
合
成
油

ピ
ッ
チ
化
反
応

ピ
ッ
チ

製品例

重
縮
合
反
応

ピ

異方性ピッチ

ッ ナ
フ
チ テ
ン
の 環
芳 と
の
香 調
族 和

含侵ピッチ

ﾊﾞｲﾝﾀﾞｰﾋﾟｯﾁ

性ニードルコーク

電極等含浸材
炭素繊維原料

電極等粘結材
鉄鋼用バインダー

指数
ピッチ化反応条件の検討(fa)（温度/圧力/保持時間/昇温速度/添加材料）

高等方性ピッチい等方性炭素材黒鉛坩堝
カーボンブラック活性炭

図 6-24ピッチ化のスキーム

74エンジニアリング検討の深耕
今までの検討と今回の検討の概要
平成 28 年度報告書では 300 万 t/年規模の商業プラントを想定してスタディを行った。しかしながら Cat-HTR プロセスは開発段階であるため、本技術による事業は新規事業の立ち上げに近い形態となる。すなわち、最初から大規模な設備を建設するのではなく、小さな規模で初号機（事業）を立ち上げて二号機、三号機で装置規模とビジネス規模の両方を拡大する事になる。
本章では開発段階にある Cat-HTR プロセスに基づいて事業を立ち上げるビジネスモデルとして、「褐炭鉱山の山元に褐炭改質プロセスを建設し、改質炭は製品として港まで搬出して日本に輸出する。副生する合成油、分解などで発生するガス、排水に溶解する有機物の 3 者
は褐炭鉱山山元での自家使用を想定する。すなわち、「副生する合成油は水素化で改質して軽油とし、分解ガスはガスタービンで発電、排水中有機物はメタン発酵でガス化」を想定する。
最初に現在の Cat-HTR プロセスを設計仕様やプロセス条件といったエンジニアリングと運転の観点からレビューし、次にスケールアップの課題を洗い出す。周辺設備に関しては研究開発の課題を有する排水処理について記載する。

改質プロセスの精査
パイロットプラントの検証
パイロットプラント（LPP）の概略プロセスフローを図 7-1 に示す。
原料は微粉砕された褐炭で、微粒子の状態で水と混合される。スラリー状の原料は一旦FEED スラリータンクにストックされた後、スラリーポンプで 24MPa まで昇圧されて反応塔に送られる。ポンプと反応塔と間には熱交換器が設けられており、ここで 200℃まで昇温されたのち、超臨界水により 350～450℃まで昇温されたのち、反応塔に導かれる。
この温度圧力は水の臨界点（374℃、22.1MPa）前後の亜臨界～超臨界条件であり、加水分解反応によって褐炭の改質が進む。
反応後、スラリーはアフタークーラで冷却され、レットダウンバルブで減圧される。改質過程で生じた CO2・H2 等のガスと、減圧に伴って発生した水蒸気は、レットダウンバ
ルブ下流のフラッシュタンクでスラリーと分離され、可燃ガスはガス処理設備、フレアス
タックで処理される。一方、スラリーには改質炭のほか、多量の水分および合成油が含まれているため、ポンプにてセパレーターセクションへ送られる。まず回転式水分離フィル
タで水分を取り除き、合成油を含んだ石炭分（オイリーコール）を分離する。その後、このオイリーコールを常圧蒸留キルンで加熱し、油分を気化させることで、最終的なプロダクトである改質炭を得る。蒸留キルンで気化・分離された油分はコンデンサで冷却・液化し、減圧蒸留後、ドラムで回収する。本稿では機器の詳細説明は割愛する。

75

76

図 7-1

LPP のプロセスフロー

褐炭改質プロセスのスケールアップ検討
スケールアップに伴う課題
LPP は褐炭改質プロセスを検証するためのパイロットプラントであり、所定のプロダクトが得られるか評価するのが主な目的となる。一方で、商業化に向けたスケールアップに際しては、経済性や環境適合性など、プロダクトそのものとは別の様々な課題に対応していく必要がある。そこで、本項では、LPP から考察されるスケールアップ時の主な課題について述べる。
① 投入熱量の低減
Cat-HTR プロセスにおける石炭改質は水熱反応によって行われる。従って、褐炭改質には水の混合が必要であり、スラリーの形でリアクタ内に導かれる。図 7-2 に、LPP におけるリアクタ前後の概略のプロセスフローを示す。当図では、褐炭と水の質量比率がわかりやすいように、スラリーの総重量を 1,000kg とした場合のマテリアルバランスを示している。
流動性を確保するため、スラリー濃度は 30%程度に抑える必要がある。従って、フローa の 7 割は水である。このスラリーはヒータで 190℃まで昇温されるが、反応には340℃程度まで加熱する必要があるため、フローb に更に超臨界水 c を合流させ、所定の温度を得る。結果として、リアクタ入口でのスラリー濃度は 18%まで低下する。

425 ℃
24.5MPa

純水
400kg

超臨界
ボイラ
c

褐炭
180kg

24.5MPa
600kg

a

石炭ミル

190 ℃

ヒータ

b
d

スラリー
ポンプ

水
420kg

340 ℃
24.5MPa
1000kg

クーラ

リアクタ

レットダウンバルブ

図 7-2

リアクタ前後のプロセスフロー

プロセスのエンタルピ計算を表 7-1 に示す。
同試算より、褐炭 1kg の改質に必要な熱量は、その原料褐炭 1kg の持つ熱量の約半分に相当することが分かる。これは理論的な数値であり、加熱時の放熱ロスや超臨界水を77発生させるボイラの熱効率等を勘案すると、実際の投入熱量はさらに大きくなる。従って、エネルギー収支の合理性や経済性を考えた場合、反応プロセスにおける外部からの投入熱量の削減は必須である。
表 7-1

褐炭反応時の投入熱量

流体

スラリー

組成

褐炭

質量 (kg)

超臨界水
水

180
20℃大気圧エンタルピ(kJ/kg)-190℃ @24.5MPa

21,420425℃ @24.5MPa-※121,420

投入熱量(kJ)

水
420

400

35,28033,600343,940-

1,129,960

308,660

1,096,360

スラリー
＋
超臨界水
1t 当たり総投入熱量(kJ)-

1,426,440

褐炭
1kg 当たり ①
褐炭発熱量(kJ/kg)※2

7,920
16,240②49%①/②※1 炭素の比熱で代表※2 平成 27 年度石炭現場ニーズ等に対する技術支援事業「インドネシアにおけるコプ
ロダクション型褐炭改質技術の可能性の検討」報告書 より

一般的な化学プラントでは、反応プロセスでの熱収支を改善するために、リアクタにフィード／エフルエント熱交換器が設置されることが多い。これは、リアクタ出口の高
温流体をリアクタ入口の流体と熱交換することで熱を再利用し、外部からの投入熱量を削減する手法である。
種々の検討の結果、熱回収方策との組み合わせが必要であり、褐炭改質時の投入熱量を低減するには、下記のような方策の組み合わせが有効と考えられる。


ヒータにおける最適な昇温温度の見極めと、それに基づく超臨界水量の削減



スラリーに適したフィード／エフルエント熱交換器の導入や、熱媒体を用いた、リアクタ出口スラリーから入口スラリーへの間接伝熱などによる熱回収② 反応器内の流動褐炭改質プロセスのリアクタにおける反応条件は 350～450℃、24～25MPa、反応時間
は 20～24 分程度である。リアクタはアップフローであり、沈降防止の観点から最低線速度が規定されている。従って、リアクタ径はこの線速と褐炭スラリーのチャージ量から、またリアクタ長は線速と反応時間から決定される。

78

現在の LPP リアクタには、12inch の配管が、SPP のリアクタには 2-1/2 inch の配管が用いられており、諸元を表 7-2 に示す。
今後、プラント規模が大きくなるにつれ、リアクタ径・長さとも拡大する。リアクタでの反応時間は 20 分程度と規定されている。例えば、年間 50 万 t の褐炭処理プラント(乾燥重量ベース)のリアクタ長さを 30m と仮定し、リアクタ径を試算すると、1.6m 程度となる。詳細は表 7-3 の通りである。
表 7-2

SPP と LPP のリアクタ諸元
SPP

LPP

リアクタ

径

2-1/2 inch

12 inch

寸法

長さ

約 20m

約 30m

反応条件

フロー

アップフロー

反応圧力24～25MPa

反応温度350～450℃

反応時間

20～24min.

リアクタ径や形状と運転条件の組み合わせによって、リアクタ内部の流動がどのように変化するかを設計段階で把握し、対策を検討するための手段として、シミュレー
ションによる数値流動解析(Computational Fluid Dynamics; CFD)が有効である。
また、偏流を抑制するために、比較的小径のリアクタを並列して設置する方法も考
えられる。
表 7-3

リアクタ径の試算

NO.

項目

①

年間処理量(t/y)②

年間稼働日数(日)330

1 ヶ月/年は定修と仮定③

時間処理量(t/h)

63.1①/②/24④

スラリー濃度(%)

30⑤

体積流量(m3/sec.)

0.041

⑥

反応時間(min.)25⑦

リアクタ長さ(m)30⑧

リアクタ必要断面積(m3)2.045⑤*⑥*60/⑦⑨

必要リアクタ径(m)1.610

2*(⑧/π)^0.5

値

備考

500,000

79

乾燥褐炭ベース③*(1-④)/④/3600
褐炭体積は無視

③ 排水処理褐炭改質プロセスでは、褐炭の乾燥重量の 2 倍以上の水が必要であり、年間 50 万 t の乾燥褐炭を処理した場合、使用水量は 117 万 t に及ぶ。LPP のように、スラリーの昇温に超臨界水を用いた場合は更に水量が増加する。
スラリーに含まれる水は、改質反応後に分離され、排水となる。原料褐炭の含水率を30%とすると、50 万 t の乾燥褐炭には 20 万 t の水分が随伴し、系外に排出されることになる。
表 7-4 に LPP における排水性状の COD(化学的酸素要求量)例を示す。いずれの炭種もCOD が高く、放流には浄化処理が必要である。前述のように、商業規模の褐炭改質プラ
ントからは常に大量の排水が生じ、その処理が滞れば改質プラント自体も止めざるを得ないため、浄化設備は大規模であると同時に、実績のある信頼性の高いプロセスを採用
していなければならない。
表 7-4

褐炭改質排水の分析例

項目
CODCr

単位

A炭

B炭

mg/L

7,800

5,300

現在、最も一般的な水処理方法は活性汚泥法であるが、全量を CO2 に転換するには多すぎる量の水溶性有機物が発生するため、何らかの回収処理が必要となる。現時点で普及している回収技術の一つはメタン発酵である。これは、嫌気性菌を用いて水中の有機物よりメタンを生成させるので、食品工場などで採用される一般的な排水処理スキームである。生成したメタンを発電機やボイラ用の燃料として用いることで、工場全体のエ
ネルギー収支改善も期待することができる。一方で、生物を用いた処理ゆえに、排水性状に適した菌体を選択することが重要であり、実際の排水を用いてその効果を検証し、菌体とのマッチングを図っていく必要がある。
以上、本項ではスケールアップに伴って検討していくべき課題から 3 点を取り上げ、具体的について述べた。その中で、熱収支の改善と、反応槽内の流動の最適化については、
今後、プロセス設計および機器設計を進めていく中で、対応を具現化していくべき課題である。一方、排水処理については、現時点で得られているサンプルを用いて試験することが可能であり、ここで知見を得ることは、今後の検討に対しても有益である。そこで、本検討では、特にメタン発酵に関して LPP の排水を用いてその効果を検証することとした。その結果を次項にて述べる。
④ 排水処理に関する検討
Cat-HTR プロセスは褐炭の改質に水熱反応を使用するため、分解反応で低分子量の含酸
素化合物が発生する。発生した低分子量含酸素化合物有機物の多くは水に溶解して排水として排出される。
80

1)

処理方法の検討

従来の検討ではイオン交換樹脂による吸着と脱着でフェノールなどの化学品を回収する検討がなされた。この方向性は一つの有力な候補であるが、今回はそれ以外の方法としてメタン発酵によるエネルギー回収を検討する。

2)

試験内容

IER 社のパイロット設備を使用して A 炭と B 炭の水熱処理を行った際に発生した排水を入手し、一般的な排水分析を行った。結果を表 7-5 に示す。
同一排水を GC-MS で分析して、どの様な有機物が含まれるかを調べた。表 7-6 に
示す。

表 7-5

排水性状分析例
単位

A炭

B炭

-

4.9

5.2

SS（浮遊物質量）

mg/L

20

80

CODCr

mg/L

7,800

5,300

ヘキサン抽出物質

mg/L

2

<2

全窒素

mg/L

115

87.5

アンモニア性窒素

mg/L

86.8

64.1

硫化物イオン

mg/L

< 0.5

< 0.5

項目
pH

表 7-6

試料名
A炭_排水
B炭_排水

排水の GC-MS 分析結果

報告値（mg/L）
メタノール アセトン フェノール *全ピーク
290
270
180
1050
200
160
130
690

排水中の有機物はメタノール、アセトン、フェノールが主である。排水の有機物濃度は 1,050ppm、690ppm であった。
3)

試験結果と考察パイロットプラントの運転で得られた排水に対してメタン発酵実験を行い、それぞれの排水の分解性能を調べた。
比較対象としては、菌による分解性が良好なグルコースと酢酸を用いた。メタン発

81

酵菌は食品工場の菌を使用した。
A 炭排水、B 炭排水、グルコース水、酢酸水の全てが CODcr で 2,000ppm となる様に濃度を調整し、これに対して、メタン発酵菌の濃度(VSS)が 4,000ppm となる様にメ
タン発酵菌を投入した。COD 濃度の 2 倍の菌体濃度になっている。120ml のバイア
ル瓶に上記の液と pH 変動を抑制するための緩衝液を投入し、気相を窒素で置換した
後に 35℃で振とうした。発生するガスの量とガス中のメタン濃度を測定し、メタン発生量を求めた。メタン濃度測定は TCD-GC9を使用した。また、COD を含まない水に菌体と緩衝液を加えたブランクも同様の温度で同様に振とうして発生ガス量と組成を分析して比較した。
評価の基準はメタン生成速度とメタン転換率とした。メタン生成速度は[g-CODcr/gVSS/day]の単位を持ち、[一日当たりのガス生成量]×[メタン濃度]×2.857÷[仕込んだVSS 量]の式で計算される。1g の菌体(VSS)が 1 日にどれだけの重量の CODcr を処理できるかを示す指標である。メタン転換率は無次元[%]の単位を持ち、[積算ガス生成量]×[メタン濃度]×2.857÷[仕込んだ基質の CODcr 量]の式で計算される。CODcr の何%がメタンに転換されたかを示す。
結果を表 7-7 および図 7-3 に示す。
表 7-7

発酵性能

標準基質であるグルコースと酢酸を用いた結果が高い生成速度と選択率を示している。これは実験に使用した汚泥が十分な活性を示している事と実験でメタン発酵が適正に起きている事を示しており、ブランクからメタンが発生していない事から汚泥そのものが分解していない事が判り、実験の健全性も確認できた。
褐炭の水熱反応による排水は転化率で標準基質の 1/4～1/7、生成速度で 1/5～1/10程度の値を示した。標準物質より分解性が低いことが明らかである。しかしながら、これが直接的に水熱反応排水のメタン収率が 10～20%程度にしか至らず、反応速度
も 1/5～1/10 程度で発酵槽が膨大になる事を意味してはいない。実験に食品工場のメ
タン発酵汚泥槽から採取した汚泥であり、糖であるグルコースや食用酢でもある酢酸に慣れている事は明らかである。

9

TCD-GC：Thermal Conductivity Detector Gas Chromatography、熱電導度検出ガスクロマトグラフィー82

図 7-3メタン生成量、メタン転換率と時間との関係

83

汚泥と言っても単種の菌体から構成されている訳ではなく、様々な菌体が集まった集合体である。一般的にある環境で育った汚泥を組成の異なった新しい排水に対応させるには、汚泥に新しい排水を与え続けて慣れさせる事が必要である。
これは馴致あるは馴養といわれ、3～数か月の期間が必要とされる。新しい環境で長期間育てる事で汚泥中の菌体の分布が変わり、新しい排水を高い速度と高い転換率で分解できる様になる。今回に即して言えば、グルコースや酢酸を分解できる菌体が優勢な組成から、メタノール、アセトン、フェノール、腐植物質を分解できる菌体が優勢な組成に移行させる事である。その観点から言えば、転化率が低く、生成速度が遅くとも、分解できる菌が使用した食品工場の汚泥内に存在する事は確認できた。
しかしながら、汚泥の馴致あるいは馴養は、実際に商業プラントが建設されるインドネシアなどの場所で行う必要がある。その意味で今回の結果は「水熱反応排水は一
般的なメタン発酵菌で簡単に分解できるものではないが、馴致あるは馴養で処理できる可能性がある」と解釈すべきであり、「今後のデモプラントによる研究開発で検討すべき周辺プロセスの一つの項目が明らかになった」と考えるべきである。
速度と転化率の低さからメタン発酵に対する阻害物質の存在の可能性も考えられるが、馴致あるは馴養の過程で「阻害物質に耐性のある菌体を育成する」、「阻害物質そのものを分解してしまう菌体を育成する」ことで解決を図る事が可能と考えられる

84

最適水素化プロセスの選定
Cat-HTR プロセスで改質炭とともに副生する合成油は、①酸素含有量の多さ（＝酸価の高さ）、②不安定さ（＝重合し易さ）、③重質な為に軽質留分と中間留分の得率が低すぎる、の3 点から原油として扱う事ができない。通常の原油に対して 1%とか 2%の割合で混合すれば処理する事は可能であるが、含酸素化合物によって処理後の製品の酸化は上昇し、重合物で装置の汚れや閉塞は加速し、軽質留分と中間留分の得率は合成油を混ぜただけ低下するだけであって、本質的な対策にはなっていない。よって、水素化処理などによって合成油を改質する必要がある。
上に挙げた合成油の問題がそのまま改質プロセスのターゲットとなる。それぞれについて記載すると以下となる。①含酸素化合物は水素化で酸素原子を水として除去する。②重合し易いオレフィンやジエンは水素化して安定なパラフィンに転化する。③重質物は分解して軽質留分と中間留分の増加を図る。しかしながら、単なる熱分解では②で問題となるオレフィ
ンやジエンが発生するので水素化分解が必要である。
水素化によるジエンとオレフィンの除去
水熱反応は超臨界状態の水の酸性を利用した熱分解である為、オレフィンやジエンといった不安定な不飽和化合物が生成する。これが高温の水素化反応器に入ると急激に重合し、装置の汚れ、ひいては閉塞を起こす。水素化プロセスの最初は汚れと閉塞を防止する為の条件設定が必要である。
水素化による酸素の除去
石油は長時間地中で熱変性を受けた為に分子中の酸素は非常に少ない。これに対して褐炭
は石油より若い為に分子内に酸素を多く含み、水熱反応で分解して酸素を CO2 として除去
し、低分子含酸素化合物を水側に抽出した後でも、合成油の分子内に取り込まれている酸素は多い。酸素含有量が高い燃料油は、一般に酸価も高く燃料規格を外れてしまう為、酸素の除去が必要となる。
水熱反応で除去できなかった酸素の除去に同様の熱分解を採用する事は得策でなく、水素化反応で酸素分子を水として除去する事になる。水素化触媒にとって水は好ましくない
為、反応後すみやかに油水分離で除去する必要がある。
水素化分解による重質分の軽質留分/中質留分化
オレフィンとジエンが除去され、酸素分子も低減されれば石油の重質留分と同じ取り扱いが可能になる。代表的な重質油分解プロセスとしては流動接触分解(FCC)と水素化分解がある。熱分解である流動接触分解を採用すると、再度の水素化が必要である点と流動接触分解は複雑なプロセスであり大規模処理でなければ経済的に不利になる点の 2 つから水素化
分解プロセスを採用する。
水素化分解で生成した軽油留分のセタン価が不足する場合は芳香族環を水添してナフテン
85

に変換する水素化反応器が必要になり、ガソリン留分のオクタン価が不足する場合は脱水素反応器を設置する必要がある。いずれの場合も石油精製で実績のある触媒プロセスであり技術導入を行えば十分であり、研究開発的な要素は無い。
水素化分解プロセスの概要
以上をまとめると、水素化による合成油改質プロセスとして図 7-4 が得られる。各反応器の SV（滞留時間）と反応器容積を表 7-8 にまとめる。
水素化工程の主要機器は、表 7-9 の通りである。

図 7-4

水素化による合成油改質プロセス

表 7-8

反応器容積

SV [1/hr]

反応器容積 [m3]水素化脱酸素

0.3

145

水素化

0.4

103

水素化分解

0.4

103

芳香族水素化

1.7

24

86

表 7-9

水素化工程の主要機器リスト

反応器
低温選択水添反応器
水素化脱酸素反応器
水素化分解反応器
芳香族水素化反応器槽
低温選択水添反応器気油水三相分離槽
水素化脱酸素反応器気油水三相分離槽
水素化分解反応器気液二相分離槽
芳香族水素化反応器気液二相分離槽
製品蒸留塔塔頂受槽
塔
製品蒸留塔
熱交換器
原料予熱熱交低温選択水添反応器入口熱交
水素化脱酸素反応器入口熱交
水素化分解反応器入口熱交
芳香族水素化反応器入口熱交
製品蒸留塔加熱器
製品蒸留塔凝縮器
製品蒸留塔未凝縮ガス冷却器
ポンプ
低温選択水添反応器フィードポンプ
水素化脱酸素反応器フィードポンプ
水素化分解反応器フィードポンプ
芳香族水素化反応器フィードポンプ
製品蒸留塔フィードポンプ
製品蒸留塔凝縮器ポンプ
圧縮機
水素圧縮機

87

最適事業規模における設備検討
平成 28 年度報告書では 300 万 t/年規模の商業プラントを想定してスタディを行った。今年
度は 300 万 t/年規模という最終的な上がりの姿ではなく、その途中の事業立ち上げの過程で必要となる商業プラントの規模の検討を行う。
開発段階にある Cat-HTR プロセスに基づいて事業を立ち上げるビジネスモデルとして、「褐炭鉱山の山元に褐炭改質プロセスを建設し、改質炭は製品として港まで搬出して日本に輸出する。副生する合成油、分解などで発生するガス、排水に溶解する有機物、の 3 者は褐
炭鉱山山元での自家使用を想定する。すなわち、「副生する合成油は水素化で改質して軽油とし、分解ガスはガスタービンで発電、排水中有機物はメタン発酵でガス化」を想定する。
事業候補地の条件調査、および、装置規模
上記のビジネスモデルを採用した為、プラントの規模は鉱山で使用する軽油量によって決定される。事業化の候補地であるインドネシアに出張してヒアリングした結果、鉱山での軽油の年間自家使用量としては 1 鉱山の場合 6.5[万 kL/年]、3 鉱山の場合には 16[万 kL/年]
である事が判った。よっての 6.5[万 kL/年]と 16[万 kL/年]の 2 ケースを想定し、さらに経済的に成立する、すなわち IRR＝15%を超えるケースとして 40[万 kL/年]の計 3 ケースを検討する。
Cat-HTR プロセスでの合成油の得率は原料褐炭品位の影響を受ける。よって想定鉱山の褐炭組成から合成油の収率を推定する必要がある。前章で褐炭の組成から合成油と改質炭の収率が推定されているが、プロセス設計にはこれ加えてガスと水溶性有機物の収率も推定する必要がある。ガスと水溶性有機物の収率はパイロット装置での実績値を按分して求め、各成分の収率は表 7-12 の値を使用した。

表 7-10項

想定した収率

目

収

率

ガ ス

11.39%

合成油33.20%

改質炭

47.50%

水溶性有機物

7.91%

88

概略プロセスフロー作成
今回の検討対象の範囲を図 7-5 に示す。改質炭はトラックで出荷されるが、燃料油製品は
3 鉱山に供給する場合はローリーにて出荷される。1 鉱山の場合にはローリー出荷設備は不要となる。それ以外の設備に関しては不要になるものはなく、装置規模が小さくなっても必要と考えた。
上記の収率から年間 6.5[万 kL/年]、16[万 kL/年] 、40[万 kL/年]の物質収支を計算した。

図 7-5

検討範囲

89

設備コストと経済性の精査
前述した異なる軽油生産量条件で設備費、運転費を算定し、経済性試算を行った。結果を
表 7-11 に纏める。
表 7-11

軽油生産量と経済性

年間軽油生産量
Cat-HTR設備
発電/水処理/出荷
水素化処理
水素化分解
芳香族水素化
設計費など
設備費 計[万kL/年]
6.5
115
億円
47
億円
設
50
億円
15
備
億円
5
億円
費
10
億円
242
億円
製品単価 $/t
数量千t 収入億円
売
PCI
85
85
8
上
収
780
44
38
軽油
入
46
収入 計
億円
数量万t 費用億円
単価
30 $/t29
10
石炭費
Cat-HTR運転費
2
億円/式
1
2
製
2,000 円/t
51
水素化処理運転費
造
2,000 円/t41
水素化分解運転費2,000 円/t
10脱水素運転費
費0.54 億円/式
31.6
合成油改質人件費
12
5％
保全費
27
製造費 計
億円
4
運送費
億円
31
費用計
億円
減価償却費（7年定額）
35億円
15
営業利益（税前キャッシュ）億円
15.9
単純投資回収年年
IRR（10年）
-6.8
％

90

16

40

175
83
85
25
10
20

285
138
150
40
20
30

398
数量千t 収入億円
210
20
108
93
113
数量万t 費用億円
71
24
1
2
13
3
11
2
2
0
3
1.6
19

663
数量千t 収入億円
521
49
268
232
281
数量万t 費用億円
177
58
1
2
33
7
27
5
4
1
3
1.6
32

52
9
61
57
52
7.6
4.4

107
23
130
95
150
4.4
15.0

設備費低減策の検討
小規模になるほど設備費用の低減は投資効率改善の重要なファクターであり、その他コストダウンに繋がる種々の方策（以下項目）を検討する必要がある。
①

水素化プロセスの統合②

最適触媒の選定・探索③

具体的なプラント建設用地の選定④

具体的なプラント立地場所での総合的エネルギー利用

91

経済性の 2 次 FS
昨年度の結果
昨年の 1 次 FS の結果の概要を下表に取り纏める。
表 8-1

製品

A 炭のケース毎の経済性試算結果例

売上

Capex

A炭
輸送費

Opex

利益

投資回収 IRR（億円） （億円/年） （億円/年） （億円/年）
運送費 （億円/年） （年） （%）

ケース 1

改質炭/合成油

960

436

228

77

131

7.3

ケース 2

改質炭/代替原油

1,150

541

252

65

224

5.1 11.7

ケース 3

改質炭/重油

1,235

582

256

65

261

4.7 13.5

ケース 4 改質炭/軽油/ナフサ

1,305

744

274

64

406

3.2 23.1

ケース 5 改質炭/軽油/化学品

1,340
751
277
64
410
3.3 22.7*ベース条件：原油価格 80USD/bbl、石炭価格 30USD/t の場合製品としては改質炭/合成油ではなく、改質炭/軽油/ナフサの組み合わせが最も優れた PJIRR を示し、改質炭/軽油化学品の製品組み合わせが続いた。これは「液体製品の付加価値/を上げた方が経済性に優れる」ということを意味している。
1 次 FS では原料褐炭 300 万 t/年のケースを想定した為、建設費が 1,300 億円を超える投資となった。これに対して、本年度行う 2 次 FS では鉱山山元で軽油を自家消費する前提で装置規模を小さくする検討を行うが、製品付加価値を上げた方が経済性に優れる原則は不変である。

製造コストの構造
今回の検討結果（軽油量として 6.5、16、40 万 kL/年、原料乾燥褐炭ベースで 17、43、108
万 t/年）と前回の検討結果（軽油量として 67 万 kL/年、原料乾燥褐炭ベースで 300 万 t/年））
を費用の観点から下表にまとめる。
表 8-2

年間原料消費量
設備費 計
石炭費
運転費

保全費
製造費 計
運送費
減 価 償 却 費 （ 7年 定 額 ）合計

原料消費量と各費用

万t/年
億円/年

17
242
10
6
12
27
4
35
65

億円/年
億円/年
億円/年
億 円 /年
億 円 /年
億 円 /年
億 円 /年
92

43
398
24
9
19
52
9
57
118

108
663
58
17
32
107
23
95
225

300
1,305
152
59
62
274
64
186
525

4.9

規模を小さくする事で設備費を含めた費用全てが小さくなっているが、製品量も減少して売上が小さくなる事が問題である。
売上は製品価格に影響されるので、装置規模を小さくしたことによる効果を製造原価から考察する。費用全体が 100 となる様に各費用の構成比を計算し、それを表 8-3 および図 81 に示した。
表 8-3

原料消費量と各費用（割合）万t/年

年間原料消費量

17

石炭費
運転費
運送費
保全費
減 価 償 却 費 （ 7年 定 額 ）

図 8-1

15%
9%
6%
18%
53%

43

108

20%
8%
8%
16%
48%

26%
7%
10%
14%
42%

300
29%
11%
12%
12%
36%

原料消費量と各費用（割合）

装置規模が小さくなるい従い、設備関係の費用（減価償却費と保全費）の占める割合が増加し、最小の 17 万 t 褐炭/年ケースでは費用の 70%近くを設備関係の費用が占める事になる。
以上は費用全体を 100%で規格化した観点からの考察であるが、費用を積上げで考える観点も必要であり、実際は製造コストに占める原料費はほぼ一定で、設備費などが上乗せされて総コストを形成する。原料費を 100%とした積上げグラフを次に示す。

93

図 8-2

原料消費量と各費用の積み上げグラフ（割合）300 万 t-褐炭/年ケースに比較して 17 万 t-褐炭/年ケースでは設備関係の費用の増加で製造コ
ストが倍近くに増加している事が判る。生産量が少なくなっても運転員の数は変わらない
為、運転費用も規模の低下に伴い上昇しているがわずかである事が判る。（300 万 t 褐炭/年ケース→108 万 t-褐炭/年ケースで運転費が若干減少しているが、これは 300 万 t 褐炭/年ケースが昨年の実験液収率を使用し、108，43、17 万 t-褐炭/年ケースが今年の新モデルによる推定
液収率を用いている事に起因する）

小規模最適事業モデルの経済試算例
第 7 章「最適事業規模における設備検討」の「(3)設備コストと経済性の精査」で示した
ように、15%の IRR を維持できる最小サイズは 40 万 kL/年程度と推定される。
このモデルは 300 万 t 褐炭/年をベースに作成されたものであり、鉱山山元で自家消費を前提とした小規模装置には見直した方が良い点もある。前提条件と規模の縮小で見直した項
目を以下に列記する。
①

液体燃料輸送は鉱山山元および近隣地区のみである為、液体燃料の運送距離を 50kmに縮小②

製品改質炭の輸送距離は従来と同じ 100km③

自家使用であり、既存の軽油タンクが使用できる事からタンク設備を 30%削減④

同じ理由で液体燃料出荷設備を 30%削減⑤

軽油の価格に関しては 780USD/t を使用⑥

液収率は本検討で採用した褐炭物性からの推定値（ガス収率＝11.4%、合成油収率＝33.2%、改質炭収率＝47.5%、水溶性有機物収率＝7.9%）を採用した。

⑦

その他の明記の無い数値などは第７章で使用した数値を使用
94

これらの条件を設備費、運転費、運送費などを見直して PJ-IRR を再計算し、IRR が 15%と達成する規模を求めた。年間軽油生産量 32 万 kL/年で目標の経済性 IRR=15%となり、旧モデルから 2 割程度の規模の縮小が可能となった。結果を表 8-4 に示す。
表 8-4

32 万 kL/年での見直し経済性費

年間軽油生産量
年間原料消費量
Cat-HTR設備
全水素化処理発電/水処理/出荷
設計費など
設備費 計

売
上
収
入

PCI
軽油
収入 計

設
備

製
石炭費
造
全運転費
保全費
費
製造費 計
運送費
費用計
減価償却費（7年定額）営業利益（税前キャッシュ）単純投資回収年
IRR（10年）

単位
万kL/年
万t/年
億円
億円
億円
億円
億円
製品単価 $/t
85
780
億円
単価
30 $/t
5％
億円
億円
億円
億円
億円
年
％

[万t]

[億円]
32
85
255
180
118
30

583
数量千t 収入億円
420
39
217
189
228
数量万t 費用億円
177
47
1
14.0
28
89
5
94
83
132
4.4
15.2

細かい見直して 32 万 kL/年（乾燥褐炭ベースで 85 万 t/年）の規模で 15.2%の IRR となった。設備費は乾燥褐炭ベース 300 万 t/年の場合の 1,305 億円が 583 億円と半減でき、投資に対するハードルはかなり低くなった。

95

考察褐炭改質プロセスはエネルギー装置であり装置スケールの影響を受ける為、基本的には技術的に問題が無い限りは規模を大きくすることが望ましい。これは石炭ガス化プロセス等の他の石炭プロセスと同じである。その観点では乾燥褐炭ベース 300 万 t/年クラス、あるいはそれ以上の大規模設備が最終的には望ましい。
今回の問題は「採用する Cat-HTR プロセスに実績が無く、投資リスクを下げる為に規模を下げる必要がある」であり、その観点から検討した結果、32 万 kL/年（乾燥褐炭ベースで 85
万 t/年）程度の規模が投資リスクと採算性のバランスがとれる最低限度である事がわかった。今後の経済性検討しては、更なる設備費の低減方策の検討と現地との情報交換による細かいコストダウンの積み上げが必要となる。（既存保有設備の活用による新設備の削減などが考えられる。
）

96

本共同スタディの纏めと課題
本共同スタディの纏め
表 9-1 に共同スタディの結果を要約する。
表 9-1

本共同スタディの纏め(1) 改質炭は実使用の低揮発分 PCI 炭に比較し、搬送性、燃焼性、ガス化
1.改質 炭の商 品
設計の深耕

反応性、SiO(g)揮発性、スラグ滓化性に優れる。灰付着性には注意を要する。
(2) オイリーコールから添加剤不要のブリケット製造が可能となった。
(1) 水素化を進めることでディーゼル燃料への展開が可能となった。
(2) 石炭の物性値からの指標パラメーターB およびパラメーターC は、合成
油収率の簡易予測に使える事が解った。

2.合成 油の商 品

また、高品質な中間留分を得るには、高 H/C の合成油が望ましく、原設計の深耕
炭の水素含有量が高い石炭が有利である。
(3) ピッチ検討は緒に就いたばかりであり、今後ピッチの歩留まりを向上させる為の芳香族化が必要である。

(1) Cat-HTR プロセスのパイロット装置を現物で確認して設計者に設計思想を確認し、今後の要確認項目を明らかにした。
3.製造 プロセ スの検討および
事業性検討(2) 水素化の各工程を明確にして各機器に求められる仕様を明らかにした。
(3) 液体燃料を鉱山で自家使用するケースで EPC コストを求め、事業化が成立する最小の規模は石炭処理量約 85 万 t/年、EPC コスト 583 億円
となった。

97

褐炭改質プロダクトの新規用途開発の検討
これまでの共同スタディでは、褐炭改質プロダクトは高付加価値燃料として検討してきたが、プロダクトの商品設計は、プロジェクトの投資規模、事業性、立地に影響与え、かつ時代のニーズによっても最適化を図る必要がある。この様な観点から、プロダクトの新規用途開発の可能性を検討したい。
図 9-1 に Cat-HTR プロダクトの商品設計例を示す。今までは、褐炭を改質し、PCI 代替および自動車燃料への転換ルート（黄色矢印）を中心に共同スタディし、石炭処理量 85 万 t/年（EPC
コスト 583 億円）までスケールダウンしても、事業性があることが解ってきた。
更に付加価値の高い製品に転換できれば、事業性を維持したまま更なるスケールダウンを行
い投資の低減を図ることが可能となる。本共同スタディでは、合成油の新規用途として燃料以外のピッチやバインダーおよび炭素材料への転換技術の検討を開始したところであり、今後も継続してその可能性を見極めていく。
また、改質炭の新規用途としては、油分分離後の改質炭ブリケットのコークス代替としての可能性を探索していきたい。燃料用途も含めた油商品化の現状と課題を表 9-2 に纏めた。

図 9-1

Cat-HTR プロダクトの商品設計

98表 9-2

製品

特徴等

商品化に向けた課題

商品

商品価値

ターゲット

利点

有望

高発熱量・低水分

PCI 炭

PCI 炭

改

低揮発分・低灰分

一般炭代替

電力用炭

質

燃焼性優良

炭

自然発熱問題ない
オイリーコールブリケットの含油分の粘結性効果

水

ガス化用炭
可能性

コークス代替検討

・安価なブリケット製造プロセス
・PCI 炭実機トライアル・オイリーコールブリケットの
高温乾留の検討
・水素化難易度の炭種依存性検証

水素化処理により容易

船舶油

有望

に重油用途に改質可能

重油

重油

軽油

有望

ガソリン

軽油

向上策の検討

化学品(BTX）

ナフサ

・実用性能試験

素合商品化への課題

・高効率プロセスの検討
・実用性能試験化処

成 理

水素化分解により高付加価値化展開可能・水素消費量の低減・軽質留分収率

油
ピッ

芳香族/脂肪族炭素チの程よいバランス

化

バインダー

可能性

ピッチ

検討

炭素材

・改質試験の条件適正化
・添加物の検討
・触媒の検討

事業化に向けた今後の検討課題
これまでの 3 年間の共同スタディから、コプロダクション型褐炭改質技術の Cat-HTR プロセ
スからの製造物は高付加値のポテンシャルがあり、将来有望な事業になる可能性があることを述べてきた。
今後、例えば 2020 年代半ばでの事業化を想定した場合、2020 年頃までに解決すべき検討課
題を下記に列挙してみる。
①

商品設計の更なる深耕 改質炭の PCI 炭としての実用性評価
鉄鋼メーカーの実機（高炉）でのトライアルにより PCI 炭としての実用性評価を行う。
 改質炭の燃料以外の高付加価値化検討
コークス代替等の検討
 合成油の燃料油としての実用性評価
大量の水素化精製サンプルを製造し、重油や軽油としての実用性試験を実施する。

99

（エンジン試験や燃焼性試験等）
 合成油の新規用途の見極め
より商品価値が高い炭素材やバインダーピッチとしての利用可能性を検討する。
②

Cat-HTR プロセスおよび合成油処理の実証機規模プラントでの連続運転試験の実施
実証機での連続運転試験を実施し、プラント運転性・信頼性を確認しながら、スケールアップの為のノウハウの蓄積と、上記商品設計のトライアル試験に使用するサンプルの製造を行う。

③

詳細 FS の実施
実証試験と並行して、最適プロセスの評価選定と設計、EPC コストの削減、最適立地および最適炭の選定等を主体とした詳細 FS を行い、事業判断材料とする。

おわりに石炭は他の資源に比べ、地政学的リスクが少なくかつ安価である反面、環境負荷が大きい為、国内の利用においては、近年慎重な議論がなされている。
しかし一方、全世界的には、これから旺盛な経済発展が見込まれるインドや東南アジアを中心に、石炭は、今後とも需要が拡大するエネルギーとして位置づけられているのも事実である。
その上で、既に実用レベルにある我が国の誇る CCT（Clean Coal Technology）技術の移転活用は、現実に則した解決策の一つであり、加えて更なる新機軸の利用技術開発も望まれるところである。
この様な観点から、今までにない触媒水熱反応によるコプロダクション型 Cat-HTR プロセスは高付加価値製品が製造でき、かつ経済性が期待できる為、時代のニーズに応えるプロセスではないだろうか。
とりわけ、未利用な褐炭資源を有するインドネシアにおいては、本プロセスから高付加価値の PCI 炭と燃料油が製造できれば、これらを輸入に頼らずにすみ、また我が国にとってもエネ
ルギー安全保障や日の丸資源獲得に繋がれば一石二鳥や三鳥もの効果が期待できる。
また、本プロセスではインドネシア褐炭は、豪州褐炭より合成油の収率が高い事も解ってきており、我が国のインドネシア事業展開の中に組み込むことができれば、開発に弾みをつけるものと思われる。
一方、豪州 ALDP 補助事業としての Cat-HTR プロセスの石炭での実証試験が保留され、早期スケールアップの機会を逸したが、これに替わり、石炭以外の原料（バイオマス、廃プラスチック）を用い合成油製造を主体とした実証機や商業機へのスケールアップ計画がある。技術的な見地からはその進捗動向および建設コストなどを注視しておきたい。
また、インドネシアの石炭会社は自社褐炭からの燃料油製造に興味を持っており、実証試験を立ち上げる上でもコンタクトを継続する。
今後、更なる商品設計の深耕や EPC コストの低減を図り、実証試験に繋げられるようなスタディを展開し、2020 年代半ばでのインドネシアでの事業化を模索していく。

100最後に、3 年間の共同スタディの共同事業者として多大なご支援と貴重なアドバイスを賜った独立行政法人石油ガス・金属鉱物資源機（JOGMEC）石炭開発部

石炭技術課の皆様に感謝

致します。
以上

101

引用文献一覧(1) H.Matsuoka et.al The Influenth of Rank and Maceral Composition on Ignition and Char burn outof Pulverized coal,.Coal Characterization for conversion Processes 1986
(2) 森本正人（京都大学 博士論文）

2008 年

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