中国海洋石油総公司（青島）重油加工技術研究センター有限公司
機器保守技術、第32号、2021年
要旨：中国の科学技術の継続的な発展は、社会のさまざまな分野の発展を促進してきました。同時に、経済力と国家全体の力を効果的に強化してきました。回路製鋼プロセスの重要な部分であるニードルコークスは、主に黒鉛電極の製造に使用されます。リチウム電池製品の製造、原子力産業、航空分野で重要な役割を果たしています。科学技術の促進を背景に、電気炉製鋼技術の継続的な最適化と改善が促進され、社会生産の発展の要求を満たすために、研究開発および生産プロセスにおけるニードルコークスの対応する基準と要求が絶えず更新されてきました。製造プロセスで使用される異なる原料により、ニードルコークスは石油系と石炭系に分けられます。具体的な適用結果から、石油系ニードルコークスは石炭系よりも強い化学活性を持つことがわかります。本稿では、石油ニードルフォーカス市場の現状と関連技術の研究開発プロセスにおける問題点を研究し、石油ニードルフォーカスの生産開発における困難と関連する技術的困難を分析する。
I. はじめに
ニードルコークスは黒鉛電極の製造において重要な役割を果たします。現状では、米国や日本などの先進国はニードルコークスの研究開発と生産を早期に開始し、関連技術の応用も成熟傾向にあり、石油ニードルコークスのコア製造技術を確立しています。これに対し、石油分野におけるニードルコークスの独自研究開発と生産は遅れて始まりました。しかし、市場経済の継続的な発展と様々な産業分野の総合的な拡大に伴い、近年、石油分野におけるニードルコークスの研究開発は飛躍的な進歩を遂げ、工業生産を実現しています。ただし、品質や使用効果においては、輸入品と比べるとまだ若干の差があります。したがって、石油システムにおける現在の市場発展状況と技術的課題を明確にする必要があります。
II．石油ニードルコークス技術の応用に関する序論と分析
（１）国内外における石油ニードルコークスの現状分析
石油ニードルコークス技術は1950年代に米国で誕生した。しかし、我が国は公式には
石油ニードルコークスの技術と製造に関する研究は1980年代初頭に始まりました。国の技術研究開発政策の支援の下、中国の研究機関は石油ニードルコークスに関する様々な試験を実施し、様々な試験方法を絶えず探求・研究してきました。さらに、1990年代には、我が国はニードル集中石油システムの製造に関する多くの実験的研究を完了し、関連特許技術を申請しました。近年、関連する国の政策の支援を受けて、多くの国内科学院や関連企業が研究開発に投資し、業界内での生産と製造の発展を促進してきました。石油ニードルコークス技術の研究開発レベルも継続的に向上しています。この現象の主な理由は、石油ニードルコークスに対する国内需要が大きいことです。しかし、国内の研究開発と製造は市場の需要を満たすことができず、国内市場の大部分は輸入品で占められています。現在の発展状況を鑑みると、石油ニードルフォーカス技術の研究開発および製造に対する注目度は高まっているものの、技術研究開発のレベルという点では、関連技術の研究開発を阻害するいくつかの困難があり、それが我が国と先進国との間に大きなギャップを生み出している。
（２）国内石油ニードルコークス企業の技術応用分析
国内外の製品の品質と適用効果の分析に基づくと、石油ニードルコークスの品質の差は主に熱膨張係数と粒度分布の2つの指標の差によるものであり、製品品質の差を反映していることがわかる[1]。この品質の差は主に製造工程における生産上の困難によって引き起こされている。石油ニードルコークスの具体的な製造プロセスと方法の内容と合わせて考えると、そのコアとなる製造技術は主に原料の前処理レベルに関するものである。現在、山西宏特化工有限公司、中鋼（鞍山）、錦州石油化工のみが量産を実現している。対照的に、錦州石油化工の石油ニードルコークスの生産および製造システムは比較的成熟しており、装置の処理能力は継続的に向上しており、生産される関連製品は市場で中高レベルに達しており、高出力または超高出力の製鋼電極に使用できる。
III．国内石油ニードルコークス市場の分析
（１）工業化の加速に伴い、ニードルコークスの需要は日々増加している。
我が国は世界有数の工業生産国であり、それは主に我が国の産業構造の形態によって決定づけられている。
鉄鋼生産は、我が国の経済発展を促進する重要な産業の一つでもあります。このような背景のもと、ニードルの需要は日々増加しています。しかし現状では、我が国の技術研究開発レベルと生産能力は市場の需要に見合っていません。主な理由は、実際に品質基準を満たす石油ニードルを専門とする企業が少なく、生産能力が不安定であることです。関連技術の研究開発は現在進んでいますが、高出力または超高出力の黒鉛電極を満たしたいという要望には大きなギャップがあり、これが石油ニードル製品の品質管理の障害となっています。現在、ニードル測定コークス市場は、石油ニードル測定コークスと石炭ニードル測定コークスに分かれています。対照的に、石油ニードル測定コークスは、プロジェクト開発量または開発レベルのいずれにおいても石炭ニードル測定コークスよりやや劣っており、これも中国の石油ニードル測定コークスの効果的な拡大を阻害する主な理由の一つとなっています。しかし、鉄鋼業界の生産技術レベルが継続的に向上するにつれて、鉄鋼生産および超高出力黒鉛電極の製造需要が増加しています。これはまた、我が国の産業発展レベルの継続的な向上と工業化プロセスの加速に伴い、ニードルコークスの需要がますます大きくなることを示しています。
（２）ニードルコークス市場の変動価格分析
我が国の現在の産業発展レベルと産業構造および産業内容の調整によれば、石油系ニードルコークスは石炭系ニードルコークスよりも我が国に適していることがわかっています。これは、ニードルコークスの需給不均衡の国内状況をさらに悪化させるため、石油系システムの需給不均衡状況を解決するには、輸入に頼るしかありません。近年の輸入製品の価格変動特性の分析から、輸入石油ニードルコークス製品の価格は2014年以降上昇していることがわかります。したがって、国内産業にとって、供給ギャップの拡大と輸入価格の上昇に伴い、石油ニードルコークスは中国のニードルコークス産業における新たな投資ホットスポットとなるでしょう[2]。
4. 当社のオイルニードルの研究開発および生産技術の課題分析
（１）原料前処理の難しさの分析
石油ニードルコークスの生産・製造工程全体を分析すると、原料の前処理において石油が主原料となるが、石油資源の特殊性から、原油は地下から採掘する必要があり、我が国の石油原油は採掘・処理工程で様々な触媒を使用するため、石油製品には一定量の不純物が含まれる。この前処理方法は石油ニードルコークスの生産に悪影響を及ぼす。さらに、石油自体の組成は主に脂肪族炭化水素であり、芳香族炭化水素の含有量は低いが、これは既存の石油資源の特性によるものである。高品質の石油ニードルコークスの製造には、原料に対する厳しい要件があり、芳香族炭化水素含有量が高く、低硫黄、低酸素、アスファルテンなどの石油を原料として選択し、硫黄の質量分率が0.3%未満、アスファルテンの質量分率が1.0%未満であることが要求されることに注意する必要がある。しかし、原油組成の検出と分析に基づくと、我が国で処理される原油のほとんどは高硫黄原油に属し、芳香族炭化水素含有量の高いニードルコークスの製造に適した油が不足していることが判明した。油中の不純物を除去することは大きな技術的困難である。一方、現在、研究開発と製造においてより成熟している錦州石油化学は、石油ニードルコークスの製造および処理プロセスにおいて、ニードルコークスの製造に適した原料を必要としている。原料不足と品質の不安定性は、ニードルコークスの品質安定性を制限する主な要因の1つである[3]。山東宜達新材料有限公司は、石油ニードルコークス製造ユニット向けに原料の前処理を設計・採用した。
同時に、固体粒子状物質を除去するために様々な方法が採用された。ニードルコークスの製造に適した重油を選定することに加え、原料中の有害物質はコークス化前に除去された。
（２）石油ニードルコークスの遅延コークス化プロセスにおける技術的困難の分析
ニードルコークスの製造工程は比較的複雑であり、特定の処理工程における環境温度変化や運転圧力の制御には高い要求が課せられます。ニードルコークス製造におけるコークス化工程の難しさの一つは、コークスの圧力、時間、温度を科学的かつ合理的に制御し、反応時間を基準値に満たすことができるかどうかです。同時に、コークス化工程のパラメータや具体的な運転基準をより適切に最適化・調整することは、ニードルコークス製造全体の最適化と品質向上にも重要な役割を果たします。
加熱炉を用いた温度変化操作の主な目的は、ニードルコークスの製造工程において、周囲温度を所定のパラメータに達させるため、標準操作を標準通りに実施することです。実際には、温度変化操作は、コークス化反応を遅らせつつ、低温でゆっくりとした環境下でコークス化反応を促進することで、芳香族縮合を実現し、分子の規則的な配列を確保し、圧力作用下で分子が配向・固化することを確保し、状態の安定性を促進することを目的としています。加熱炉は石油ニードルコークスの製造工程全体において不可欠な操作であり、特定の温度範囲パラメータには一定の要件と基準があり、下限は476℃、上限は500℃を超えてはならないと定められています。同時に、可変温度炉は大型の設備であるため、各塔のニードルコークスの品質の均一性に注意を払う必要があることも指摘しておくべきです。各塔では、供給工程において温度、圧力、風速などの要因が変化するため、コークス塔後のコークスの品質は不均一で、中低品質となることがあります。ニードルコークスの品質均一性の問題をどのように効果的に解決するかは、ニードルコークスの製造において考慮すべき問題の一つです。
5．石油ニードルコークスの将来的な発展方向の分析
（a）国内石油システムニードルコークスの品質の継続的な向上を促進する
ニードルコークスの技術と市場は、米国と日本が支配してきました。現在、中国におけるニードルコークスの実際の生産には、品質の不安定性、コークス強度の低さ、粉状コークスの多さなどの問題が残っています。生産されたニードルコークスは、高出力および超高出力黒鉛電極の生産に大量に使用されていますが、大径超高出力黒鉛電極の大量生産には使用されていません。近年、当社のニードルコークスの研究開発は止まることなく、製品の品質は継続的に向上しています。山西宏特煤炭化工有限公司、中鋼煤測定ニードルコークス、錦州石油化工有限公司の石油シリーズニードルコークスユニットは、年間4万～5万トンの規模に達し、安定的に稼働し、品質を継続的に向上させています。
（２）石油ニードルコークスの国内需要は引き続き増加している
鉄鋼業の発展には、超高出力電極と高出力電極が大量に必要とされています。こうした状況下で、超高出力電極と高出力電極の製造に必要なニードルコークスの需要は急速に増加しており、年間約25万トンと推定されています。中国の電気炉鋼の生産量は10%未満であり、世界の平均生産量は30%に達しています。中国の鉄スクラップは1億6000万トンに達しています。現状から判断すると、長期的には電気炉鋼の発展は避けられず、ニードルコークスの供給不足も避けられないでしょう。したがって、生産ニーズを満たすために、原材料の供給源を増やし、製造方法を改善するための対策を講じる必要があります。
（３）市場需要の拡大は、国内の研究開発技術レベルの向上を促進する。
ニードルコークスの品質のギャップと需要の増加により、ニードルコークスの開発を加速させる必要が生じています。ニードルコークスの開発と生産の過程で、研究者たちはニードルコークスの生産の難しさをますます認識し、研究努力を増やし、生産を導くための実験データを取得するために小規模およびパイロット試験設備を構築してきました。ニードルコークスの処理技術は、増大する需要を満たすために絶えず改善されています。原料と製造方法の観点から、世界的な石油不足と硫黄含有量の増加は、石油系ニードルコークスの開発を制限しています。山東宜達新材料有限公司では、石油系ニードルコークスの新しい原料前処理工業生産設備が建設され、稼働を開始し、石油系ニードルコークスの優れた原料が生産され、石油系ニードルコークスの品質と生産量が効果的に向上します。
投稿日時：2022年12月7日