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日本の企業連合、ナフサ分解炉を85%アンモニアで運転 NOx排出量は既存水準を維持

日本の企業連合が、主要バーナーを100%アンモニア化する一方で火炎調整用バーナーはメタン系オフガスを継続し、ナフサ分解炉を熱量換算85%のアンモニア燃料で運転、窒素酸化物排出量は既存水準を維持、完全アンモニア燃焼化と商用規模実証は今後の課題として残る

ナフサ分解装置内でアンモニア燃料を燃焼させる産業用炉バーナーのイラスト、燃料配管とゲージが見える

日本政府基金の下で活動する4社連合が、石油化学コンプレックス内で主要なCO2排出源の一つであるナフサ分解炉を対象に、新たに開発したアンモニア燃焼バーナーを用いた試験を実施した。同炉は熱量換算で投入熱量の85%をアンモニアで燃焼させ、参加企業はこれを世界最高水準の比率としており、窒素酸化物(NOx)排出量は既存の炉と同水準に保たれた。

NEDO、三井化学、丸善石油化学、東洋エンジニアリング、双日マシナリーが共同で進める本事業では、炉のバーナーを二つの役割に分けた。炉内の熱の大半を供給する床バーナーは100%アンモニアで運転した。火炎形状の調整や炉内温度の均一化に使う壁バーナーは、副生メタンを主成分とする従来のオフガスで運転を続けた。この組み合わせが炉全体で85%という数字を生んだ。熱負荷が最も大きい部分では完全にアンモニア燃焼とし、それ以外はメタンで補う形だ。

工学的な課題は決して小さくない。アンモニアはメタンより燃焼速度が遅く、燃料由来のNOxを生成するため、バーナー設計には安定した火炎の保持、ナフサをエチレンとプロピレンに分解する反応管への十分な熱供給、そしてNOx抑制を同時に満たすことが求められる。ナフサ分解炉は石油化学コンプレックス内で単一のCO2排出源としては最大級であり、アンモニアは燃焼時に二酸化炭素を排出しないため、燃料をオフガスからアンモニアに転換することは、エチレンとプロピレンを生産する化学プロセス自体を変えずに燃焼排出量を削減する数少ない手段となる。

本事業はNEDOのグリーンイノベーション基金事業のうち、プラスチック関連のCO2技術を対象とするプログラムに位置付けられ、2021年度から2030年度まで実施される計画となっている。「世界最高水準」という評価は参加4社による比較であり、2026年8月現在のものであって、商用炉ではなく試験炉について述べたものである。

次の段階では壁バーナーもアンモニアに転換し、現在の混合方式ではなく炉全体を100%アンモニアで運転することを目指す。同連合は商用規模のナフサ分解炉への適用に向けた技術開発と実証も進める計画で、これを石油化学産業の脱炭素化とエチレン・プロピレンなど基礎化学品の安定供給の両立につなげる取り組みと位置付けている。