天然ガスは、世界のほとんどのメタノール生産で使用されている原料です。 メタノールは、炭素と水素を含む再生可能および非再生可能な化石燃料から作られる一次液体の石油化学製品である。 炭素原子1個を含むメタノールは、最も単純なアルコールである。 無色無味の液体で、一般に「木アルコール」として知られています。

余剰ガスは、化学用（または燃料用）メタノールを生産し、市場に輸送することで収益化することが可能です。 1980年代以降、メタノール市場の仕組みに大きな変化があった。 遠隔地のメタノール生産者が、顧客の近くにある老舗の生産拠点よりも市場シェアを拡大し始めたのだ。 この変化の原動力となったのは、ガスの経済性である。 ガス需要が高まるにつれ、北米や欧州のメタノール生産者は圧迫されてきた。 メタノールは輸送が容易なため、メタノール生産はガスの安い遠隔地に移ったのである。 図1は、メタノールから得られる製品の範囲を示したものである。 メタノールは、燃焼効率の良いガソリンの添加剤であるメチルターシャリーブチルエーテルに大量に使用されている。 メタノールは、乗用車、小型トラック、大型トラック・バスのガソリンや軽油の代替となりうる数多くの燃料の一つである。 メタノールは、その優れた性能と火災安全性から、インディアナポリスタイプのレーシングカーに使用される唯一の燃料である。

  • Fig. 1-ガスのマネタイゼーションへの間接的な GTL ルート

    History

    Methanol は最初木材の破壊蒸留で生産されました。 需要の増加に伴い、メタノールを経済的に生産するための合成法が開発された。 合成ガス化学の先駆的な研究を行ったBaden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik（BASF）は、1913年にメタノール生産に関する最初の特許を取得した。 最初の商業規模の合成メタノール工場は、1923年にBASF社のロイナ工場で稼働を開始した。 このメタノール製造プロセスは、亜鉛／クロミア触媒をベースに、300barの圧力と300℃を超える温度で、炭素酸化物と水素をメタノールに変換するものだった。 高圧であるため、装置の大きさに制限があるだけでなく、製品1トンあたりのエネルギー消費量も大きい。 1970年代初頭、Imperial Chemical Industries（ICI）社が開発した低圧メタノール合成法が実用化された。これは、より低い圧力（< 100bar）と温度（200〜300℃）で作動する銅触媒を用いた合成法である。 このプロセスはICIの低圧メタノールプロセスと呼ばれていた。

    メタノールプロセス

    メタノール製造には通常3つのステップが必要である。

    • Syngas preparation
    • Methanol synthesis
    • Methanol purification/distillation

    Syngas preparation

    合成ガスの準備は、Fisher-Tropsch （FT） gas to liquids （GTL） プロセスと非常に似ていますが、大きな違いは合成ガスを生成するときの規模にあります。 メタノール合成用の合成ガスは、天然ガスの部分酸化（POX）または水蒸気改質で調製することができます。 重炭化水素や硫黄の不純物が少ない天然ガス原料の場合、水蒸気改質ベースのプラントが最もコスト効率が高く、信頼性とエネルギー効率も高いと考えられています。 POXベースのユニットは、一般的に重炭化水素の原料（例：重油）からの合成ガス生成に適している。 天然ガス供給用のPOXベースのユニットは、より大きな空気分離プラントを必要とし、一般に、メタノール合成のための追加処理を必要とする亜酸化窒素合成ガスを生成する。

    天然ガスは、以下のスキームのいずれかを用いて水蒸気改質することができる。

    • 改質炉を用いた管状改質
    • 改質炉を用いた管状改質後に酸素吹自熱改質（ATR）
    • 改質炉を用いない熱交換型改質

    天然ガスを水蒸気改質する。 メタノール合成

    現在、すべての商業用メタノールプラントは気相合成技術を使用している。 合成ループの圧力、使用する反応器のタイプ、廃熱回収の方法によって、気相メタノール合成方式は大きく異なる。 最近の大容量メタノールプロセスでは、銅系触媒を使用した低圧合成ループを使用している。

    メタノール精製／蒸留

    化学量論数2以上の合成ガスを使用する気相合成反応器から受け取る粗メタノールには、過剰な水分（25～35%）が含まれる。 上槽で軽質成分を除去した後、精製塔でこの水と重質成分を除去する。 リボイラーの熱負荷は、通常、プラントの前段で合成ガスを冷却することによって得られます。 2塔式または3塔式の蒸留方式が一般的である。

    異なるライセンサーによって使用されるメタノール蒸留方式は類似している。 2塔式は設備投資額が少なく、3塔式はエネルギー消費量が少ないという特徴がある。 通常、合成ガス調製・合成部門との統合性が高い方式が選択される。 メタノールのプロセス技術については、複数の技術提供者がライセンス供与を行っている。

    • Synetix
    • Lurgi
    • Haldor Topsoe
    • Mitsubishi Chemicals
    • KBR

    Screening criteria

    数年前まで大規模単系列メタノールプラントは2000～2500トン/日と考えられていた。 しかし、スケールメリットや市場環境から、日産3000千トンを超える大型プラント建設に向かう傾向にある。 現在、日産5000トンのプラントが2基建設中であり、また、複数の大型メタノールプラントが検討されている。 世界規模のメタノールプラントの典型的なガス消費量は、原料のLHVに基づいて製品1トン当たり2800万〜3100万Btuであり、したがって日産5000トンのメタノールプラントは約157MMscf/Dのガスを使用することになる。

    メタノールの経済性は、生産コストとメタノールの販売価格に大きく依存します。 メタノールの市場は不安定で競争が激しく、価格変動が大きい。 メタノールの生産コストの主な構成要素は、ガス価格とプラントの投資コストである。 蒸気改質型メタノールプラントの投資コストについては、多くの文献で紹介されている。 合成ガス生成技術を用いた大規模なメタノールプラントの投資コストは、より低くなると予想される。 遠隔地の生産者は、メタノール製品を市場に運ぶための輸送コストも考慮しなければならない。

    メタノール需要

    米国におけるメチルターシャリーブチルエーテル（MTBE）の段階的廃止は、世界のメタノール需要に影響を与えるが、その廃止はゆっくりと長期化すると予想される。 メタノール市場は現在、十分な生産能力を持ち、飽和状態にあります。 2004-2005年までに新しい大容量プラントが稼働すると予想される。

    メタノール市場は飽和状態であるが、新しいプラントが建設されることが予想される。 今後、メタノールの新しい用途が確立されない限り、新しい低コスト生産が既存の高コスト生産者を駆逐していくだろう。 メタノールは従来の市場以外にも、燃料電池による発電、直接または燃料電池による輸送用燃料、オレフィン製造のための原料など、さまざまな用途に利用できる可能性がある。 これらの新しい用途が確立されれば、メタノールプラントの需要が急増する可能性がある。

    1. 1.0 1.1 Haid, J. and Koss, U. 2001. Lurgiのメガメタノール技術は、下流用途の新時代への扉を開きます。 2001 Natural Gas Conversion Symposium, Girdwood, Alaska, 17-22 June で発表されたペーパー。
    2. LeBlanc, J.R. 1994. 新しいメタノール・プロジェクトのための経済的考察。 炭化水素技術（Hydrocarbon Technology Intl.
    3. Fitzpatrick, T. 2000. LCM-低コストメタノールへの道を切り開く。 2000年世界メタノール会議（デンマーク、コペンハーゲン、11月8～10日）で発表された論文。

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