液化前のガス前処理設備：CO₂・H₂S・水分・重質炭化水素の除去

はじめに

日本およびアジア各国における小規模LNGの普及は、分散型エネルギーシステムの構築、遠隔地のガス化、より柔軟な燃料源への転換と直結しています。こうしたプロジェクトで鍵となるのは、液化ブロックそのものではなく、その前段で行われるガス前処理です。

液化前のガス前処理装置（UPG）とは、未処理の天然ガスや随伴ガスを極低温でも安全に扱える製品へと変換するシステムです。これがなければ、LNGプラントは不安定な技術実験にすぎません。理由は単純です。−162 °Cの極低温はミスを許しません。

ガス中にCO₂、H₂S、水分、重質炭化水素が残っていると、これらが凍結・ハイドレート化し、熱交換器を閉塞させ、バルブを破損させ、極低温ブロックを停止させます。その結果、装置は数年どころか数週間しか稼働しません。

また、ガスからのCO₂・H₂S除去は単一の技術ではなく、吸着、アミン法、膜分離、極低温精製といった複数のソリューションの組み合わせです。それぞれが特定のガス組成、圧力、処理量にのみ適しています。

現在、中国は吸着塔からモジュール式膜分離装置まで、UPG向けの幅広い機器を提供しています。しかし品質は大きくばらついており、SASPGやHangzhou Oxygen級のメーカーから、実際の生産能力を持たない商社まで存在します。

本記事では、どの技術が実際に機能するのか、LNGに必須の許容値、技術仕様書の策定方法、そして極低温ブロックの故障につながるよくある誤りを解説します。

ガス前処理が必要な理由：UPGなしで何が起きるか

ガス前処理ブロックを省くと、極低温モジュールは早期故障するシステムと化します。原因は相転移の物理と低温下での不純物の挙動にあります。

重大な不純物とその挙動

CO₂ — 極低温工学の最大の敵

1. −78 °Cで凍結
2. 固体結晶を形成
3. プレートフィン熱交換器を閉塞
4. 処理能力の低下を引き起こす

H₂S

1. 有毒
2. 腐食を引き起こす
3. アルミニウム部材を損傷
4. 製品を規格外にする

水分

1. ハイドレートを形成
2. 氷に変化
3. 配管を閉塞
4. システム信頼性を著しく低下させる

ГОСТ 5542は硫化水素やその他成分の含有量を含む天然ガス品質の要件を定めており、産業実務ではこれらの基準が処理前のガス前処理における基本参照点として用いられています。

重質炭化水素（C5+）

1. 比較的高温で凝縮
2. 極低温域で凍結
3. コールドボックス内に堆積物を生成
4. 液化効率を低下させる

UPGなしの結果

ガス前処理がなければ、極低温ブロックは数年ではなく数週間しか稼働しません。

ガス精製の技術スキーム（主要ブロック）

液化前のガス前処理装置は4つの基本技術で構成できます。実際のLNGプロジェクトでは、これらを組み合わせることが多いです。

1. 吸着精製（モレキュラーシーブ）

小規模LNGプラントで最も一般的なスキームです。

技術パラメータ

利点

1. 高い精製深度
2. パラメータの安定性
3. LNGに適合
4. 実績ある技術

欠点

1. 再生時のエネルギー消費
2. 吸着剤の交換が必要
3. 自動化が複雑

中国のサプライヤー

1. Sichuan Air Separation
2. Hangzhou Oxygen
3. インテグレーター Jereh / CIMC Enric

2. アミン（吸収）精製

大規模ガス処理設備で使用されます。

パラメータ

利点

1. 連続プロセス
2. 高い処理能力
3. 大流量に適合

欠点

1. アミン再生が複雑
2. 設備の腐食
3. ガスの追加乾燥が必要

適用箇所

1. 大規模ガス処理プラント
2. 50,000 m³/h以上の流量

3. 膜分離ガス精製

前段処理として使用されます。

パラメータ

利点

1. コンパクト
2. 薬剤不要
3. 低エネルギー消費

欠点

1. 極低温純度に達しない
2. カスケードが必要
3. 膜の不安定性

4. 極低温分離

複合LNGスキームで適用されます。

パラメータ

利点

1. 精製と冷却の一体化
2. LNG効率の向上
3. 重質留分の除去

欠点

1. 高いエネルギー消費
2. 事前乾燥が必要
3. 複雑な制御

UPGの技術仕様書に含めるべき内容

ガス前処理設備は厳格な技術仕様書なしに購入できません。

設計入力データ

1. ガス組成（CH₄、CO₂、H₂S、N₂、C2+）
2. 圧力と温度
3. 流量（min/nom/max）
4. 季節変動
5. 水銀の有無
6. 水分含有量

精製ガスへの要求

記載例

ガス前処理装置は、CO₂含有量50 ppm以下、H₂S 4 ppm以下、0.1 MPaにおける水分露点−60 °C以下、C5+含有量10 ppm以下を確保するものとします。

設備

1. 容器材料（09Г2С、12Х18Н10Т）
2. 吸着剤の種類（UOP、Graceまたは同等品）
3. 膜の種類
4. バルブ・調節器（ブランド）
5. 自動化（Modbus、OPC UA）
6. 塔の冗長化
7. 再生システム

中国製UPG設備：機能する領域とリスク

良好に機能するもの

1. 吸着塔（SASPG、Hangzhou Oxygen）
2. セパレーター・フィルター
3. 熱交換器（材料検査時）
4. EPCインテグレーター製モジュール式UPG（Jereh、CIMC Enric）

弱点

1. 膜（品質レベルにばらつき）
2. バルブ類（調節器、弁）
3. 自動化（SCADA非互換）
4. ガス計算なしの「万能」ソリューション

最大のリスク

サプライヤーがガス組成を確認しない → 平均的なシステムが設計される → 実条件で機能しない。

UPG調達時の誤り

中国製UPGサプライヤーの検証（HowTo）

ステップ1 — 書類

1. ライセンス
2. ISO 9001
3. 実績参照

ステップ2 — 生産

1. 吸着塔
2. 容器の溶接
3. 非破壊検査

ステップ3 — 試験

1. 気密性
2. 圧力
3. 再生

ステップ4 — 統合

1. 極低温ブロックとの接続
2. SCADA / PLC
3. プロトコル