天然ガス処理の効率を高め、バリューチェーン全体で規制要件への適合を実現

天然ガス処理は、市場で求められる品質のガスを供給するとともに、バリューチェーン全体にわたり、安全で効率的かつ規制要件に適合した運用を実現するうえで重要な役割を担っています。今日の処理プラントは、ますます複雑化する条件下で稼働しています。フィードガスの組成変動は大きくなり、規制要件は厳格化し、エネルギー効率や排出性能に対する要求もこれまで以上に高まっています。同時に、多くのプラントでは、老朽化した設備を運用しながら、水素混合やカーボンマネジメントなど、エネルギー転換に伴う新たな役割への対応も求められています。

コスト圧力が高まり、天然ガス処理プロセスがますます複雑化する中、オペレーショナルエクセレンスは競争優位性を生み出す重要な要素となっています。信頼性の高いプロセス制御、高精度な測定、そしてすべての処理工程にわたるリアルタイムの状況把握を組み合わせることで、収益性の維持やリスクの低減、長期にわたる安定した運用の実現が可能になります。

高い運用効率を継続的に実現しているプラントでは、次のような効果が期待できます。

• 天然ガス処理能力の最大化
• エネルギー消費量の削減
• メンテナンス計画の最適化
• 温室効果ガス排出量の低減
• 安定した製品品質の維持
• プラント全体の信頼性向上

天然ガス処理は、本質的にエネルギー消費量の大きいプロセスであり、特に酸性ガス除去、脱水、分留工程では多くのエネルギーを必要とします。エネルギーコストの上昇や脱炭素化目標への対応を背景に、オペレータには、製品仕様や環境要件を満たしながら、処理能力を維持し、エネルギー消費を最適化することが求められています。しかし、この両立は容易ではありません。特に、現在のフィードガス品質や運転条件とは異なる前提で設計されたガス処理プラントでは、その実現がより困難になります。

コンプレッサ、再生ユニット、ヒーター、冷凍設備などのエネルギー消費量の大きい設備は、効率向上に向けた重要な改善対象です。主な取り組みとして、以下が挙げられます。

• コンプレッサ負荷の最適化
• プロセス変動の低減
• 熱回収の改善
• 脱水性能の向上
• 不要なフレアリングおよび放散の削減

エネルギー消費を削減するためには、高度プロセス制御（APC）や循環量の最適化を活用し、プロセスを最適な運転条件に近づけることが重要です。また、高温プロセス流体からの熱回収や熱統合によってエネルギー投入量を削減できるため、収益性の向上にもつながります。

さらに、プロセス統合や工程集約によって工程数を削減することで、効率を根本的に改善し、製品回収率とエネルギー消費量のバランスを最適化できます。加えて、リアルタイム監視とデータ分析は、継続的な運転調整や故障予防の強化を可能にするため、プロセス最適化において重要な役割を果たします。

非在来型ガス資源の利用拡大や貯留層品質の低下に伴い、天然ガスの組成変動はますます大きくなっています。二酸化炭素（CO₂）、硫化水素（H₂S）、窒素、水分、重質炭化水素の濃度上昇や変動は、処理設備や脱水設備、分留設備にさらなる負荷をもたらします。その結果、安定した運転と一貫した製品品質を維持するためには、より柔軟なプロセス運用に加え、ガス組成や流動挙動をリアルタイムで正確に把握することが求められています。

また、上流および中流事業全体で、メタン排出量の低減やフレアリングの制限、温室効果ガス報告の透明性向上を求める規制圧力が高まっています。こうした中、ガス処理プラントでは、推定値や定期的な測定に依存するのではなく、継続的に取得されるトレーサブルな排出データの提供が求められるようになっています。この変化は操業管理の複雑化を招いており、特に排出監視を既存プラントへ統合し、進化する地域規制や国際規制に適合させる必要がある場合、その傾向はより顕著になります。

天然ガスは、不純物を除去し、安全な輸送を確保するとともに、商業利用に必要な品質仕様を満たすために処理されます。未処理の天然ガスには、水分や硫化水素（H₂S）、二酸化炭素（CO₂）などの酸性ガス、さらには重質炭化水素が含まれており、適切に処理しない場合、腐食や安全上のリスク、パイプラインの閉塞を引き起こす可能性があります。地下の貯留層から採取された天然ガスは、主に以下の工程を経て処理されます。

1. 分離（坑井またはその周辺）：下流設備を保護するため、未処理の天然ガスから遊離水、コンデンセート、砂、固形物を除去します。その後、天然ガスは複数の坑井からガスを集める集ガスシステムを経由し、パイプライン網を通じて処理プラントへ送られます。
2. ガススイートニング：硫化水素（H₂S）や二酸化炭素（CO₂）などの酸性ガスを除去する工程です。一般的にはアミンシステムが用いられ、安全性の向上や腐食防止、品質仕様への適合を実現します。
3. ガス脱水：輸送や処理の過程で発生するハイドレートの形成や腐食、凍結を防ぐため、水蒸気を除去します。一般的にはグリコール脱水装置やモレキュラシーブが使用されます。
4. 炭化水素回収：エタン、プロパン、ブタンなどの天然ガス液（NGL）を冷凍プロセスまたは深冷プロセスによって分離し、製品価値を高めます。
5. 圧縮：パイプライン輸送や貯蔵層への圧入、下流ユーザーへの供給を可能にするため、ガス圧を高めます。
6. 計測および品質管理：流量、圧力、温度、組成を測定し、取引用計量の正確性や規制要件への適合、信頼性の高い運転を確保します。

これらの工程を安定して運用するためには、酸性ガス除去効率や脱水性能などの主要パラメータとプロセス性能を継続的に監視することが重要です。これにより、規格外ガスの発生を防ぎ、安定した運転を維持するとともに、下流設備を保護できます。こうした取り組みによって、天然ガス処理では安全性、効率性、規制適合を確保しながら、市場で求められる品質の製品を安定的に供給することが可能になります。

正確な監視は効率的なガス処理の基盤であり、製品品質やプロセス安定性、安全性、規制要件への適合に直接影響します。わずかな測定誤差であっても、規格外ガスの発生や効率低下、運用リスクの増大につながる可能性があります。その一方で、オペレータには、厳格化する環境規制や安全規制への対応を進めながら、処理能力を維持することも求められています。そのためには、主要なプロセス変数を高い信頼性で監視し、一貫したプロセス制御を行うことが不可欠です。

成分分離や脱水、酸性ガス除去といった複雑なプロセスでは、非効率な運転や設備汚染、プロセスの不安定化を防ぐうえで、信頼性の高い測定が欠かせません。また、最終製品となる天然ガスは、パイプラインの受入基準や契約条件で定められた品質仕様を満たす必要があります。これらの 要件は、ISO 13686 やEN 16726 などの国際規格や規制枠組みに加え、ガス組成およびエネルギー計算に関するISO 6976 、ISO 12213 、AGA およびGPA のガイドライン、さらにサンプリングに関するAPI規格 や露点・水分含有量測定に関するASTM試験法 など、広く採用されている業界標準によって規定されています。

明確で検証可能なプロセスデータを提供することで、信頼性の高い測定は不確実性を低減し、規制要件への適合を支援するとともに、より適切な運用判断を可能にします。プロセスの信頼性を確保しながら品質仕様を満たすためには、次のような取り組みが重要です。

• 正確な流量測定、圧力測定、温度測定
• 信頼性の高い水分監視、酸性ガス監視、露点監視
• 排出量の追跡と報告
• 安定したプロセス制御
• 継続的なプロセス記録

天然ガス処理では、計画外ダウンタイムの削減や設備信頼性の向上、メンテナンスコストの最適化を目指す中で、予知保全の重要性がますます高まっています。プロセス条件や設備の状態を継続的に監視することで、腐食やファウリング、設備劣化といった問題を、生産に影響を及ぼす前に早期に検知できます。これにより、安定した操業を支えるとともに、一貫したガス品質の維持にもつながります。また、Heartbeat Technologyが提供するスマート診断および検証機能により、設備の健全性や測定の信頼性を継続的に把握できるため、状態基準保全（CBM）に基づくメンテナンス戦略を支援します。その結果、安全性の向上や規制要件への適合、メンテナンスリソースの効率的な活用を実現できます。