複雑な製油所排出ガス、過酷な排ガス、そして厳しい規制要件は、CEMS（連続排出ガス監視システム）の維持管理を困難にする可能性がある。適切に設計されたシステムは、頻繁なトラブルシューティングを必要とせずに、信頼性の高い排出ガスデータを提供する。

A 継続的排出監視システム (CEMS) CEMSは、固定排出源からの汚染物質を継続的に測定・記録します。石油・ガス処理プラントでは、CEMSはSO₂、NOx、CO、CO₂、O₂などのガスを監視すると同時に、流量や主要な排ガス状態も追跡できます。

しかし、製油所の排出ガス監視は、画一的な方法では対応できないことがほとんどです。プロセスヒーター、ボイラー、接触分解装置、硫黄回収装置、フレアなどでは、発生するガスの種類が大きく異なるためです。したがって、適切なCEMS（連続排出ガス監視システム）を構築するには、まず排出源、監視対象となる汚染物質、そして実際の運転条件を把握する必要があります。

石油・ガス処理プラントにおいて、CEMS（連続排出監視システム）はどのような汚染物質を測定すべきか？

必要なCEMSパラメータは、排出源、プロセス条件、および適用される規制によって異なります。多くの製油所の燃焼源では、SO₂、NOx、CO、CO₂、およびO₂が主要な測定対象となります。特定の用途によっては、追加のガスやプロセスパラメータが必要になる場合があります。

	なぜ監視されているのか？	典型的な製油所での用途
SO2	硫黄関連排出量を追跡する	ボイラー、ヒーター、SRU
NOx	燃焼排出物を監視する	プロセスヒーター、ボイラー
CO	不完全燃焼を示す	炉、ボイラー
CO2	炭素排出量モニタリングに対応	燃焼およびプロセスユニット
O₂	燃焼評価と修正をサポート	煙突からの排出
H₂O	湿式/乾式ガス補正に対応	排ガスシステム
Flow	総排出負荷の決定に役立ちます	スタックおよびフレアシステム
温度	測定補正に対応	スタック監視
圧力	流量および排出量の計算をサポートします。	スタックシステム

CEMSの構成は、排出源と該当する監視要件に従う必要があります。プロセスヒーターでは、主にNOx、CO、CO₂、O₂の監視が必要となる場合があります。硫黄関連のプロセスでは、SO₂の監視がより重要になる場合があります。より複雑な用途では、HCl、HF、NH₃、H₂Oなどの追加のガスが必要になる場合があります。

CEMSを購入する際には、この点が重要です。「このガス分析装置はいくつのガスを測定できますか？」とだけ尋ねるのではなく、まず「この排出源では実際にどのガスを測定する必要があるのか​​？」と問うべきです。対象となる汚染物質が明確になったら、次の課題は、製油所の高温多湿で腐食性のある排ガスに対応できるCEMS技術を選択することです。

石油・ガス処理プラントに適したCEMS計測技術はどれか？

石油・ガス処理プラントでは、ガスごとに異なる測定技術を用いる必要はありません。より適切なアプローチは、検出原理を対象となる汚染物質、濃度範囲、ガス組成、および要求される測定性能に適合させることです。

CEMSテクノロジー	代表的なガス	キーの強さ
NDIR	CO、CO₂、SO₂	連続多ガス測定
UV-DOAS	SO₂、NO、NO₂	紫外線活性ガスに対する優れた選択性
TDLAS	O₂、NH₃、HCl、H₂O	高速かつ選択的な測定
FTIR	複数のガス	広範な多成分分析
常磁性	O₂	安定した連続酸素測定
電気化学	酸素および選択されたガス	コンパクトで経済的

NDIRは、COやCO₂などの主要な燃焼ガスの測定に広く用いられています。UV-DOASはSO₂、NO、NO₂を測定でき、TDLASは強い吸収線を持つ特定のガスを対象とすることができます。FTIRは、より広範囲の成分を1つのシステムで監視する必要がある場合に有効です。ESEGASは、ガス種と測定要件に応じて、これらの技術をCEMSソリューション全体に活用しています。

しかし、規制対象となる用途においては、技術選定はセンサー原理の単純な比較にとどまるべきではありません。適用される規制では、性能仕様、参照方法、および品質保証／品質管理要件が規定されている場合があります。例えば、米国環境保護庁（EPA）は、SO₂/NOx、O₂/CO₂、CO、流量、H₂S、VOC、およびFTIRベースのCEMSについて、それぞれ個別の性能仕様を定めています。

完全なCEMSは、高温多湿で粉塵の多い製油所排ガスをどのように処理するのでしょうか？

ガス分析装置はCEMSの構成要素の一つにすぎません。製油所では、ガスはまず煙突から測定セルまで、重要な成分を失ったり変化させたりすることなく輸送されなければなりません。一般的な抽出型CEMSは、次のような経路をたどります。

スタック → 加熱サンプリングプローブ → ろ過 → 加熱サンプリングライン → ガス調整 → ガス分析装置 → データ収集

高温の排ガスには水蒸気や凝縮性化合物が含まれている可能性があります。加熱プローブと加熱サンプリングラインを使用することで、輸送中にサンプルを適切な露点以上に維持することができます。

粉塵はフィルターを詰まらせ、サンプルの流れを妨げる可能性があります。湿気は結露を引き起こし、腐食性または凝縮性の化合物は下流のコンポーネントを汚染する可能性があります。ろ過およびガス調整システムはこれらの問題を解決できます。

重要な点は単純です。高品質のガス分析装置でも、質の悪いサンプルを補正することはできません。サンプリングシステムとガス分析装置は、CEMS（連続エネルギー管理システム）のように、一つの測定チェーンとして機能する必要があります。

製油所向けCEMSは、標準的な産業用CEMSと何が違うのか？

製油所のCEMS（連続排出ガス監視システム）は、単純な燃焼スタックよりも複雑な運転環境に直面することが多い。1つのプラントには、ボイラー、プロセスヒーター、炉、FCC装置、硫黄関連プロセス、フレアなどがあり、それぞれが異なるガス流を生成する。

製油所の排ガスは、温度、水分量、ガス組成、汚染物質濃度、流量、腐食性成分、炭化水素含有量など、さまざまな点で変動します。そのため、同じCEMS構成がすべての煙突に適しているとは限りません。例えば、あるプロセスヒーターではNOx、CO、CO₂、O₂の監視に重点を置くかもしれませんが、別のプロセスではSO₂やその他のガスの監視が必要になる場合があります。また、用途によってはH₂O、HCl、HF、NH₃、炭化水素の監視が必要になる場合もあります。

製油所の排出ガス監視は、1日に1回の測定で済むような作業ではありません。CEMS（連続排出ガス監視システム）は、校正、サンプル流量、温度変化、メンテナンスといった事象に対応しながら、長期間にわたって安定したデータを提供する必要があります。

米国環境保護庁（EPA）は、CEMSをガス分析装置単体ではなく、ガスまたは粒子状物質の濃度や排出率を測定するために必要な装置一式と定義しています。また、CEMSデータを法令遵守のために使用する場合には、適用される規制により、特定の性能評価および品質保証手順が求められる場合があります。

システムを購入する際には、その違いが重要になります。製油所向けCEMSは、ガス分析装置、サンプリングシステム、調整、校正、データ収集、保守といった包括的なモニタリングソリューションとして評価されるべきであり、単体のガス分析装置として評価されるべきではありません。

測定技術とサンプリングアーキテクチャが確立されたので、次のステップは、石油・ガス処理プラントの特定の排出源と運転条件に合わせてCEMSを設計することです。

ESEGASは石油・ガス処理プラント向けCEMSをどのように設計するのか？

A 製油所CEMS 排出源に合わせて選定すべきであり、その逆ではない。そのため、ESEGASは、ガス分析装置とサンプリング構成を選定する前に、プラントのプロセス、対象となる汚染物質、排ガス条件、および適用されるモニタリング要件から検討を開始する。

まず、ESEGASは排出源を特定し、プラントが測定する必要のある項目を定義します。

次に、チームはSO₂、NOx、CO、CO₂、O₂、H₂O、流量、温度、圧力、湿度に関する要件を確認します。これは、EPAの性能仕様がSO₂/NOx、O₂/CO₂、CO、流量、H₂S、VOC、FTIRアプリケーションなど、さまざまなCEMSパラメータを対象としているため重要です。

次に、ESEGASは対象ガスと用途に応じて測定原理を選択します。例えば、次のようになります。

測定の必要性	可能性のある技術
CO、CO₂、SO₂	NDIR
SO₂、NO、NO₂	UV-DOAS
複数のガス	FTIR
選択された微量ガス	TDLAS
O₂	電気化学的／常磁性

LX-4000 CEMSは、SO₂、NO、NO₂、O₂、CO、CO₂、HCl、HF、H₂Oを監視するとともに、流量、圧力、温度、湿度も測定できます。

この多項目アプローチは、1つの製油所に監視要件の異なる複数の排出源が存在する場合に有効です。

結論

石油・ガス処理プラントにおいて、信頼性の高いCEMS（連続排出監視システム）は、連続的なガス測定を実用的な排出データに変換します。このシステムは、主要な汚染物質を監視し、変化するプロセス条件を追跡し、適用される法令遵守要件に対応できます。ただし、性能はガス分析装置単体ではなく、システム全体に依存します。ESEGASは、ガス分析、サンプリング、調整、校正、データ機能を統合し、用途に応じたCEMS設計を提供します。

製油所でSO₂、NOx、CO、CO₂、O₂、またはその他の排出パラメータのCEMSが必要な場合は、ESEGASにご連絡いただき、排出源に最適なモニタリングアーキテクチャについてご相談ください。