パウリニア水素ガス精製所
最終更新：
zaiyakenshi 2022年09月17日(土) 14:22:48履歴
パウリニア水素ガス精製所 | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| 正式名称 | パウリニア水素ガス精製所 | ||
| 所在地 | パウリニア市?(サン・パウロ州?) | ||
| 運転開始 | 2021年 | ||
概要 
パウリニア水素ガス精製所はフェルナンデス王朝ブラジル帝国が、世界的に枯渇しつつあるヘリウムガスの代替品として注目される水素ガスを精製するため、サン・パウロ州?のパウリニア市?にある天然ガス貯蔵施設を転用した施設である。
開発史
始まり
昨今の世界的なヘリウム供給不足により、様々な影響が出ており、MRI、リニア冷却、ガスクロマトグラフなどの停止が懸念されている。
しかしながら、ヘリウムガスがないから動かせないと言う訳にはいかず、
�．悒螢Ε爐鬚任�るだけ少ない量で使用する。
�▲悒螢Ε爛�スを他のガスに代替する。
の二択を迫られ、2019年時点で世界のガス販売会社ではヘリウムガスの「新規顧客の注文は受けない」、「取引顧客の販売量制限」という状況が続いており、新たに導入しようとするユーザにはヘリウムガスの入手が困難となり、�△離悒螢Ε爛�ス代替の一択となる。
しかしながら、ヘリウムガスがないから動かせないと言う訳にはいかず、
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の二択を迫られ、2019年時点で世界のガス販売会社ではヘリウムガスの「新規顧客の注文は受けない」、「取引顧客の販売量制限」という状況が続いており、新たに導入しようとするユーザにはヘリウムガスの入手が困難となり、�△離悒螢Ε爛�ス代替の一択となる。
代替ガスの選出
代替ガスとしてはまずは水素ガスがある。
水素は安価で入手しやすく、分離に最適な線速度が広いためキャリアガスとして比較的に適している。
しかし、最も注意する点は酸素との反応で爆発することになり、酸素は空気中に存在しているため、キャリアガスとしての水素放出や不用意なリークによって室内の水素濃度が上がることは大変危険。
よって、じゅうぶんな安全対策が必要となる。
次に窒素ガスである。
窒素は安価で入手しやすく、爆発の危険もないため窒息さえ注意すれば扱いやすいガスとなる。
しかし、キャリアガスとしては分離に最適な線速度が比較的に狭いためヘリウムと同じ条件で測定するとピークの分離が悪くなる場合があり、これを回避するためには測定時間を延ばす必要が生じる。
上記2点を比較し、帝国では、水素ガスを選ぶことになる。
水素は安価で入手しやすく、分離に最適な線速度が広いためキャリアガスとして比較的に適している。
しかし、最も注意する点は酸素との反応で爆発することになり、酸素は空気中に存在しているため、キャリアガスとしての水素放出や不用意なリークによって室内の水素濃度が上がることは大変危険。
よって、じゅうぶんな安全対策が必要となる。
次に窒素ガスである。
窒素は安価で入手しやすく、爆発の危険もないため窒息さえ注意すれば扱いやすいガスとなる。
しかし、キャリアガスとしては分離に最適な線速度が比較的に狭いためヘリウムと同じ条件で測定するとピークの分離が悪くなる場合があり、これを回避するためには測定時間を延ばす必要が生じる。
上記2点を比較し、帝国では、水素ガスを選ぶことになる。
水素ガスの製造方法。
まず考えられたのは通電方式である。
水に電気を通して水素を取り出す方法は技術的には古くから確立されており、中小規模の電気分解による水素製造装置は普及している。
水素製造に伴い二酸化炭素の発生が直接的にはないので一見クリーンに思えるが、系統電力を使用する場合には、発電時に二酸化炭素を発生させているので一概にクリーンとは言えない。
また、系統電力を使用する電気分解では水素の製造コストが高く、現状では厳しい状況となる。
通電製造方法のメリットを引き出すには、送電グリッドの容量を超えるため非常に安価で取引される再生可能エネルギー由来の電気（太陽光、風力など）を活用する、離島など電気を水素に変換して貯蔵するなどの工夫が必要であった。
つまり、製造プロセスの特徴を整理すると以下の通り。
�／總任寮渋ぅ灰好箸和昭衙，犯羈咾靴胴皺舛任△襦�
�∈得顕椎愁┘優襯�ーを水素に置換・貯蔵し、必要な時に�Ｅ典い忘栃儡垢垢譴丱瓮螢奪箸禄舒廚ぁ�
�ず得顕椎愁┘優襯�ーを活用する場合、天候により発電量（＝水素発生量）が変動する。
故に見送られた。
次は製鉄プロセスや工業化学プロセスの中で副次的に発生するガス（副生ガス）があった。
副生ガス中に水素が多く含まれる場合、水素以外のガスを分離・精製することで高純度な水素を得られる。
石炭は製鉄プロセスに欠かせない原料であり、石炭には鉄鋼製品の品質や製鉄プロセスに悪影響を及ぼす 硫黄、コールタール、ピッチ、硫酸、アンモニアなどが含まれている。
これらの不純物を除去するために石炭を乾留(1,300℃以上での蒸焼)し、乾留されたものはコークスと称される。
乾留されたコークスは石炭よりも炭素の純度が高いのでより高温での燃焼が可能となり製鉄プロセスに適した燃料となり。
石炭の乾留プロセスにおいて副生ガスとしてコークス炉ガスが発生し、コークス炉ガスはCOGと称され、COGの組成は、水素（52%程度）、メタン（32%程度）、一酸化炭素（7%程度）、他炭化水素（3%程度）となる。
COGは主には製鉄所内の燃料（乾留工程やボイラーなど）として消費されている。
水素ガスとして抽出する場合には、COG中に含まれる水素を分離・精製（PSA方式）することで水素の純度を高める事になる。
製鉄プロセスでは、高炉や転炉でも水素を含む副生ガスが発生し、水素の含有量が数％と少ないので水素を分離・精製することは無く製鉄所内の燃料として消費しています。少ないので水素を分離・精製することは無く製鉄所内の燃料として消費している。
製鉄プロセスの中で副次的に発生するので水素の製造コストは比較的安価である。
水素を抽出する場合、COGから水素濃度を高めるための設備が別途必要となる。
COG発生量（≒コークスの消費量）は鉄鋼生産量に依存される。
COGは製鉄所内の燃料として使用しているので水素を抽出すると代替燃料が必要となり、二酸化炭素の発生量が増加する。
帝国には世界規模の製鉄所が有るのだが、それ故に二酸化炭素発生量の増台は好ましいこととは言えず、この案も却下された。
そして最後は化石燃料から抽出するやり方である。
これは大量の水素を最も安価に製造する方法で、水蒸気改質反応(Steam Reforming)と一酸化炭素シフト反応で構成されています。
製造方法の原理はメタンガスを事例に説明すると以下のようになり。
高温の水蒸気とメタンが混合された状態で触媒に接触すると、水蒸気はメタンと反応し、水素と一酸化炭素になる。
一酸化炭素と水蒸気が混合された状態で触媒に接触すると水素と二酸化炭素になり、メタンガス以外の炭化水素も同様のプロセスで水素を得ることができます。
�／緇�気改質プロセスCH4+H2O→(ニッケル系触媒)→CO+3H2
��一酸化炭素シフトプロセス CO + H2O → （酸化鉄系触媒）→CO2 +H2
この製造プロセスの特徴を整理すると以下の通り。
�‖舂未凌總任鯊召寮渋な�法と比べて最も安価に製造することができる。
��高温の蒸気と改質炉が必要となる。
��水素だけでなく二酸化炭素も製造される。
これにより、メタンガスより精製する方法が採用された。
幸い帝国には南米プレソルト海底油田があり、潤沢なメタンハイドレートと、それらを貯蔵する施設には事欠かなかったのである。
水に電気を通して水素を取り出す方法は技術的には古くから確立されており、中小規模の電気分解による水素製造装置は普及している。
水素製造に伴い二酸化炭素の発生が直接的にはないので一見クリーンに思えるが、系統電力を使用する場合には、発電時に二酸化炭素を発生させているので一概にクリーンとは言えない。
また、系統電力を使用する電気分解では水素の製造コストが高く、現状では厳しい状況となる。
通電製造方法のメリットを引き出すには、送電グリッドの容量を超えるため非常に安価で取引される再生可能エネルギー由来の電気（太陽光、風力など）を活用する、離島など電気を水素に変換して貯蔵するなどの工夫が必要であった。
つまり、製造プロセスの特徴を整理すると以下の通り。
�／總任寮渋ぅ灰好箸和昭衙，犯羈咾靴胴皺舛任△襦�
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�ず得顕椎愁┘優襯�ーを活用する場合、天候により発電量（＝水素発生量）が変動する。
故に見送られた。
次は製鉄プロセスや工業化学プロセスの中で副次的に発生するガス（副生ガス）があった。
副生ガス中に水素が多く含まれる場合、水素以外のガスを分離・精製することで高純度な水素を得られる。
石炭は製鉄プロセスに欠かせない原料であり、石炭には鉄鋼製品の品質や製鉄プロセスに悪影響を及ぼす 硫黄、コールタール、ピッチ、硫酸、アンモニアなどが含まれている。
これらの不純物を除去するために石炭を乾留(1,300℃以上での蒸焼)し、乾留されたものはコークスと称される。
乾留されたコークスは石炭よりも炭素の純度が高いのでより高温での燃焼が可能となり製鉄プロセスに適した燃料となり。
石炭の乾留プロセスにおいて副生ガスとしてコークス炉ガスが発生し、コークス炉ガスはCOGと称され、COGの組成は、水素（52%程度）、メタン（32%程度）、一酸化炭素（7%程度）、他炭化水素（3%程度）となる。
COGは主には製鉄所内の燃料（乾留工程やボイラーなど）として消費されている。
水素ガスとして抽出する場合には、COG中に含まれる水素を分離・精製（PSA方式）することで水素の純度を高める事になる。
製鉄プロセスでは、高炉や転炉でも水素を含む副生ガスが発生し、水素の含有量が数％と少ないので水素を分離・精製することは無く製鉄所内の燃料として消費しています。少ないので水素を分離・精製することは無く製鉄所内の燃料として消費している。
製鉄プロセスの中で副次的に発生するので水素の製造コストは比較的安価である。
水素を抽出する場合、COGから水素濃度を高めるための設備が別途必要となる。
COG発生量（≒コークスの消費量）は鉄鋼生産量に依存される。
COGは製鉄所内の燃料として使用しているので水素を抽出すると代替燃料が必要となり、二酸化炭素の発生量が増加する。
帝国には世界規模の製鉄所が有るのだが、それ故に二酸化炭素発生量の増台は好ましいこととは言えず、この案も却下された。
そして最後は化石燃料から抽出するやり方である。
これは大量の水素を最も安価に製造する方法で、水蒸気改質反応(Steam Reforming)と一酸化炭素シフト反応で構成されています。
製造方法の原理はメタンガスを事例に説明すると以下のようになり。
高温の水蒸気とメタンが混合された状態で触媒に接触すると、水蒸気はメタンと反応し、水素と一酸化炭素になる。
一酸化炭素と水蒸気が混合された状態で触媒に接触すると水素と二酸化炭素になり、メタンガス以外の炭化水素も同様のプロセスで水素を得ることができます。
�／緇�気改質プロセスCH4+H2O→(ニッケル系触媒)→CO+3H2
��一酸化炭素シフトプロセス CO + H2O → （酸化鉄系触媒）→CO2 +H2
この製造プロセスの特徴を整理すると以下の通り。
�‖舂未凌總任鯊召寮渋な�法と比べて最も安価に製造することができる。
��高温の蒸気と改質炉が必要となる。
��水素だけでなく二酸化炭素も製造される。
これにより、メタンガスより精製する方法が採用された。
幸い帝国には南米プレソルト海底油田があり、潤沢なメタンハイドレートと、それらを貯蔵する施設には事欠かなかったのである。
場所の選定
現状
E.I.S.ブラジル帝国エネルギーの施設内にあるため、同企業が買い取り操業している。
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