American Geosciences Institute

Turning complex mixtures into usable products

はじめに

原油と天然ガスは一般的に直接使用するには適さない複雑な化学混合物である。 石油精製とガス処理により、これらの混合物は、価値の低い成分や汚染を引き起こす成分を除去しながら、さまざまな燃料やその他の製品に変わります。

精製と加工は、プラスとマイナスの両方の環境影響を持ちます。有害な汚染物質を除去し、よりクリーンな燃焼燃料を生産しますが、精製所と加工工場での作業により、有害な汚染物質が環境に放出され、地域の大気と水質に影響を与える可能性があります。 Image Credit: Wikimedia Commons users Psarianos and Theresa Knott.1

石油精製

原油は、さまざまな大きさの炭化水素分子が混ざったものである。 小さい分子は低い温度で気化するので、原油は蒸留して異なる炭化水素を分離することができる。 蒸留工程では、原油が気化され、高温の蒸気が塔を上昇し、上昇するにつれて冷却される。 異なる炭化水素は異なる温度で蒸発するため、塔内の異なる地点で凝縮して液体になり、原油を異なる成分に分離し、最終用途に最適化するためにさらに処理できる。 これには、分解（大きな分子を小さな分子に分解する2）、水素化処理（硫黄などの不純物を水素で置換して燃料品質を改善する3）、改質（小さな分子をガソリンに変える2）、アルキル化（酸を使って小さな分子から高いオクタンのガソリンを作る4）、混合（異なる液を混ぜ合わせて規制基準を満たす均一な製品を作る5）などが含まれることがあります。 6

石油精製の製品

異なる原油は異なる組成を持ち、異なる炭化水素の混合物、さまざまな量の硫黄およびその他の不純物を含んでいます。 精製される原油の種類、製品の需要、およびこの需要に影響を与える規制の変化によって、さまざまな精製製品の比率が変化する。 全原油の約80〜85％がガソリン、ディーゼル、ジェット燃料として消費される。 2016年、米国の141の製油所では、1日平均930万バレルのガソリン、370万バレルの低硫黄ディーゼル、160万バレルのジェット燃料が生産されました8。

2018年2月時点の米国の石油精製所（開いた四角）とガス処理工場（青色）。 不掲載：ハワイ州の2製油所、アラスカ州の5製油所。 Image credit: U.S. Energy Information Administration.17

Natural Gas Processing

2017年、米国は33兆立方フィートの天然ガスを生産しました9 このうちのごく一部は、現場作業で使用、地下貯留層に再注入、排気、またはフレアされ、残りは550のガス処理工場で処理されて27兆立方フィートのパイプライン品質の天然ガスが生産されました10,11。 パイプライン品質のガスは、天然ガス発電所を含む家庭用、商業用、工業用のエネルギー含有量および純度12に関する厳格な基準を満たさなければならない。

加工前の天然ガスは、大部分がメタンで、その他の炭化水素、二酸化炭素（CO2）、二酸化硫黄、窒素、水蒸気、ヘリウムがさまざまな割合で含まれています13。 ガス処理では、天然ガスのメタン以外の成分の一部を除去して、次のような処理を行います。

• 水を除去することにより燃焼を改善し、腐食を低減する
• 有害または腐食性のガス、特に硫黄とCO2を除去することにより有害な酸の生成を防止する-さもなければ少量の水と反応して酸を生成する
• 炉や他の装置で均一な燃焼を確実にするためにガスのエネルギー含有量を標準化する-。 特に、CO2や窒素などの不燃性ガスを除去することにより
• 他の用途（例えば、”etc.”）のために貴重なマイナーガスを抽出する。g.,

ガス処理中に抽出される非メタン炭化水素は、高圧または低温でメタンよりも容易に液体になることから「天然ガス液体」（NGLs）と総称されます。 NGLのうち、最も一般的なのはエタン、プロパン、ブタンである。 エタンとプロパンはさらに大量に加工されてプラスチックの原料となり（本連載「石油・ガスの非燃料製品」参照）、プロパンやブタンは圧縮して液化し、オフグリッド用のエネルギー密度の高いガス燃料として利用される

天然ガスから非メタン成分を除去するには、主に吸着剤と冷却が用いられる。 吸収剤には、特殊油（NGL用）、グリコール（水用）、アミン（硫黄およびCO214用）、およびゼオライトまたは油吸収（窒素用）15など、さまざまなものが使用されることがある。 天然ガスをさまざまな温度に冷却することで、凝縮して液体になる際にさまざまな成分を除去することができる。 これは窒素除去の最も一般的な方法である。天然ガスは、メタンが液化するまで冷却され、窒素ガスが排出される16。

精製、処理、および環境

精製および処理は、有害な汚染物質を除去し、燃焼時の信頼性を高めることにより、石油およびガス由来の燃料の環境への影響を低減させる。 しかし、精製・加工工場にはそれぞれ環境への影響があり、その影響を最小限に抑えるための対応手順があります。 これらの詳細については、本シリーズの他のパートでご覧いただけます。 「

二酸化炭素（CO2）は、天然ガスにさまざまな割合で発生し、ガスの品質を向上させるために処理工場で除去されます。 この CO2 のほとんどは大気中に放出され、米国の温室効果ガス総排出量の約 0.4% を占めています (比較として、天然ガスの生産および流通チェーンからのメタン漏れは、米国の排出量の約 3% を占めると推定されています)。 ウィキメディア・コモンズ利用者 Psarianos & Theresa Knott. CC BY-SA 3.0ライセンスにしたがって転載
2 Centre for Industry Education Collaboration, University of York (2014). クラッキングと関連する精製プロセス。 The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P.他(2014). 石油処理における水素化処理. にて。 Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (eds). 石油処理ハンドブック. Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). アルキル化はガソリンのオクタン価の重要な源泉である。 Today in Energy, February 13, 2013.
5 米国環境保護庁 – ガソリン基準: ガソリンリード蒸気圧.
6 米国エネルギー情報局 – バイオ燃料.
5 米国環境保護庁 – ガソリン基準：ガソリンリード蒸気圧.
6 米国エネルギー情報局 – バイオ燃料: エタノールとバイオディーゼルの説明-エタノールの使用.
7 米国エネルギー情報局-石油: 原油と石油製品の説明-原油の精製-
8 米国エネルギー情報局-石油&その他の液体: 6153>9 U.S. Energy Information Administration – U.S. Natural Gas Gross Withdrawals.
10 U.S. Energy Information Administration – Natural Gas Annual Respondent Query System, EIA-757: Natural Gas Processing Capacity by Plant, Data through 2014.U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Information Administration: U.S. Energy Information Administration, EIA-757, Natural Gas Processing Capacity by Plant, Data through 2014.
11 U.S. Energy Information Administration – U.S. Dry Natural Gas Production.
12 North American Energy Standards Board.
13 Penn State College of Earth and Mineral Sciences, e-Education Institute – Petroleum Processing.U.S. Energy Information Administration, U.S. Energy Information Administration.U.S. Energy Information Administration, U.S. Energy Information Administration: Natural Gas Composition and Specifications.
14 Rufford, T.E.ら（2012）。 天然ガスからのCO2とN2の除去。 A review of conventional and emerging process technologies. J. Pet. Sci. Eng., 94-95, 123-154.
15 Sep-Pro Systems – Nitrogen Rejection Units.
16 U.S. Energy Information Administration（2006）.Nitrogen Rejection Units. 天然ガス処理。 The Crucial Link between Natural Gas Production and Its Transportation to Market.
17 U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Mapping System.
18 U.S. Department of Energy (2017). Natural Gas Liquids Primer, with a focus on the Appalachian Region.
19 U.S. Environmental Protection Agency (2017). Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2015.
20 Global CCS Institute – Projects Database: 大規模なCCS施設。

Petroleum and the Environment

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Other parts in this series:
1. 石油と環境：入門編
2.石油・ガス産業における水
3.石油・ガス操業による誘発地震
4.水圧破砕の水源
5.石油・ガス産業における水の利用
6.石油・ガス産業における水の利用
6.石油・ガス操業による水の利用10. ワイオミング州パインデールガス田
11. 重油
12. 米国北極圏の石油とガス
13. オフショア石油・ガス＜6153＞14. 油田・天然ガス田の流出
15. 石油、ガス、精製品の輸送
16. 石油精製とガス処理
17. 石油・ガスの非燃料製品＜6153＞18. 石油・ガスの大気への影響
19. 石油・ガス産業におけるメタン排出＜6153＞20. メタン排出の緩和と規制
21. 石油・ガス操業の規制＜6153＞22. 石油・ガス採掘における健康と安全＜6153＞23. 石油・ガス産業における地下データ
24. 石油と環境における地球科学者
用語集

更新日: 2018-06-01
石油と環境 その16/24
執筆：E. Allison and B. Mandler for AGI, 2018