Kerosene

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背景

灯油は、燃料や溶剤として一般的に使用される油留分です。これは、302°Fから527°F（150°Cから275°C）の間で沸騰する炭化水素の混合物からなる薄くて透明な液体です。灯油は石炭、オイルシェール、木材から抽出できますが、主に精製石油から抽出されます。電灯が普及する前は、灯油は石油ランプに広く使用されており、最も重要な製油所製品の1つでした。今日、灯油は主に灯油、ジェットエンジンの燃料、殺虫剤スプレーの溶剤として使用されています。

歴史

石油副産物は古くから接着剤や防水剤として使用されてきました。 2、000年以上前、アラビアの科学者たちは、石油を蒸留して、特殊な目的に使用できる個々の成分にする方法を模索していました。新しい用途が発見されると、石油の需要が増加しました。灯油は1853年にエイブラハムゲスナーによって発見されました。英国の医師であるゲスナーは、ワックス状の石油混合物であるアスファルトから可燃性液体を抽出するプロセスを開発しました。灯油という用語は、実際、ギリシャ語でワックスを意味する言葉に由来しています。時々スペルト小麦の灯油または灯油、それはそのアスファルト起源のために石炭油とも呼ばれます。

灯油は電灯以前の重要な商品であり、商業規模で化学的に抽出された最初の材料でした。灯油やその他の石油製品の大量精製は、実際には1859年に米国で石油が発見されたときに始まりました。業界全体が進化し、石油掘削および精製技術を開発しました。灯油は、1890年代後半から1900年代初頭にかけて、最も重要な製油所製品であり続けました。 1920年代には、内燃機関の人気が高まり、ガソリンがそれを上回りました。石油ランプの廃止後、灯油には他の用途が見られ、今日では主に住宅の暖房や燃料添加剤として使用されています。 1990年代後半、灯油の年間生産量は、米国だけで約10億ガロン（38億1）に増加しました。

原材料

灯油は、地球の奥深くで見つかった石油化学物質の混合物から抽出されます。この混合物は、砂岩と炭酸塩岩の多孔質層でできた地下貯留層内の石油、岩石、水、およびその他の汚染物質で構成されています。油自体は、初期の地質時代の堆積物と一緒に埋められた腐敗した生物に由来します。数千万年以上にわたって、この有機残留物は、続成作用とカタジェネシスとして知られる複雑な化学プロセスのペアによって石油に変換されました。 122°F（50°C）未満で発生する続成作用には、微生物の活動と、脱水、縮合、環化、重合などの化学反応の両方が含まれます。カタジェネシスは、122°F〜392°F（50°C〜200°C）で発生し、熱触媒分解、脱炭酸、および水素不均化を伴います。これらの複雑な反応の組み合わせにより、石油として知られる炭化水素混合物が生成されます。

製造
プロセス

原油回収

• 1灯油製造の最初のステップは、原油を回収することです。ほとんどの石油供給は地中深くに埋もれており、それを地表に運ぶために使用される掘削作業には3つの主要なタイプがあります。 1つの方法であるケーブル工具による掘削では、削岩機のノミを使用して岩や土を取り除き、地表のすぐ下にある石油鉱床に到達するためのトンネルを作成します。 2番目のプロセスであるロータリードリルは、地下深くにある石油貯留層に到達するために使用されます。このプロセスでは、回転するスチールビットを備えたドリルパイプを地面に沈める必要があります。この回転式ドリルは、土と岩を粉砕するために急速に回転します。 3番目の掘削プロセスはオフショア掘削であり、大型の海洋搭載プラットフォームを使用してシャフトを海底に下げます。
• 2これらの掘削プロセスのいずれかが地下の貯留層に侵入すると、溶存炭化水素ガスが原油を地表に押し出すため、間欠泉が噴火します。これらのガスは、油の約20％を坑井から押し出します。次に、水を井戸に汲み上げて、より多くの油を洗い流します。このフラッシングプロセスにより、埋もれたオイルの約50％が回収されます。水に界面活性剤を加えることにより、さらに多くの油を回収することができます。ただし、最も厳密なフラッシングを行っても、地下に閉じ込められた油を100％除去することは不可能です。回収された原油は大型貯蔵タンクに汲み上げられ、精製現場に運ばれます。
• 3オイルが収集された後、ガス、水、汚れなどの重大な汚染物質が除去されます。脱塩は、油田と製油所の両方で実行できる1つのクレンジング操作です。油を洗った後、水は油から分離されます。原油の特性を評価して、原油からどの石油製品を最もよく抽出できるかを判断します。関心のある主要な特性には、密度、硫黄含有量、および炭素鎖分布に関連するオイルの他の物理的特性が含まれます。原油は、互いに混和性のある多くの異なる炭化水素材料の組み合わせであるため、灯油に変える前に、その成分に分離する必要があります。

分離

• 4蒸留は、原油を加熱してその成分を分離する分離プロセスの一種です。このプロセスでは、オイルの流れが蒸留塔の底にポンプで送られ、そこで加熱されます。混合物中のより軽い炭化水素成分はカラムの上部に上昇し、高沸点留分のほとんどは下部に残ります。カラムの上部で、これらの軽い蒸気は凝縮器に到達し、凝縮器がそれらを冷却して液体状態に戻します。軽いオイルを分離するために使用されるカラムは、大気圧のみを必要とするため、比例して高くて薄い（最大116フィート[35 m]の高さ）。背の高い蒸留塔は、高沸点化合物が塔の上部に到達する前に凝縮する時間が長くなるため、炭化水素混合物をより効率的に分離できます。

  油のより重い留分の一部を分離するには、蒸留塔を大気圧の約10分の1（75 mm Hg）で操作する必要があります。これらの真空カラムは、圧力変動を制御するのに役立つように非常に幅が広​​く短いように構成されています。それらは直径40フィート（12 m）を超えることができます。

• 5凝縮液画分は個別に収集できます。 302°Fから482°F（150°Cから250°C）の間で収集される画分は灯油です。比較すると、ガソリンは86°Fから410°F（30°Cから210°C）の間で蒸留されます。蒸留した灯油をカラムを通して複数回リサイクルすることにより、その純度を高めることができます。このリサイクルプロセスは、還流として知られています。

精製

• 6油がその留分に蒸留されたら、灯油を生成するために一連の化学反応器でさらに処理する必要があります。接触改質、アルキル化、接触分解、および水素化処理は、灯油の変換に使用される主要な処理技術の4つです。これらの反応は、炭化水素骨格に炭素原子を追加または削除することにより、炭素鎖の分布を制御するために使用されます。これらの反応プロセスでは、原油留分を別の容器に移し、そこで化学的に灯油に変換します。
• 7灯油が反応したら、オイルの燃焼特性に影響を与える可能性のある二次汚染物質を除去するために、追加の抽出が必要です。ベンゼンなどの炭素環構造である芳香族化合物は、除去する必要のある汚染物質の1つのクラスです。ほとんどの抽出プロセスは、大きな塔で行われます。 灯油の蒸留プロセス。灯油と抽出溶媒の接触時間を最大化します。溶媒は、不純物の溶解度に基づいて選択されます。言い換えれば、化学不純物は灯油よりも溶媒に溶けやすいということです。したがって、灯油が塔を流れると、不純物が溶媒相に引き込まれる傾向があります。汚染物質が灯油から引き抜かれると、溶媒が除去され、灯油はより精製された状態になります。灯油の精製には、以下の抽出技術を使用しています。

  Udex抽出プロセスは、1970年代に米国で普及しました。それは溶媒としてグリコールとして知られている化学物質のクラスを使用します。ジエチレングリコールとテトラエチレングリコールは、芳香族化合物との親和性が高いため、どちらも使用されています。

  スルホランプロセスは、1962年にシェル社によって作成され、40年後も多くの抽出ユニットで使用されています。このプロセスで使用される溶媒はスルホランと呼ばれ、Udexプロセスで使用されるグリコールシステムよりも効率的な強力な極性化合物です。それはより大きな熱容量とより大きな化学的安定性を持っています。このプロセスでは、回転ディスク請負業者と呼ばれる機器を使用して、灯油の精製を支援します。

  Lurgi Arosolvanプロセスでは、水またはグリコールと混合したN-メチル-2-ピロリドンを使用します。これにより、汚染物質に対する溶媒の選択性が向上します。このプロセスには、直径20フィート（6 m）、高さ116フィート（35 m）までのタワーを抽出する多段階が含まれます。

  ジメチルスルホキシドプロセスには、芳香族汚染物質に対する溶媒の選択性を高める2つの別々の抽出ステップが含まれます。これにより、これらの汚染物質を低温で抽出できます。さらに、このプロセスで使用される化学物質は無毒であり、比較的安価です。これは、直径10フィート（3 m）までのKuhniカラムと呼ばれる特殊なカラムを使用します。

  ユニオンカーバイドプロセスでは、溶媒のテトラエチレングリコールを使用し、2番目の抽出ステップを追加します。他のグリコールプロセスよりもやや面倒です。

  Formexプロセスは、溶媒としてN-ホルミルモルホリンと少量の水を使用し、さまざまな炭化水素材料から芳香族化合物を抽出するのに十分な柔軟性を備えています。

  レドックスプロセス（リサイクル抽出物二重抽出）は、ディーゼル燃料で使用される予定の灯油に使用されます。芳香族汚染物質を選択的に除去することにより、燃料のオクタン価を向上させます。これらのプロセスで生成される低芳香族灯油は、航空燃料やその他の軍事用途で高い需要があります。

最終処理

• 8抽出が完了した後、精製された灯油は輸送用のタンクに保管されます。灯油が商業用に梱包されている施設にタンクローリーで配送されます。工業用灯油は大型の金属製タンクに保管されていますが、商業用に少量包装される場合があります。灯油はガスではなく、加圧貯蔵容器を必要としないため、金属製の容器を使用できます。ただし、その可燃性により、危険物質として取り扱う必要があります。

品質管理

蒸留および抽出プロセスは完全に効率的ではなく、灯油の生産を最大化するためにいくつかの処理ステップを繰り返さなければならない場合があります。例えば、変換されていない炭化水素のいくつかは、さらなる蒸留によって分離され、コンバーターへの別のパスのためにリサイクルされ得る。石油廃棄物を反応シーケンスで数回リサイクルすることにより、灯油製造の品質を最適化することができます。

副産物/廃棄物

灯油に変換できない残りの石油留分の一部は、潤滑油などの他の用途に使用される場合があります。さらに、精製プロセス中に抽出された汚染物質の一部は、商業的に使用することができます。これらには、パラフィンなどの特定の芳香族化合物が含まれます。灯油およびこれらの他の石油副産物の仕様は、米国材料試験協会（ASTM）および米国石油協会（API）によって設定されています。

未来

灯油の未来は、新しい用途の発見と新しい製造方法の開発にかかっています。新しい用途には、ディーゼル燃料の多くを灯油ベースのジェット燃料であるJP-8に置き換えるための高級灯油に対する軍事需要の増加が含まれます。ディーゼル燃料業界はまた、寒冷時にゲル化するのを防ぐために、低硫黄ディーゼル燃料に灯油を追加することを含む新しいプロセスを模索しています。民間航空は、新しい低霧の灯油を作成することにより、ジェット燃料の爆発のリスクを減らすことによって利益を得る可能性があります。住宅部門では、火災からの保護を強化する新しい改良された石油ストーブが需要を増やすと予想されています。

灯油とその副産物の需要が高まるにつれ、灯油を精製および抽出する新しい方法がさらに重要になります。 ExxonMobilによって開発された新しい方法の1つは、灯油から高純度の通常のパラフィンを抽出する低コストの方法です。このプロセスでは、汚染物質を非常に効率的に吸収するアンモニアを使用します。この方法は、気相固定床吸着技術を使用し、90％を超える純度の高レベルのパラフィンを生成します。

詳細情報

本

カークオスマー化学技術百科事典。 巻18. John Wiley and Sons、1996年。

定期刊行物

コフスキー、アラン。 「新しい灯油法はバンピースタートに降ります。」 毎日のオイル 48（1998）。

「パラフィン、普通。」 炭化水素処理 80（2001）：116。

ランディ シューラー