原油評価技術概要〈松本68幸太郎〉

解説1

原油評価技術概要
中央技術研究所

燃料研究所

MA 技術グループ

まつもと松本こうたろう幸太郎

2. 1 原油の分類

1. はじめに最近の世界可採埋蔵量を図 2 に示す 2）。依然中東が半
経済産業省の資源・エネルギー統計年報によると日本の数を占めるが、北米、ロシアなどでも原油採掘が盛んにな

原油輸入量は日量約 330 万バーレル（平成 27 年度）である

りつつある。採掘方法においても、これまでの自ら噴出すが、その原油種は 175 種類（平成 23 〜 27 年度）にもおよぶ。

る原油を汲み上げる方法以外に、オイルサンド、オイルシェー

原油は生産される油田によって性状が異なり、厳密に言えル、深海油田などこれまで採算的に採掘が困難とされてきば同じ原油名であってもロットによりその性状は変化する 。

1）

た油井の開発も進んでいる。また、原油によっては各油井製油所においては、これら原油から LP ガス、ガソリン、から採掘された原油がパイプラインで湾岸まで運ばれ、ブナフサ、灯油、軽油、重油等の留分を効率良く生産するたレンド出荷されるケースもある。この様に原油の多種多様めに 24 時間連続操業し、各種の石油製品を社会へ供給し化に伴い、原油の性状はこれまで以上に変化に富んでいている。製品得率から品質に至るまで原材料たる原油性状る事が容易に想像でき、事前の原油性状把握がより重要の因子にかかわるところが大きく、各精製プロセスは技術になってきている。

的にも経済的にも原油に左右される。従って、多種多様な原油の中から最適な原油を選択するためには、原油の中身、言い換えればその価値を調べることが必要不可欠である。
本稿では、その原油の評価手法の概要について解説する。
2. 原油評価技術
実験室レベルにおける原油評価の一般的な流れを図 1 に示す。原油は、バッチ式蒸留装置および減圧蒸留装置により、LPG、ナフサ、灯油、軽油、常圧残渣油、減圧軽油、減圧残渣油の各留分に分離する。評価データとして①原油の一般分析、②各留分の収率、③各留分の一般性状をそれぞれ測定し、①〜③のデータを④原油アッセイ（英語表記「Assay」、語意は「分析評価」）に入力し、作成するという順序で進められる。評価全体に必要とされる原油量は数十リッ
トル程度、最終製品まで含めた評価期間は数ヶ月とされる。
図 2 原油可採埋蔵量（2014 年末）（出典：資源エネルギー庁 ホームページ）
原油性状は、おおまかに物理的側面と化学的側面に分けられる。物理的性状による分類としては、比重を基準とするものが一般的である。国際的には米国石油協会が定めた API 度より分類されるが、比重（15/4℃）により分類される場合もある。比重（60/60℉）を S とすると API 度
は API=141.5 /S-131.5 で表される。
（図 3）
図1

原油評価の概要JXTG Technical Review・第 59巻第2号（ 2017年7月）− 32 −

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原油評価技術概要〈松本比重（15/4℃）

超軽質 軽質中質0.830.850.880.90

API 度39352926幸太郎〉

2. 2 原油性状試験

重質 超重質

原油の性状試験法は JIS（日本工業規格）K2601 に密度、硫黄分、蒸気圧、流動点など 17 項目が規定されている（表 3）3）。しかしながら、製油所における運転では、これら JIS に規定された性状項目だけでは不十分であり、製油所ごとにタンク、装置などへの影響を含めたデータを独自に測定しているケースも多い。

外観
（常温）

性状項目の代表的なものは、密度と硫黄分で原油価格の重要な構成要素になっている。原油の輸送・貯蔵の点から注目される項目としては、蒸気圧、流動点、動粘度、
図3

API 度と比重の関係

アスファルテン、固形分などが挙げられる。また、常圧蒸留装置の腐食性の観点から、塩分、硫化水素の項目が重化学的性状による分類としては、炭化水素タイプ、硫黄要である。

含有量などがある。炭化 水素タイプによる分類を表 1 に示す。パラフィン、中間、ナフテン、特殊（種類が少ない

表3

原油試験法（JIS K2601）のでそのように呼ばれている）の 4 種に区分される。日本
で輸入量が多い中東原油のサウジアラビア産のアラブライ① 密 度、 ② 蒸 気 圧、 ③ 動 粘 度、 ④ 流 動 点、 ⑤ 残 留 炭 素、ト、アラブヘビーなどは中間に区分される。その他の区分⑥硫黄分、⑦窒素分、⑧灰分、⑨発熱量、⑩水分、⑪引火点、の代表例としては、パラフィン系はインドネシア産のスマト⑫水でい分、⑬塩分（滴定法）、⑭塩分（導電率法）、⑮原油

ラライト原油、中国産の大慶原油、ナフテン系はオースト

常圧法蒸留、⑯ワックス分、⑰硫化水素分

ラリア産のピレニーズ原油などが挙げられる。
また、原油は硫黄分の含有量に応じて分類される（表 2）。
一般に高硫黄、中硫黄、低硫黄に分類され、製油所の脱硫装置への負荷要素となることから、同一 API 度においては低硫黄であるほど原油価格は高い傾向にある。
表1
炭素タイプ組成

分類名称
パラフィン

炭化水素タイプによる原油の分類
特徴

パラフィン系炭化水素に富む・ナフサのオクタン価は低い
・灯油の煙点、軽油のセタン価は高い
・潤滑油の粘度指数は高いが、パラフィン由来のロウ分が多い

中間パラフィンとナフテン系炭化水素が同等量・パラフィンとナフテン基の中間性質
・灯軽油の品質は良好
・潤滑油製造に適する

ナフテン

ナフテン系炭化水素に富む・ナフサのオクタン価は高い
・灯油の煙点、軽油のセタン価は低い
・アスファルト製造に適する

特殊

芳香族炭化水素を比較的多量に含む上記3原油に分類され・ナフサのオクタン価は非常に高い

ない原油

・灯油の煙点、軽油のセタン価は低い
・芳香族性に富み、溶解力の良い溶剤が得られる

表2

硫黄含有量による原油の分類

分類名称

硫黄分

高硫黄

2 質量 % 以上

中硫黄

1 〜 2 質量 %低硫黄

1 質量 % 以下− 33 −JXTG Technical Review・第59巻第2号（2017年7月）

原油評価技術概要〈松本70幸太郎〉

2. 3 蒸留による留分分画
原油性状だけでは、製油所運転や経済的評価において、十分なデータとは言い切れず、各留分についても把握する必要がある。例えば、同一 API 度の原油であるにもかかわらず、各留分の得率については、大きく異なる事が多々あり、各留分の得率を事前に把握する事が重要である。
そこで灯油や軽油等の特定の沸点範囲を持つ留分を蒸留試験により分取し、これらの各留分に必要な試験を行っている。
常圧下で行う蒸留方法には、真沸点蒸留法と簡易蒸留法があるが、原油評価における蒸留は、真沸点蒸留法が採図5用され、世界的に ASTM D2892 の TBP 法（True Boling

減圧蒸留装置（ASTM D5236）

Point 法）が採用されている 。装置の概略図を図 4 に示す。
4）

蒸留試験装置はデータの相互関係を持たせるため、①蒸以上、これらの試験法によって ASTM に規定された原留塔本体の充填カラムの理論段数（14 〜 17）、内径、塔油の蒸留曲線が作成され、原油の得率を推定する事が可長、塔内ホールドアップ②最適留出量③蒸留圧、蒸留温度、能となる。得率は mol％、mass％、vol％などで表記され還流比④精度などが詳細に規定されている。

る。実際には、季節ごとに製品の蒸留カット温度が変わる

一方、簡易蒸留法は、品質管理や取引のために用いるもので、JISK2601、K2254 に試験方法が規定されている。枝付きフラスコに一定量の試料を採り、これをガスま事を踏まえて、10℃単位の詳細分留を求められる場合もある。図 6 にアメリカ産原油とインドネシア産原油の 2 種の蒸留曲線の一例を示す。

たは電気で下方より加熱して、発生した蒸気を凝縮器で液体に戻して、目盛り円筒に受ける方法である。

図6
図4

TBP 蒸留装置（ASTM D2892）

蒸留曲線の例

2. 4 各留分の性状試験
各留分の主要な性状項目を表 4 に示す。

次に、 原油 評 価における常圧残 渣油の蒸留には、熱まず、ナフサ留分は改質原料として、ナフテン分、芳香分 解を 避 けるため ASTM D1160、D5236 の 減 圧 蒸 留族分といった炭化水素組成が重要視される事から、ガス

試 験が行われている 5）。この試 験 法では、減 圧下（1 ～クロ組成分析を行っている。家庭の室内で使用される灯50mmHg）で蒸留し、留出量と留出温度を測定する。得

油留分は、安全上の観点から引火点と煙点が必要性状項

られた留出温度は規定の計算式によって標準気圧下の温目とされ、灯油に近い温度範囲であるジェット燃料留分は度に換算して報告する。これにより常圧換算で 600℃前後

析出点が重要視される。軽油留分はディーゼル燃料としての蒸留性状を得ることができる（図 5）。

着火性（セタン価）や流動点などの低温性能が求められている。但し、セタン価は測定に時間を要する事から、密度、硫黄分、水分を変数とした計算式から求めるセタン指数が広く利用されている。残渣油は、重油の製品品質の点から残炭、流動点、金属分などが測定項目として重要視されている。

JXTG Technical Review・第 59巻第2号（ 2017年7月）− 34 −

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原油評価技術概要〈松本幸太郎〉

更に全留分に共通する項目として、得率、密度、硫黄分、動粘度などが挙げられる。これらの項目については、製油所における常圧蒸留装置を始めとする製油装置の運転条件を決定する上で必要なデータである。
表4

各留分の重視する性状項目と試験法

温度（目安）

性状項目

試験法

LPG、ナフサ〜 150℃

炭化水素組成JIS K2240 または 2536

灯油

150 〜 250℃

引火点

JIS K2265

煙点

JIS K2537

ジェット

150 〜 250℃

析出点

JIS K2276

軽油

250 〜 380℃

セタン価、セタン指数

JIS K2280

流動点

JIS K2269

留分残渣油380℃〜

残炭

JIS K2270

金属分

ICP 発光分析装置にて測定2. 5 原油アッセイ作成
上記のような分析によって得られたデータは、原油毎に各留分別の得率や性状がまとまった形で報告される。これら原油毎の性状をまとめたものを原油アッセイと呼んでいる。この原油アッセイは、原油購入の判断材料とされることから、産油国、海外の石油メジャーなどでは、インターネット上に公開する例も多い。
表5

原油アッセイの例

図 7 ガスクロシステムを用いた蒸留曲線作成の例（出典：島津製作所株式会社 ホームページ）

さらに近年は、分析機器の発達による詳細構造分析が進化している。これまでの炭化 水素タイプ別の分析方法は、原油をカラムクロマト法によって、飽和、芳香族、レジン、アスファルテンに分画した SARA 分析（Saturare、Aroma、Resin、Asphaltene の頭文字）が知られており、
3. 分析技術の進歩と原油評価留分としての詳細分析は軽油留分までが限度とされてきた。最近の分析機器ではこれら詳細構造を分子レベルで

実 験 室での原油評 価方法の手順は古くから大きく変見出す事ができ、装置運転の高度制御などに反映させるわっておらず、最終的な原油アッセイを作成するまで、場ことが可能となりつつある。また原油性状の膨大なデータ合によっては数カ月かかる事があり、結果的に原油購入のベースから統計手法を用いることで、蒸留分画することなチャンスを逃してしまう可能性があった。また、減圧残渣く表 5 に示すような留分性状を推定するソフトの開発も進油の様な高沸点留分については熱分解の影響で正確に測んでいる。

定できず、原油の価値を正確に把握する事が困難であった。これらの課題解決を図る上でのキーワードは迅速化と

4. まとめ高度分析である。その解決方法の一例として、ガスクロマ
トグラフィーによる蒸留推定法がある。この方法では、少原油評価技術について、一般的な内容を解説した。原

量サンプルで済み、なおかつ TBP や減圧蒸留の限界で油と言ってもその種類は何百にもおよび、受入れロットごあった高沸点留分の得率を把握することが可能となっていとにその性状は異なる可能性がある。その都度、運転管6）る（図 7） 。

理を的確に行ない、経済性を評価することが重要であり、− 35 −JXTG Technical Review・第59巻第2号（2017年7月）

原油評価技術概要〈松本72幸太郎〉

原油評価はそのための基礎データとなっていることは言うまでもない。
しかしながら、評価には、依然時間を要し、評価できる油種も限られていることから、高精度かつ迅速な評価方法の開発が求められている。当研究所ではこれらに対応すべく鋭意検討を進めている。
− 参考文献 −1）http://www.meti.go.jp/statistics/tyo/sekiyuka/pdf/
h2dhhpe2015k.pdf2）http://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper/
2016html/2-2-2.html
3）JIS K2601
4）ASTM D2892
5）ASTM D5236
6）http://www.an.shimadzu.co.jp/gc/dst/dst5.htm

JXTG Technical Review・第 59巻

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