２０２３年度 ＪＰＥＣフォーラム

製油所脱炭素化に関する共処理技術調査
２０２３年５月１０日
一般財団法人石油エネルギー技術センター
製造プロセス技術部

ー禁無断転載・複製 ©JPEC ２０２３ー目次
１．背景、目的
２．共処理技術の最新状況

３．共処理実施時のCO2排出量削減効果
４．共処理実施時の経済性

５．まとめ

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１．背景、目的
石油製品の供給拠点である製油所（石油精製事業者）は、国内の石油需要の減少、アジア諸国の石油コンビナートとの国際競争の激化に加え、世界的な脱炭素化の潮流といった事業環境の変化に直面している。その中で、国内の石油精製事業者が、石油精製事業を継続しつつ、カーボンニュートラルに向けて二酸化炭素排出量削減に資するような技術の開発を後押し、国内の燃料安定供給と共に、国内製油所の脱炭素化を実現することが重要である。
本調査は、「製油所脱炭素化に関わる共処理技術」として製油所アセットを活用した共処理技術の状況や共処理実施時の経済性及びGHG削減効果を調査、内容を整理・共有化することを目的とする。

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２．共処理技術の最新状況
共処理（Co-processing）：
製油所で原油処理を行いつつ、HVO等のバイオマス原料（低炭素原料）を、減圧軽油等と混合処理し、バイオ燃料配合燃料を製造するプロセス◆ 世界中で40程度の製油所で、欧米中心にHVO製造を中心に、単独処理とともにCo-processing（共処理）が実施されている。
欧州等における脱炭素化燃料製造における製油所の対応
共処理で対応する製油所例
Preem (スウェーデン)Exxon Mobil (オランダ)
Bp (スペイン, アメリカ）
Phillips 66 (イギリス)
Total Energy (フランス)
Eni(イタリア(タラント))
Litvinov Refinery (チェコ)OMV Petrom (ルーマニア)
Galp (ポルトガル)
Cepsa, Repsol （スペイン）
・・・他

欧州におけるHVOの製造能力（共処理＆単独処理）

単独処理で対応する製油所例
Neste(フィンランド)
Eni (イタリア(ベニス))
Eni (イタリア(シシリア))・・・他

出所：各種資料をもとにJPEC作成)

出所：STRATASADVISORS(Fuels for the future2023)

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２．共処理技術の最新状況◆ 脂質を原料にして水素化処理装置を中心に、木質系バイオマス原料については、研究段階で一部FCC装置でトライアルが行われれ、継続的な開発がなされている。最近では、SAF製造に関して、Co-processingの普及が進んでいる。

出所：FAA(アメリカ連邦航空局)の研究開発諮問機関(Research,Engineering, and Development Advisory Committee；REDAC)のThe Environment and Energy (E&E) Subcommittee資料(Maech.22.2022)より抜粋※SAF向けCo-processingで認められている含有量は、現状5%。
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２．共処理技術の最新状況◆共処理を行う際の既存アセットに対する課題は、共処理する原料油の性状（構造・組成、酸素含有量、遊離酸、不純物、水分量等）に大きく依存する。
油種bio-oils）

バイオ原料油の特徴

製油所での処理

植物油（Vegetable oils）
獣脂（Tallow）
廃食油（Used cooking
Oil,UCO）

トリグリセリドと遊離脂肪酸
脂肪酸の鎖長に関してある程度の不均一性があるが、化学的には均一
軽油留分範囲の炭素化合物
酸素11％、Haff/C比 1.8
廃油には、酸性度に影響する遊離脂肪酸が占めるが、汚染物質も含む金属や無機化合物を含む酸素の除去
熱分解または接触分解による低分子化
水素精製処理等のアップグレーディング
バイオジェット燃料製造には低温流動性を改善するための異性化分解生成物の分留

熱分解油（pyrolysis bio-oils）

最大400種類の成分
酸素含有量40％以上
リグニンの分解によるさまざまな芳香族種
高水分含有量（＞20％）
触媒熱分解や部分水素化熱分解の前処理品は熱分解のみよりも低酸素含有量（18～24wt％）

酸素の除去
重質分分解
芳香族化合物の水素化分解
アップグレード油の分留

水熱液化油（HTL-biooils）

低酸素含有量（範囲：6～18％）
低水分含有量（＜10％）

酸素の除去
熱分解または接触分解
芳香族化合物の水素化分解

フィッシャー・トロプシュ（FT）液体高温FTでは、ガソリンに適したより低分子量を生成
低温FTは、ディーゼル範囲の長鎖分子を生成分留が必要
分解異性化が必要な場合あり
出所：IEA Bioenergy Task 39
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２．共処理技術の最新状況◆原料油の性状による装置課題・対応等をまとめた。原料油の性状により装置課題も異なり、腐食、汚れ、触媒被毒等の課題が生じ、特に原料の前処理が重要になる。共処理の原料混合比率は、現状5％程度だが、大幅な増加（40％程度）が考えられている。

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２．共処理技術の最新状況
製油所ガス

アミン処理装置

水素製造装置硫黄回収装置酸性排水

ガス回収装置ナフサ脱硫装置

原油LPG
ナフサ

接触改質装置
常圧
蒸留
装
置

硫黄

BTX
ブレン
ダ異性化装置灯油脱硫装置
アルキル化装置
軽油脱硫装置

ガソリン
ジェット燃料灯油
軽油
A重油

減圧軽油脱硫装置＆水素化分解装置

FCC装置

低硫黄C重油減圧蒸留装置重油脱硫装置 & RFCC装置

コーカー

高硫黄C重油アスファルト8

２．共処理技術の最新状況
M/U H2

加熱炉★H2消費量

空冷式熱交

★腐食
★発熱
★腐食
★触媒被毒
★汚れ
★相溶性

★貯蔵安定性

低炭素原料
VGO

★腐食ガス
回収

★触媒被毒（パージ）
空冷式熱交
オフガス

★腐食

低温分離槽
反応塔

ナフサ分
留塔
ジェット燃料

★腐食

高温分
離槽

軽油
★製品品質

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３．共処理実施時のCO2排出量削減効果◆接触分解、常圧蒸留、水素製造装置からのCO2排出量が多い（約6割）。
H2
ＬＰＧ

水素製造回収

ＬＰＧ

ナフサ

改質油

H2
自家燃料ガス
H2S

ベンゼン
トルエン
キシレン

LPG
ナフサ脱硫

ナフサ蒸留

接触改質改質油

ベンゼン装置

蒸留抽出装置

Reformate
異性化装置

Isomarate原油常圧
蒸留装
置ガ
ソ
リン
ブレン
Desulfurized Cracked Gasoline
ダー
Light Cracked Gasoline

Raffinate

H2SEthanol

アルキレ－ション/ETBE Alkylate

プレミアムガソリンレギュラーガソリン

ETBE
ジェット燃料

灯油脱硫装置灯油

H2S
From HC/FCC/Coker
軽油脱硫装置軽油

H2SFuel Gas
Fuel Gas
H2S

LPG

LPG

減圧
蒸留装
置分解
分解
ガソリン ガソリン蒸留
蒸留
接触分解装置Cracked Gas Oil

減圧軽油脱硫
水素化分解

分解軽油

Cracked Fuel Oil
Fuel Gas

自家燃料ガス

H2S

コークス
A重油

常圧残油
脱硫
＆減圧軽油水素化
分解

低硫黄C重油
自家燃料油
コ－カ－ナフサ（ナフサ脱硫へ）

コ－カ－

コ－カ－軽油（軽油脱硫へ）

コ－クス
高硫黄C重油アスファルト製油所モデル

H2S硫黄回収モルテンサルファー

1 常圧蒸留装置
2 減圧蒸留装置
3 ナフサ脱硫装置
4 灯油脱硫装置
5 軽油脱硫装置
6 減圧軽油脱硫装置
7 残油脱硫装置
8 ナフサ蒸留
9 接触改質装置
10 LPG回収
11 改質油蒸留
12 ベンゼン抽出
13 アルキレーション装置
14 接触分解装置
15 水素製造
16 分解ガソリン脱硫装置
17 異性化装置
18 コーカー19 水素化分解装置
20 ETBE装置
21 溶剤脱歴装置
22 プロピレン分留装置
23 パラキシレン装置
24 トランスアルキル装置
25 分解ガソリン蒸留装置
合計

CO2排出量千t-CO2/年
2020年
7,953
106
532
961
1,957
2,233
1,803
60
2,398
934
18
273
8,499
5,782
472
17
1,092570
22445635
36
34,926

比率
(%)
22.77
0.30
1.522.755.606.395.160.176.87
0.02
0.100.050.78
24.33
16.56
1.35
0.05
3.13
1.63
0.06
0.01
0.01
0.16
0.10
0.10
100.0010

３．共処理実施時のCO2排出量削減効果◆製油所モデルにおいて、低炭素原料として廃食油を原料にして共処理を実施した場合の、CO2排出量の削減効果の検討を行った。
具体的には、軽脱硫装置を用い、プロセスデータは、既に多くの商業実績を有す
るNeste社バイオディーゼル燃料製造プロセスである“NExBTLプロセス”を参照し、共処理比率は、現状、海外で計画されている共処理比率の最大割合を想定して、装置フィードに対して40重量％とした。

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３．共処理実施時のCO2排出量削減効果◆Neste社バイオディーゼル燃料製造プロセスである“NExBTLプロセス”を示す。
不純物除去を行う前処理工程は、検討から除外した。
※前処理工程；クエン酸、リン酸 (50-75%)による塩除去工程、活性白土やシリカによる吸着除去処理工程
水素【廃食油処理スキーム】①
原料タンク(廃食・獣脂油)

プロパン②

前処理(不純物除去)

NExBTLプロセス~~

バイオディーゼル
バイオガソリン

固体
①

水、CO2
②

出所；DECARBONISATION OPTIONS FOR THE DUTCH BIOFUELS INDUSTRY

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３．共処理実施時のCO2排出量削減効果◆主に製造時（精製工程）、廃食油の共処理により水素消費量が増加し、それに伴い製油所からのCO2排出量（Scope1,2）が増加*することが判明した。
しかしながら、製造・燃料使用時トータルでのCO2排出量（Scope1,2,3）としては大幅削減が可能であることがわかった。
＊各装置毎のCO2排出量の増減を比較すると、常圧蒸留装置をはじめとしていくつかの装置の用役負荷が低減され、CO2排出量が減少しているにもかかわらず、水素製造装置からのCO2排出量の増加がその量を、はるかに大きく上回っている。
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４．共処理実施時の経済性◆共処理（co-processing）に関する投資について、共処理の設備コストに関する具体的数値に関する情報はほとんど得られない。これは、共処理に関連して改造や追加する設備の範囲が、製油所毎に異なるなど不明確なころが主因と思われる。
＊共処理の設備費を、新設のHVO専用装置の約半分と仮定した場合もある。

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４．共処理実施時の経済性◆共処理時の処理量に伴う変更点として、5～10%程度の共処理比率では、既存設備の余裕次第(特に水素製造装置)ではあるが、設備投資は最小限に抑えられるとしている。共処理に関しては、製油所アセットを活用する設備投資費の低さから今後も導入が普及するものと予想される。

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５．まとめ
今年度調査した項目

分かったこと

１．共処理技術の最新状況➢ 欧米を中心に共処理技術を活用したリニューアブルディーゼル燃料（以下、RD）、持続可能な航空燃料の製造の動きが活発である。
➢ 製油所アセットを活用した共処理技術としては、水素化処理装置（含水素化分解装置）による植物油、獣脂、廃食油等の脂質を原料としたドロップイン燃料の製造が中心である。一方、FCC装置では、バイオガソリン、バイオナフサを目的とした脂質を原料とした製造が実施されている。

２．共処理実施時のCO2排出量削減効果➢ 「廃食油を共処理したケース」に示すように、主に製造時（精製工程）、廃食油の共処理により水素消費量が増加し、それに伴い製油所からの排出分CO2量（Scope1,2）が増加することが判明した。しかしながら、製造・燃料使用時トータルでのCO2排出量（Scope1,2,3）としては大幅削減が可能であることがわかった。

３．共処理実施時の経済性➢ 共処理に関連する設備費に関しては、公開された情報は非常に少ない。
➢ 具体的な数値の情報が得にくのは、共処理に関連して改造や追加する設備の範囲が、製油所毎に異なるなど不明確なころが主因と思われる。
一方で、共処理比率が、5～10%程度までは、設備投資額が少なくなるとの情報もある。

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謝辞
本研究は経済産業省・資源エネルギー庁の補助事業として実施されました。
ここに記して、謝意を表します。

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