石油精製所

石油精製所は、石油（原油）をガソリン、ディーゼル燃料、アスファルトベース、燃料油、暖房用油、灯油、液化石油ガス、石油ナフサなどの製品に変換および精製する工業プロセスプラントです。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]エチレンや プロピレンなどの^{石油化学原料}は、ナフサなどの原油の精製製品を使用せずに、原油を分解することによって直接生産することもできます。[ 4 ^{] [5]原油原料は通常、}石油生産プラントで処理されています。 [1] 通常、石油精製所内または近くには、入ってくる原油原料とバルク液体製品を保管するための石油貯蔵所があります。 2020年、世界の原油精製所の総容量は1日あたり約1億120万バレルでした。^[6]

石油精製所は、通常、広範囲に及ぶ配管が至る所に張り巡らされた大規模で広大な工業団地であり、蒸留塔などの大型化学処理ユニット間で流体を輸送している。多くの点で、石油精製所はさまざまな技術を使用しており、化学工場の一種と考えることができる。2008年12月以来、世界最大の石油精製所は、インドのグジャラート州にあるリライアンス・インダストリーズが所有するジャムナガル製油所であり、処理能力は1日あたり 124万バレル（197,000 m ^{3 ）である。}

石油精製所は石油産業の下流部門において重要な部分を占めています。^[7]

中国は石油を精製した最初の文明の一つでした。^[8] 1世紀には早くも、中国人はエネルギー源として原油を精製していました。^{[9] [8]}北魏後期の512年から518年の間に、中国の地理学者、作家、政治家の李道元は、有名な著作『水経論』の中で、石油を精製して様々な潤滑油を作るプロセスを紹介しました。^{[10] [9] [8]}

原油はペルシャの化学者によって蒸留されることがよくあり、ムハンマド・イブン・ザカリーヤ・ラーズィー（ 865年頃 -925年）などのハンドブックに明確に記述されている。 ^[11]バグダッドの通りは、その地域の天然油田から採取できるようになった石油から作られたタールで舗装された。9世紀には、現在のアゼルバイジャンのバクー周辺で油田が開発されていた。これらの油田は、10世紀にアラブの地理学者アブー・アル・ハサン・アリー・アル・マスーディーによって記述されており、13世紀にはマルコ・ポーロによって、それらの井戸からの産出量が数百隻分の船に相当したと記述されている。^[12]アラブとペルシャの化学者も原油を蒸留して軍事目的で可燃性製品を製造していた。イスラム教のスペインを通じて、 12世紀までに西ヨーロッパでも蒸留が可能になった。 ^[13]

北宋時代（960-1127年）には、開封市に「猛油工場」と呼ばれる工場が設立され、宋軍の武器として精製油を生産した。兵士たちは鉄の缶に精製油を詰め、敵軍に向かって投げて火をつけた。事実上、世界初の「焼夷弾」である。この工場は世界最古の石油精製工場の一つで、何千人もの人々が中国の石油兵器の製造に携わった。^[14]

19世紀以前、石油はバビロニア、エジプト、中国、フィリピン、ローマ、アゼルバイジャンで様々な形で知られ、利用されていました。しかし、石油産業の近代史は、カナダのノバスコシア州のアブラハム・ゲスナーが石炭から灯油を生産する方法を考案した1846年に始まったと言われています。その後まもなく、1854年にイグナツィ・ルカシェヴィチがポーランドのクロスノの町の近くで手掘りの油井から灯油の生産を開始しました。

世界記録アカデミーによると、ルーマニアは世界の石油生産統計で第1位の国として登録された。^{[15] [16]}

北米では、1858年にカナダのオンタリオ州オイルスプリングスでジェームズ・ミラー・ウィリアムズが最初の油井を掘削しました。 ^[17]米国では、1859年にエドウィン・ドレイクがペンシルベニア州タイタスビル近郊で石油を発見したことで石油産業が始まりました。^[18] 1800年代には石油産業はゆっくりと成長し、主に石油ランプ用の灯油を生産していました。20世紀初頭には、内燃機関の導入と自動車での使用によりガソリン市場が生まれ、石油産業の急速な成長の原動力となりました。オンタリオ州やペンシルベニア州での初期の石油発見は、すぐにオクラホマ州、テキサス州、カリフォルニア州での大規模な石油「ブーム」に追い抜かれました。^[19]

サミュエル・キアは1853年にピッツバーグのグラント通り近くの7番街にアメリカ初の石油精製所を設立した。^[20]ポーランドの薬剤師で発明家のイグナツィ・ウカシェヴィチは1854年に当時オーストリア＝ハンガリー帝国（現在のポーランド）の一部であったヤスウォに石油精製所を設立した。

最初の大規模な製油所は、1856年から1857年にルーマニアのプロイェシュティに開設されました。^[15] 51年後の1908年、プロイェシュティで、 1887年にアンフェタミンを発見して博士号を取得したユダヤ系ルーマニア人化学者ラザール・エデレアヌが、原油を精製するための最初の近代的な液体抽出法であるエデレアヌ法を発明し、特許を取得し、工業規模でテストしました。これにより、純粋な分留に比べて精製効率が向上し、精製工場の大規模な開発が可能になりました。その後、この方法はフランス、ドイツ、米国で実装され、数十年のうちに世界中に広まりました。 1910年、エデレアヌはドイツで「Allgemeine Gesellschaft für Chemische Industrie」を設立したが、その名前が成功したことから、1930年にEdeleanu GmbHに改名された。ナチス時代に、この会社はDeutsche Erdöl-AGに買収され、ユダヤ人出身のエデレアヌはルーマニアに戻った。戦後、この商標は後継会社のEDELEANU Gesellschaft mbH Alzenau (RWE)によって多くの石油製品に使用され、その後、この会社はPörner GroupにEDLとして統合された。ナチスドイツに接収された後、プロイェシュティの製油所は、第二次世界大戦の石油作戦中の1943年の連合国による津波作戦で爆撃された。

世界最古の石油精製所があるという称号を争うもう一つの候補は、ドイツのニーダーザクセン州にあるザルツベルゲンです。ザルツベルゲンの精製所は 1860 年に開設されました。

一時期、サウジアラムコが所有するサウジアラビアのラス・タヌラにある製油所が世界最大の石油精製所と主張されていた。20世紀のほとんどの期間、最大の製油所はイランのアバダン製油所であった。この製油所はイラン・イラク戦争中に大きな被害を受けた。2008年12月25日以降、世界最大の製油所複合施設は、インドのジャムナガルにあるリライアンス・インダストリーズ・リミテッドが隣り合って運営する2つの製油所からなるジャムナガル製油所複合施設であり、合計生産能力は1,240,000バレル/日（197,000 m ³ /日）である。ベネズエラのパラグアナ半島にあるPDVSAのパラグアナ製油所複合施設は、生産能力が94万バレル/日（149,000 m ³ /日）であるが、20年間の制裁の影響で実効稼働率が劇的に低下している^[要出典]。また、韓国のSKエナジーの蔚山製油所は、生産能力が84万バレル/日（134,000 m ³ /日）で、それぞれ2位と3位である。

1940 年代初頭の第二次世界大戦以前、米国の石油精製所のほとんどは、原油蒸留装置 (常圧原油蒸留装置と呼ばれることが多い) のみで構成されていました。一部の精製所には、真空蒸留装置や、ビスブレーカー(粘度ブレーカー、油の粘度を下げる装置)などの熱分解装置もありました。以下で説明する他の多くの精製プロセスはすべて、戦争中または戦後数年以内に開発されました。これらは戦争が終わってから 5 ～ 10 年以内に商業的に利用可能になり、世界中の石油産業は非常に急速に成長しました。テクノロジーの成長、および世界中の精製所の数と規模の増加の原動力となったのは、自動車用ガソリンと航空機燃料の需要の高まりでした。

米国では、さまざまな複雑な経済的、政治的理由により、1980 年代頃に新しい製油所の建設が事実上停止しました。しかし、米国の既存の製油所の多くは、原油処理能力の向上、製品ガソリンのオクタン価の向上、環境規制に準拠するためのディーゼル燃料と家庭用暖房燃料の硫黄含有量の低減、環境大気汚染と水質汚染の要件の遵守を目的として、多くのユニットを改修したり、ユニットを増設したりしてきました。

19世紀、米国の製油所は主に灯油を回収するために原油を精製していた。ガソリンなどの揮発性の高い成分は市場がなく、廃棄物とみなされ、近くの川に直接投棄されることが多かった。自動車の発明により需要はガソリンとディーゼルに移行し、これらは今日でも主要な精製製品となっている。^[22]

今日、国および州の法律では、製油所は厳格な空気および水の清浄基準を満たすことが義務付けられています。実際、米国の石油会社は、近代的な製油所を建設するための許可を得るのは非常に困難で費用がかかると認識しているため、1976年から2014年にノースダコタ州の小規模なダコタプレーリー製油所が操業を開始するまで、米国では新しい製油所は建設されませんでした（ただし、多くは拡張されました）。^[23] 1981年に存在した製油所の半分以上が、稼働率の低下と合併の加速により現在閉鎖されています。^[24]これらの閉鎖の結果、米国の製油所の総容量は1981年から1995年の間に減少しましたが、その期間の稼働容量は1日あたり約15,000,000バレル（2,400,000 m ³ /日）でほぼ一定でした。^[25]施設規模の拡大と効率性の向上により、業界の失われた物理的容量の大部分が相殺されました。 1982年（提供された最も古いデータ）には、米国は301の製油所を運営しており、暦日あたりの合計処理能力は1,790万バレル（2,850,000 m ³）でした。2010年には、稼働可能な米国の製油所は149あり、暦日あたりの合計処理能力は1,760万バレル（2,800,000 m ³ ）でした。^[26] 2014年までに製油所の数は140に減少しましたが、総処理能力は暦日あたり1,802万バレル（2,865,000 m ³）に増加しました。実際、運用コストと減価償却を削減するために、精製はより少ない場所でより大きな処理能力で運営されています。

2009年から2010年にかけて、石油事業の収益源が枯渇し、製品需要の低下と経済不況に先立つ供給過剰により石油精製所の収益性が低下したため、石油会社は収益性の低い製油所を閉鎖または売却し始めました。^[27]

未処理または未加工の原油は、一般に工業用途には役立ちませんが、「軽質でスイートな」（低粘度、低硫黄）原油は、船舶の推進力となる蒸気を生成するためのバーナー燃料として直接使用されてきました。しかし、より軽い成分は、燃料タンク内で爆発性の蒸気を形成するため、特に軍艦では危険です。代わりに、原油に含まれる何百もの異なる炭化水素分子は、精製所で、燃料、潤滑剤、およびプラスチック、洗剤、溶剤、エラストマー、ナイロンやポリエステルなどの繊維などの製品を製造する石油化学プロセスの原料として使用できる成分に分離されます。

石油 化石燃料は内燃機関で燃焼され、船舶、自動車、航空機エンジン、芝刈り機、ダートバイク、その他の機械に動力を供給します。炭化水素は沸点が異なるため、蒸留によって分離することができます。軽い液体製品は内燃機関での使用に大きな需要があるため、現代の製油所では重い炭化水素と軽いガス状元素をこれらの高価値製品に変換します。^[28]

石油は、パラフィン、芳香族、ナフテン（またはシクロアルカン）、アルケン、ジエン、アルキンなど、分子量、形、長さの異なる炭化水素を含んでいるため、さまざまな用途に使用できます。^{[29]原油の分子には硫黄や窒素などのさまざまな原子が含まれていますが、炭化水素は、}水素、炭素原子、および少数の酸素原子でできたさまざまな長さと複雑さの分子である最も一般的な分子です。これらの分子の構造の違いにより、物理的および化学的特性が異なり、この多様性により、原油は幅広い用途で有用です。

汚染物質や不純物を分離して精製すれば、燃料や潤滑油はそれ以上加工せずに販売できる。イソブタンやプロピレン、ブチレンなどの小分子は、アルキル化、より一般的には二量化などの処理によって特定のオクタン価要件を満たすように再結合できる。ガソリンのオクタン価は接触改質によっても向上できる。接触改質では炭化水素から水素を除去して芳香族などのオクタン価の高い化合物を生成する。中間生成物である軽油は、流動接触分解、熱分解、水素化分解などのさまざまなクラッキング方法によって再加工して、重質で長鎖の油を軽い短鎖の油に分解することもできる。ガソリン製造の最終段階は、オクタン価、蒸気圧、その他の特性が異なる燃料を混合して製品仕様を満たすことである。これらの中間生成物（残留油）を再処理およびアップグレードする別の方法は、揮発分除去プロセスを使用して、廃棄アスファルテン材料から使用可能な油を分離する。特定の分解ストリームは、分子量と原料から分解されたオレフィン種の特性に基づいて、ポリプロピレン、より重いポリマー、ブロックポリマーなどの石油化学製品の製造に特に適しています。^[30]

石油精製所は大規模な工場で、1 日に約 10 万から数十万バレルの原油を処理します。処理能力が高いため、ユニットの多くはバッチ処理ではなく、数か月から数年にわたって定常状態またはほぼ定常状態で連続的に稼働します。処理能力が高いため、プロセスの最適化と高度なプロセス制御も非常に望ましいものになります。

石油製品は、原油（石油）を製油所で処理して得られる物質です。石油の大部分は石油製品に変換され、その中にはいくつかの種類の燃料が含まれます。^[32]

石油精製所では、水素、軽質炭化水素、改質油、熱分解ガソリンなどのさまざまな中間製品も生産されます。これらは通常輸送されず、現場で混合またはさらに処理されます。そのため、化学工場は石油精製所に隣接しているか、さらに多くの化学プロセスが石油精製所に統合されていることがよくあります。たとえば、軽質炭化水素はエチレン工場で蒸気分解され、生成されたエチレンは重合されてポリエチレンが生成されます。

適切な分離と環境保護の両方を確実にするために、最も重い製品を除くすべての製品で硫黄含有量を非常に低くする必要があります。粗硫黄汚染物質は、触媒水素化脱硫によって硫化水素に変換され、アミンガス処理によって製品ストリームから除去されます。その後、クラウスプロセスを使用して、硫化水素は元素硫黄に変換され、化学産業に販売されます。このプロセスによって解放されるかなり大きな熱エネルギーは、製油所の他の部分で直接使用されます。多くの場合、発電所は、余分な熱を吸収するために、製油所プロセス全体に統合されます。

原油の成分と市場の需要に応じて、製油所はさまざまな割合の石油製品を生産できます。石油製品の最大の割合は「エネルギー キャリア」、つまりさまざまなグレードの燃料油とガソリンとして使用されます。これらの燃料には、ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、暖房用燃料油、およびより重い燃料油が含まれるか、または混合することができます。より重い (揮発性の低い) 留分は、アスファルト、タール、パラフィン ワックス、潤滑油、およびその他の重質油の製造にも使用できます。製油所では他の化学物質も生産され、その一部はプラスチックやその他の有用な材料を製造するための化学プロセスで使用されます。石油には数パーセントの硫黄含有分子が含まれていることが多いため、元素硫黄も石油製品として生産されることがよくあります。石油コークスの形の炭素や水素も石油製品として生産されることがあります。生成された水素は、水素化分解や水素化脱硫などの他の石油精製プロセスの中間製品としてよく使用されます。^[33]

石油製品は通常、軽質留分（LPG、ガソリン、ナフサ）、中質留分（灯油、ジェット燃料、ディーゼル）、重質留分、残渣（重質燃料油、潤滑油、ワックス、アスファルト）の4つのカテゴリーに分類されます。これらには、さまざまな原料のブレンド、適切な添加剤の混合、短期貯蔵、トラック、はしけ、製品船、鉄道車両へのバルク積み込みの準備が必要です。この分類は、原油を蒸留して留分に分離する方法に基づいています。^[2]

• 液化石油ガスやプロパンなどの気体燃料。圧力をかけた液体の状態で貯蔵・輸送されます。
• 潤滑剤（軽機械油、モーターオイル、グリースを製造し、必要に応じて粘度安定剤を追加します）。通常は、オフサイトの梱包工場にバルクで出荷されます。
• パラフィンワックスは、ろうそく業界などで使用されています。梱包されたブロックとして準備するために、現場にバルクで出荷される場合があります。ワックスエマルジョン、ろうそく、マッチ、防錆、蒸気バリア、建築用ボード、冷凍食品の包装に使用されます。
• 硫黄（または硫酸）は、石油から硫黄を除去する際に生じる副産物で、有機硫黄含有化合物として最大数パーセントの硫黄を含むことがあります。硫黄と硫酸は有用な工業原料です。硫酸は通常、酸の前駆体である発煙硫酸として製造され、出荷されます。
• タールと砂利の屋根に使用するオフサイトユニット梱包用のバルクタール出荷。
• アスファルトは、道路や敷地などの舗装に使用されるアスファルト コンクリートを形成するために砂利の結合剤として使用されます。アスファルト ユニットは、バルク アスファルトを出荷用に準備します。
• 石油コークス。電極などの特殊な炭素製品や固形燃料として使用されます。
• 石油化学製品は、ポリマーや医薬品など化学産業の原料となる有機化合物で、エチレンやベンゼン-トルエン-キシレン(BTX) などがあり、これらは石油化学工場に送られてさまざまな方法でさらに加工されることが多い。石油化学製品は、オレフィンまたはその前駆物質、あるいはさまざまな種類の芳香族石油化学製品である。
• ガソリン
• ナフサ
• 灯油および関連するジェット機燃料
• ディーゼル燃料と燃料油
• 熱
• 電気

石油廃棄物の副産物から作られたものは6,000点以上あり、その中には肥料、床材、香水、殺虫剤、ワセリン、石鹸、ビタミンカプセルなどが含まれています。^[34]

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  原油（石油）のサンプル
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  液化石油ガスボンベ
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  ガソリンのサンプル
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  灯油のサンプル
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  ディーゼル燃料のサンプル
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  エンジンオイル
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  アスファルトコンクリートを形成するためのアスファルト被覆骨材の山
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  硫黄

• 脱塩装置は、原油が常圧蒸留装置に入る前に、原油から塩分やその他の水溶性汚染物質を洗い流します。^{[35] [36] [37]}
• 100,000bpsd以上の容量を持つほとんどの常圧原油ユニットに見られるプレフラッシュおよび/またはプレ蒸留。^[38]
• 原油蒸留装置は、入ってきた原油を様々な分留物に蒸留し、他の装置でさらに処理する。連続蒸留を参照。^{[39] [40] [41] [42] [43]}
• 真空蒸留は原油蒸留装置の底から残留油をさらに蒸留する。真空蒸留は大気圧よりはるかに低い圧力で行われる。^{[39] [40] [41] [42] [43]}
• ナフサ水素化処理装置は、常圧蒸留で得られたナフサを水素で脱硫する。ナフサは触媒改質装置に送る前に脱硫する必要がある。^{[1] [44]}
• 触媒改質装置は、脱硫ナフサ 分子を高オクタン価分子に変換して改質油（改質生成物）を生成する。改質油には、最終製品のガソリンまたは石油の成分である芳香族および環状炭化水素の含有量が多い。改質装置の重要な副産物は、触媒反応中に放出される水素である。水素は、水素処理装置または水素化分解装置のいずれかで使用される。^{[45] [46]}
• 留出液水素化処理装置は、常圧蒸留後の留出液（ディーゼルなど）を脱硫する。水素を使用して、原油蒸留または製油所内の他のユニットからのナフサ留分を脱硫する。 ^{[1] [44]} 700psiを超える圧力で稼働する留出液水素化処理装置は、適切な液空間速度が与えられれば、原料から窒素汚染物質を除去することもできる。^[47]
• 流動接触分解装置（FCC）は、原油蒸留からの重質高沸点留分を、軽質低沸点のより価値の高い製品に変換することでアップグレードします。^{[48] [3] [49]}
• 水素化分解装置は、真空蒸留装置から出た重質残留油を水素を使用して熱分解し、より軽く、より価値の高い粘度の低い製品にアップグレードします。^{[50] [51]}
• Merox は、メルカプタンを有機二硫化物に酸化することで、LPG、灯油、ジェット燃料を脱硫します。
• メルカプタンを除去するための代替プロセスとしては、ドクタースイートニングプロセスや苛性洗浄などが知られています。
• コーキング装置(ディレードコーカー、フルイドコーカー、フレキシコーカー) は、非常に重い残留油をガソリンやディーゼル燃料に加工し、残留物として石油コークスを残します。
• アルキル化ユニットは、硫酸またはフッ化水素酸を使用して、ガソリン混合用の高オクタン価成分を生成します。「アルキル」ユニットは、FCCプロセスからの軽質イソブタンとブチレンを、最終製品のガソリンまたはガソリンの非常に高オクタン価の成分であるアルキレートに変換します。 ^[52]
• 二量化ユニットは、オレフィンをオクタン価の高いガソリン混合成分に変換します。たとえば、ブテンはイソオクテンに二量化することができ、その後水素化されてイソオクタンを形成します。二量化には他の用途もあります。二量化によって生成されたガソリンは、不飽和度が高く、非常に反応性があります。自然にガムを形成する傾向があります。このため、二量化からの流出物は、完成したガソリンプールにすぐに混合するか、水素化する必要があります。
• 異性化は、直鎖状分子（ノルマルペンタンなど）を、ガソリンに混合したりアルキル化ユニットに供給したりするために、オクタン価の高い分岐分子に変換します。また、アルキル化ユニットで使用するために、直鎖状ノルマルブタンをイソブタンに変換する場合にも使用されます。
• 水蒸気改質により、天然ガスが水素処理装置および/または水素化分解装置用の水素に変換されます。
• 液化ガス貯蔵容器は、プロパンや類似のガス燃料を液体状態に保つのに十分な圧力で貯蔵します。これらは通常、球形の容器または「弾丸」（つまり、端が丸い水平容器）です。
• アミンガス処理装置、クラウスユニット、排ガス処理は、水素化脱硫からの硫化水素を元素硫黄に変換します。2005年に世界中で生産された64,000,000トンの硫黄の大部分は、石油精製および天然ガス処理プラントからの副産物硫黄でした。^{[53] [54]}
• サワーウォーターストリッパーは蒸気を使用してさまざまな廃水から硫化水素ガスを除去し、その後クラウスユニットで最終製品の硫黄に変換します。^[37]
• 冷却塔は冷却水を循環させ、ボイラープラントは蒸気発生器用の蒸気を生成し、計器用空気システムには空気圧で作動する制御弁と変電所が含まれます。
• 廃水収集・処理システムは、API分離装置、溶存空気浮上（DAF）装置、活性汚泥生物処理装置などの追加処理装置で構成されており、水を再利用または廃棄に適したものにします。^[55]
• 溶剤精製では、クレゾールやフルフラールなどの溶剤を使用して、潤滑油原料やディーゼル原料から不要な、主に芳香族化合物を除去します。
• 溶剤脱蝋により、真空蒸留製品から重いワックス状成分であるワセリンが除去されます。
• 原油や完成品を保管するための貯蔵タンク。通常は垂直の円筒形の容器で、何らかの蒸気排出制御機能を備え、流出を防ぐ土塁で囲まれています。

下の画像は、典型的な石油精製所の概略フロー図であり、さまざまなユニットプロセスと、入口の原油原料と最終製品の間に発生する中間製品の流れを示しています。この図は、文字通り何百もの異なる石油精製所の構成のうちの1つを示しています。また、この図には、蒸気、冷却水、電力などのユーティリティを提供する通常の精製所設備や、原油原料、中間製品、最終製品の貯蔵タンクは含まれていません。^{[1] [56] [57] [58]}

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典型的な石油精製所の概略フロー図

上記に示した以外にも、プロセス構成は多数あります。たとえば、真空蒸留ユニットでは、繊維産業で使用されるスピンドル油、軽機械油、モーター油、さまざまなワックスなどの最終製品に精製できる留分も生成されます。

原油蒸留装置（CDU）は、事実上すべての石油精製所の最初の処理装置です。CDUは、入ってくる原油を異なる沸点範囲のさまざまな留分に蒸留し、それぞれを他の精製処理装置でさらに処理します。CDUは、大気圧よりわずかに高い圧力で動作するため、常圧蒸留装置と呼ばれることがよくあります。 ^{[1] [2] [41]} 以下は、一般的な原油蒸留装置の概略フロー図です。入ってくる原油は、熱い蒸留留分やその他のストリームと熱交換することで予熱されます。次に、無機塩（主に塩化ナトリウム）を除去するために脱塩されます。

脱塩装置に続いて、原油は高温の蒸留留分やその他の流れと熱交換することでさらに加熱され、燃料燃焼炉（加熱炉）で約 398 °C まで加熱されて蒸留ユニットの底部に送られます。

蒸留塔上部の冷却と凝縮は、部分的には流入する原油との熱交換によって、また部分的には空冷式または水冷式の凝縮器によって行われます。追加の熱は、下の図に示すように、ポンプアラウンド システムによって蒸留塔から除去されます。

フロー図に示されているように、蒸留塔からのオーバーヘッド留出物はナフサです。蒸留塔の上部と下部の間のさまざまなポイントで蒸留塔の側面から除去された留分は、サイドカットと呼ばれます。各サイドカット（灯油、軽質ガス油、重質ガス油）は、入ってくる原油と熱交換することで冷却されます。すべての留分（オーバーヘッドナフサ、サイドカット、底部残留物）は、さらに処理される前に中間貯蔵タンクに送られます。

製油所や化学工場を建設するための場所を探している当事者は、以下の問題を考慮する必要があります。

• 敷地は住宅地から適度に離れている必要があります。
• 原材料の供給と製品の市場への出荷のためのインフラストラクチャが利用可能である必要があります。
• プラントを稼働させるためのエネルギーが利用可能である必要があります。
• 廃棄物を処分するための施設が利用可能である必要があります。

石油精製所の立地選定に影響する要因:

• 土地の利用可能性
• 交通と輸送の状況
• 公共設備の状況 - 電力供給、給水
• 労働力と資源の可用性

大量の蒸気と冷却水を使用する製油所には、豊富な水源が必要です。そのため、製油所は、航行可能な河川の近く、または港の近くの海岸沿いに立地することがよくあります。このような立地は、河川や海路による輸送にも便利です。パイプラインによる原油輸送の利点は明らかであり、石油会社は大量の燃料をパイプラインで配給ターミナルに輸送することがよくあります。生産量が少ない製品の場合、パイプラインは実用的ではないことがあり、鉄道車両、タンカー、はしけが使用されます。

石油化学工場や溶剤製造（微分分離）工場では、大量の精製製品をさらに処理したり、混合ターミナルではなく供給元で化学添加物を製品に混合したりするためのスペースが必要です。

精製プロセスでは、さまざまな化学物質が大気中に放出され（AP 42大気汚染物質排出係数の集計を参照）、精製所の存在には通常、顕著な悪臭が伴います。大気汚染の影響以外にも、廃水に関する懸念、^{[55]火災や爆発などの}産業事故のリスク、産業騒音による騒音健康影響もあります。^[59]

世界中の多くの政府が製油所から排出される汚染物質の規制を義務付けており、ほとんどの製油所は関係する環境保護規制当局の要件を満たすために必要な設備を設置している。米国では、新しい製油所の開発を阻止する強い圧力があり、 1976年にルイジアナ州 ガリービルにマラソン社が建設されて以来、国内で大規模な製油所は建設されていない。しかし、その間に既存の製油所の多くが拡張された。環境規制と新しい製油所の建設を阻止する圧力も、米国の燃料価格の上昇の一因となっている可能性がある。^[60]さらに、多くの製油所（1980年代以降100か所以上）が、業界内の老朽化や合併により閉鎖されている。^[61]

環境と安全上の懸念から、石油精製所は大都市から離れた場所に設置されることがある。しかし、人口密集地に近い場所での製油所の操業が健康リスクをもたらす例は多い。^{[62] [63]}カリフォルニア州コントラコスタ郡とソラノ郡には、この地域に人が居住する前の20世紀初頭に建設された海岸沿いの製油所のネックレスや、関連する化学工場がリッチモンド、マルティネス、パチェコ、コンコード、ピッツバーグ、ヴァレーオ、ベニシアの都市部に隣接しており、偶発的な事故により近隣住民に「屋内退避」命令が必要となることもある。アルバータ州シャーウッドパークには、人口100万人を超えるエドモントン市に隣接する製油所が数多くある。 ^[64]

精製石油溶剤への職業暴露に関するNIOSH基準は1977年から利用可能となっている。 ^[65]

現代の石油精製は、多種多様な石油製品を生産する相互に関連した化学反応の複雑なシステムです。^{[66] [67]}これらの反応の多くは、正確な温度と圧力のパラメータを必要とします。^{[68]これらのプロセスが適切に進行するために必要な機器と監視は複雑であり、}石油工学  の科学分野の進歩を通じて進化してきました。^{[69] [70]}

多種多様な高圧および/または高温反応は、必要な化学添加物や抽出された汚染物質とともに、石油精製作業員に驚くほど多くの潜在的な健康被害をもたらします。^{[71] [72]}  化学および石油工学の技術進歩により、これらのプロセスの大部分は自動化され、密閉された状態になり、作業員への潜在的な健康影響は大幅に減少しました。^[73]  しかし、作業員が従事する特定のプロセスや、作業員が働く製油所で採用されている特定の方法によっては、重大な健康被害が残ります。^[74]

当時、米国では労働災害が日常的に追跡・報告されていませんでしたが、石油精製所で働くことによる健康への影響に関する報告は1800年代にはすでに見つかります。例えば、1890年にシカゴの製油所で爆発事故が発生し、20人の労働者が死亡しました。^[75] それ以来、数多くの火災、爆発、その他の重大な出来事が時折発生し、石油精製所労働者の健康に世間の注目が集まっています。^[76] このような出来事は21世紀も続いており、2018年にはウィスコンシン州とドイツの製油所で爆発が報告されています。^[77]

しかし、石油精製工場の作業員を危険にさらす、目に見えない危険が数多く存在します。

現代の石油精製所は高度に自動化され、技術的に進歩しているため、ほぼすべてのプロセスが工学的制御の範囲内に収められており、以前に比べて労働者への暴露リスクは大幅に減少しています。^[73] しかし、特定の状況や作業タスクではこれらの安全メカニズムが破壊され、労働者がさまざまな化学的危険（上記の表を参照）または物理的危険（以下に説明）にさらされる可能性があります。^{[78] [79]} これらのシナリオの例は次のとおりです。

• システム障害（漏れ、爆発など）^{[80] [81]}
• 標準検査、製品サンプリング、工程のターンアラウンド、または機器のメンテナンス/清掃活動。^{[78] [79]}

2021年の系統的レビューでは、石油化学産業で働くことは、中皮腫などのさまざまながんのリスク増加と関連していることが示されました。また、胃がんや直腸がんなどの他のがんのリスク低下も判明しました。系統的レビューでは、関連性のいくつかは石油産業に直接関連する要因によるものではなく、喫煙などのライフスタイルの要因に関連していると言及されていました。近隣住民への悪影響の証拠も弱く、その証拠は主に先進国の近隣地域に集中していました。^[82]

BTXはベンゼン、トルエン、キシレンの略です。これは石油精製所の環境で見つかる一般的な揮発性有機化合物（VOC）のグループであり、職業上の暴露限界、化学物質への暴露、および製油所労働者の監視についてより深く議論するためのパラダイムとして役立ちます。^{[83] [84]}

BTX化学物質の最も重要な暴露経路は、これらの化学物質の沸点が低いため、吸入である。BTXのガス状生成の大部分はタンク洗浄と燃料移送中に発生し、これらの化学物質が空気中に放出される。^[85]汚染された水を介した摂取によっても暴露が起こる可能性があるが、職場環境では起こりにくい。^[86] 経皮暴露と吸収も起こり得るが、適切な個人用保護具が装着されている職場環境では、これも起こりにくい。^[86]

米国では、労働安全衛生局（OSHA）、国立労働安全衛生研究所（NIOSH）、米国産業衛生専門家会議（ACGIH）が、石油精製工場で労働者がさらされる可能性のある上記の化学物質の多くに対して職業暴露限界（OEL）を設定している。 ^{[87] [88] [89]}

特にベンゼンには、暴露量を測定するために測定できるバイオマーカーが複数ある。ベンゼン自体は呼気、血液、尿で測定でき、フェノール、t、t-ムコン酸（t、t MA）、S-フェニルメルカプツール酸（s PMA）などの代謝物は尿で測定できる。^[94] これらのバイオマーカーによる暴露レベルの監視に加えて、雇用主はOSHAによって労働者の血液検査を定期的に実施し、最も広く認識されている白血病などの恐れられている血液学的結果の初期兆候を検査することが義務付けられている。義務付けられている検査には、細胞分画を含む全血球計算と「定期的な」末梢血塗抹標本検査が含まれる。 ^[95] これらの検査の有用性は、正式な科学的研究によって裏付けられている。^[96]

石油精製所の比較的近い場所には多数の高出力機械があるため、作業員は身体的損傷を受けるリスクがある。また、多くの化学反応に必要な高圧により、局所的なシステム障害が発生し、システム部品の爆発による鈍的または貫通性の外傷が発生する可能性もある。^[111]

熱もまた危険である。精製工程における特定の反応を適切に進行させるために必要な温度は、1,600 °F (870 °C) に達することがある。^[73]化学物質と同様に、オペレーティング システムは、作業員に傷害を与えることなくこの危険を安全に封じ込めるように設計されています。しかし、システム障害が発生した場合、これは作業員の健康に対する大きな脅威となります。懸念されるのは、熱中症や熱中症による直接的な傷害だけでなく、作業員が過熱した試薬や機器に触れた場合に壊滅的な火傷を負う可能性も含まれています。^[73]

騒音も危険因子である。製油所は非常に騒々しい環境になることがあり、労働者の難聴と関連していることがこれまでにも示されている。^[112] 製油所の内部環境は、90  dBを超えるレベルに達することがある。^{[113] [59]}米国では、平均90 dBが8時間労働日の許容暴露限界（PEL）である。 ^[114] 8時間で平均85 dBを超える騒音暴露には、労働者の聴力を定期的に評価し、その保護を促進する聴覚保護プログラムが必要である。 ^{[115]労働者の聴力を定期的に評価し、}適切に検査された聴覚保護具  を忠実に使用することは、そのようなプログラムの重要な部分である。^[116]

業界に特有のものではないが、石油精製工場の労働者は、車両関連の事故、機械関連の負傷、閉鎖空間での作業、爆発/火災、人間工学的危険、交代勤務関連の睡眠障害、転倒などの危険にさらされる可能性がある。^[117]

階層的管理の理論は、石油精製所と労働者の安全を確保するための取り組みに適用できます。

石油精製所では、原材料、廃棄物、完成品の多くが何らかの形で有害（可燃性、発がん性など）であるため、排除や代替が行われる可能性は低い。 ^{[97] [118]}

工学的制御の例には、火災検知/消火システム、構造的完全性の喪失を検知/予測する圧力/化学センサー、^{[119] 、炭化水素による}腐食（構造的破損につながる）を防ぐための配管の適切なメンテナンスなどがある。 ^{[80] [81] [120] [121]}石油精製所で採用されているその他の例としては、建設後にバーミキュライトで鉄鋼部品を保護し、耐熱性/耐火性を向上させることが挙げられる。^[122] 区画化は、火災やその他のシステム障害が構造物の他の部分に広がるのを防ぐのに役立ち、適切な環境で安全に混合できるようになるまで異なる化学物質を互いに分離しておくことで危険な反応を防ぐのに役立つ可能性がある。^[119]

管理管理には、製油所の清掃、メンテナンス、ターンアラウンドプロセスの慎重な計画と監視が含まれます。これらは、多くの工学的制御が停止または抑制されているときに発生し、特に労働者にとって危険となる可能性があります。施設の一部のメンテナンスが、メンテナンスを実施する人や工場の他のエリアの労働者に危険な暴露を引き起こさないようにするために、詳細な調整が必要です。関係する化学物質の多くは非常に可燃性が高いため、喫煙エリアは厳しく管理され、慎重に配置されています。^[78]

処理または製造される化学物質の種類によっては、個人用保護具（PPE）が必要になる場合があります。半完成品のサンプリング、タンクの清掃、および前述のその他の高リスク作業中は特に注意が必要です。このような作業では、不浸透性アウターウェア、酸フード、使い捨てカバーオールなどの使用が必要になる場合があります。 ^{[78]より一般的には、作業区域内のすべての人員は適切な}聴覚および視覚保護具を使用し、可燃性材料（ナイロン、ダクロン、アクリル、または混紡）で作られた衣服を避け、長ズボンと長袖を着用する必要があります。^[78]

石油精製所の労働者の健康と安全は、労働安全衛生局（OSHA）と国立労働安全衛生研究所（NIOSH）の両方によって全国レベルで厳密に監視されています。^{[123] [124]}連邦政府の監視に加えて、カリフォルニア州のCalOSHAは、業界の労働者の健康保護に特に積極的に取り組んでおり、2017年に石油精製所に各プロセスの安全上の危険に対する「危険管理分析の階層」（上記の「危険管理」のセクションを参照）を実行することを義務付けるポリシーを採用しました。^[125]安全規制の結果、精製業界の労働者の負傷率は平均を下回っています。米国労働統計局の2018年の報告書によると、石油精製労働者の労働災害率（OSHA記録対象件数100人あたり0.4件）は、全産業（3.1件）、石油・ガス採掘（0.8件）、石油製造全般（1.3件）よりも大幅に低いことが示されています。^[126]

以下はOSHAが発行した石油精製所の安全に関する告発書で参照される最も一般的な規制のリストです。^[127]

• 引火性および可燃性液体（29 CFR 1910.106）
• 危険物コミュニケーション（HazCom）規格（29 CFR 1910.1200）
• 許可が必要な閉鎖空間（29 CFR 1910.146）
• 危険（分類）場所（29 CFR 1910.307）
• 個人用保護具（PPE）規格（29 CFR 1910.132）
• 危険エネルギーの制御（ロックアウト/タグアウト）規格（29 CFR 1910.147）

金属部品の腐食は、精製工程の非効率性の主な要因である。腐食は機器の故障につながるため、製油所のメンテナンススケジュールの主な要因となる。1996年時点での米国石油産業における腐食関連の直接コストは37億ドルと推定されている。^{[121] [128]}

精錬プロセスでは、水滴による孔食、水素による脆化、硫化物による応力腐食割れなど、さまざまな形で腐食が発生します。^[129]材料の観点から見ると、炭素鋼は製油所の部品の80％以上に使用されており、低コストであることが有利です。炭素鋼は、特に205℃未満の温度での炭化水素不純物による最も一般的な腐食に対して耐性がありますが、他の腐食性の化学物質や環境により、どこでも使用できるわけではありません。一般的な代替材料は、クロムとモリブデンを含む低合金鋼で、クロムを多く含むステンレス鋼は、より腐食性の高い環境に対応します。一般的に使用されるより高価な材料は、ニッケル、チタン、銅合金です。これらは主に、非常に高温や非常に腐食性の高い化学物質が存在する最も問題のある領域のために保存されています。^[130]

腐食は、監視、予防的修理、材料の慎重な使用という複雑なシステムによって防がれます。監視方法には、メンテナンス中に行われるオフライン チェックとオンライン監視の両方が含まれます。オフライン チェックでは、腐食が発生した後に測定し、収集した履歴情報に基づいて、いつ機器を交換する必要があるかをエンジニアに通知します。これを予防管理と呼びます。

オンラインシステムはより現代的な開発であり、腐食への取り組み方に革命をもたらしています。オンライン腐食モニタリング技術には、直線分極抵抗、電気化学ノイズ、電気抵抗など、いくつかの種類があります。オンラインモニタリングは、これまでは一般的に報告速度が遅く（数分または数時間）、プロセス条件やエラーの原因によって制限されていましたが、新しい技術では、はるかに高い精度で1分あたり最大2回の速度を報告できます（リアルタイムモニタリングと呼ばれます）。これにより、プロセスエンジニアは腐食を、システムで最適化できる別のプロセス変数として扱うことができます。プロセスの変化に即座に対応することで、腐食メカニズムを制御できるため、腐食を最小限に抑えながら生産量を最大化できます。^[120]理想的な状況では、正確でリアルタイムのオンライン腐食情報があれば、高い腐食速度を引き起こす条件を特定して低減できます。これは予測管理として知られています。

材料法には、用途に適した材料を選択することが含まれる。腐食が最小限の領域では安価な材料が望ましいが、ひどい腐食が発生する可能性がある場合は、より高価だが耐久性の高い材料を使用する必要がある。他の材料法としては、腐食性物質と機器の金属の間に保護バリアを設けるという方法がある。これは、標準的なポルトランドセメントなどの耐火材料または容器の内面に吹き付けるその他の特殊な耐酸性セメントのいずれかである。また、より高価な金属の薄いオーバーレイも利用可能であり、これにより、多くの材料を必要とせずに安価な金属を腐食から保護することができる。^[131]

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