原油大気圧・減圧蒸留装置：技術的詳細と競争優位性 大気圧・減圧蒸留装置（AVDU）は、原油精製プロセスにおける基本的な最初の工程です。しばしば「リファイナリーの心臓」と呼ばれるこの装置は...
原油の大気圧および真空蒸留装置：技術的詳細と競争優位性
大気圧および真空蒸留装置（AVDU）は、原油精製プロセスにおける基本的かつ最初の工程です。しばしば「製油所の心臓」と呼ばれるこの装置の主な機能は、原油中に含まれる炭化水素の複雑な混合物を、その沸点に基づいて個別の分画または「カット」に分離することです。この初期の分離工程は、すべての下流工程ユニットにとって不可欠な基盤を提供します。
本記事では、この重要な製油インフラ設備が持つ技術的詳細と大きな利点について掘り下げて説明します。
このプロセスは論理的に2つの段階、すなわち大気圧蒸留と真空蒸留に分けられます。
蒸留塔に入る前段階で、原油は脱塩処理されます。原油には通常、水や無機塩類（主にナトリウム、カルシウム、マグネシウムの塩化物）、そして不純物の沈殿物が含まれています。
プロセス：原油は加熱され、塩を溶解するために淡水と混合されます。この混合物はその後デサルター槽に送られ、高電圧の静電界が印加されます。この静電界により、小さな水滴がより大きな水滴に融合（凝集）し、底部に沈降して排出されます。
目的：塩分の除去は、下流工程の装置における目詰まり、腐食、および触媒の毒化を防ぐために重要です。塩分は加熱時に塩酸（HCl）を生成し、蒸留塔のオーバーヘッドシステムにおいて深刻な腐食を引き起こす可能性があります。
脱塩された原油は、一連の熱交換器（プリヒート・トレイン）および直火式加熱炉（パイプスチル加熱炉またはヒーターと呼ばれる）で約350°C～380°Cまでさらに加熱されます。
高温で部分的に気化した原油は、次に大気圧蒸留塔に供給されます。これは大気圧よりやや高い圧力で運転される大きな円筒形の容器であり、空気の侵入を防ぐためにこのような圧力が維持されています。
内部構造：上昇する蒸気と下降する液体との間の物質および熱の移動を促進するために、カラムには複数の水平トレイまたは充填材が装備されています。
分留：蒸気が上昇するにつれて冷却されます。沸点の高い成分は下段のトレイで凝縮し、軽い成分は上昇し続けます。所定の高さから側流を引き出し、特定の分留成分を回収します。
軽質留分：ガス（C1〜C4）および軽油ナフサはカラム上部から排出されます。
重質ナフサ：上部付近から引き出され、ガソリンの前駆体となります。
ケロシン／ジェット燃料：中段より下から引き出される中沸点留分です。
ディーゼル／ガス油：さらに下段から引き出されます。
還流：上部で凝縮された液の一部は、再びカラム上部へ還流液として戻されます。これはカラムの温度制御および上部製品の分離効率向上に重要です。
底生成物：大気分留塔の底部からの残留物は「大気残留油」または「ロング残留油」と呼ばれるが、熱分解（熱分解）なしには大気圧下で蒸発するには重すぎる。この残留物は真空蒸留装置へと供給される。
大気残留物の中の重質分子を分解することなく蒸発させるために、圧力を大幅に低下させる。
プロセス：大気残留油は真空加熱炉で約380°C〜420°Cまで加熱され、真空蒸留塔へ供給される。この塔は高真空（絶対圧力10〜40mmHg）下で運転され、炭化水素の沸点を著しく低下させる。
真空の発生：真空は主にスチームエジェクターの系列によって維持される（その後に液環真空ポンプが続くこともある）。スチームエジェクターはベンチュリー効果を利用して塔頂部からガス（空気および軽質炭化水素）を吸引する。
内部構造：塔内の圧力降下を最小限に抑えるために、トレーの代わりに低圧降下の規則充填物が使用されている。また、塔の直径は常圧塔よりも大きくなっている。
分留：塔は残油を以下の成分に分離する。
真空ガスオイル (VGO)：側流として取り出され、流動接触分解装置 (FCC) や水素分解装置の主要な原料となる。
真空残油／「ショート残留物」：底部生成物であり、一般的にアスファルト生産、燃料油調合、またはコークス化装置の原料として使用される。
現代のAVDUの設計および運転は、いくつかの重要な利点を提供する。
現代の常圧蒸留装置（AVDU）は、熱統合における模範的な設計です。熱交換器（「予熱列」）の広範なネットワークにより、高温の生成物流を用いて流入してくる低温の原油を予熱します。これにより、ヒーターの燃料消費量を大幅に削減し、運転コストおよび製油所の炭素排出量を低減します。ヒーター直後に設置された伝熱管式熱交換器（TLE）の利用により、さらに高品位な熱を回収することができます。
適切に設計されたAVDUは、（軽質・良質原油から重質・酸性原油まで）多種多様な原油種（スレート）を処理できます。運転者は主要な運転パラメータ（ヒーター出口温度、還流比、抽出速度など）を調整し、市場の需要および原油原料に応じて最も価値の高い生成物の収率（たとえば、燃料油よりもディーゼルの収率を最大化するなど）を最適化することができます。
AVDUは、専門的な下流プロセスユニットに純化された個別の原料を供給します：
高オクタン価ガソリン用の接触改質装置へのナフサ供給。
硫黄分除去のための水素処理装置へのガソイル供給。
ガソリンおよびディーゼル燃料への重質分子分解のためのFCCまたは水素分解装置へのVGO供給。
この初期の清澄分離は、こうした複雑な二次ユニットの効率性と長寿命化において不可欠です。
最新のユニットには高度な分散制御システム（DCS）と高度プロセス制御アルゴリズムが装備されています。APCにより以下のような制御が可能になります。
高精度の品質管理：製品仕様（例：引火点、沸点範囲）を一貫して維持。
処理能力の最大化：安全に操業しながら塔の許容流量限界まで押し上げ、原油処理能力を最大限に活用。
エネルギー使用の最適化：運用を動的に調整し、エネルギーコストを最小限に抑える。
真空ユニットは特に大きな価値を提供します。大気蒸留ではなく真空蒸留を行うことで、リファイナリーは低価値な残渣燃料油を高価値なVGOに転換でき、その後、輸送用燃料（ガソリン、ディーゼル、ジェット燃料）にアップグレードされます。これにより、原油1バレルから得られる高価値製品の全体的な収率を大幅に増加させます。
腐食や目詰まりの影響を受けるものの、AVDUは堅牢で実績のある技術です。適切な材質選定（例えば、腐食防止のためのクラッドトレイ）、効果的な化学処理（例えば、目詰まり防止剤、腐食抑制剤）、綿密な保守作業を通じて、これらの装置は主要な停止（ターンアラウンド）間、3〜5年連続して運転することが可能であり、リファイナリーの高い可用性を確保します。
大気および真空蒸留装置は、基本的な物理原理と高度な技術とを結びつけた化学工学上の傑作です。その技術的優位性は、他に類を見ないほどのエネルギー効率や運転柔軟性から、近代製油所全体への基盤を提供するものまで多岐にわたり、原油をグローバル経済を動かす重要な製品へと変換する上での不可欠な役割を確固たるものにしています。材料やプロセス制御、熱統合技術の継続的な改善により、効率性と信頼性におけるベンチマークであり続けています。
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