第4編 第1章 第1節　石油の組成

　油井から採取されたままの石油を原油と呼ぶ。原油は、炭化水素を主成分として、微量の硫黄、窒素、酸素、金属などを含む天然物である。原油と各種燃料油、潤滑油、ワックス、アスファルト等の石油製品をまとめて、広義には「石油」と総称する。

　原油の物理的、化学的性状は産出地によって相当の差異があるが、原油の組成（質量％）は一般に次の範囲であり、大半が炭素と水素とから成っている。

　炭素：83～87％、水素：11～14％、硫黄：5％以下、窒素：0.4％以下、酸素：0.5％以下、金属：0.5％以下

　炭素と水素以外の元素は、量的には炭素、水素に比べると少ないが、石油製品の品質に大きな影響を及ぼす。例えば、硫黄を含む化合物は、燃焼によって亜硫酸ガスとなって大気環境を悪化させ、また、石油製品の劣化、装置の腐食、触媒被毒などを起こす原因になることがある。重金属類は、プラントの触媒毒になることがある。これらの元素を除去することを目的とした多数の精製プロセス（本編第4章第4節、同第7節）が開発されている。

炭化水素成分

　石油は、無数の化合物から成る混合物である。ガソリンのような軽質の留分でさえ成分数は100種を超え、灯油より沸点が高い化合物では同じ炭素数の異性体が飛躍的に増加するので、個々の化合物の確認が著しく困難になる。そのため、石油の炭化水素成分は、分子構造のタイプによって一般にパラフィン系、オレフィン系、ナフテン系および芳香族系に類別される。ここでは、これら4タイプの炭化水素の基本構造を説明する。

（1）パラフィン系炭化水素

　パラフィン系炭化水素は、分子式Ｃ_ｎＨ_2ｎ＋2の飽和鎖状化合物で、分枝のないノルマルパラフィンと枝分かれしたイソパラフィンがある。炭素数5のパラフィンの例を図 4-1-1 の（a）および（b）に示す。

　潤滑油留分から析出するパラフィンワックスはノルマルパラフィンであり、マイクロワックスはイソパラフィンが主成分である。

（2）オレフィン系炭化水素

　オレフィン系炭化水素は、二重結合を有する鎖状炭化水素で、二重結合が1個の場合はＣ_ｎＨ_2ｎの一般式で示される。炭素数5のオレフィンの例を図 4-1-1 の（c）に示す。

　原油中には一般にオレフィンは存在しないが、熱分解、接触分解等の分解反応（本編第4章第7節）によって生成する。

（3）ナフテン系炭化水素

　1分子中に少なくとも1個の飽和環（ナフテン環）を含む炭化水素で、図 4-1-1 の（d）および（e）に示す構造の炭素数5個のシクロペンタンと炭素数6個のシクロヘキサンが最も基本となる環状化合物である。Ｃ_ｎＨ_2ｎの一般式で示される。

　原油や石油製品中に存在するナフテン系炭化水素は、上記のナフテン環が2、3個つながったもの、芳香族環と縮合したもの、さらにナフテン環、縮合環に種々のパラフィン側鎖がついているものなどがある。

（4）芳香族系炭化水素

　1分子中に少なくとも1個の芳香族環を含む炭化水素のことで、ベンゼンが最も基本となる芳香族化合物である。軽質留分では、ベンゼンおよびベンゼンに側鎖のついた単環化合物が主である。重質留分では、2環、3環の多環縮合芳香族化合物や、芳香族環とナフテン環の両方を含む化合物が主である。芳香族化合物の例として、図 4-1-1 に（f）ベンゼンおよび（g）ナフタレンを示す。

図 4-1-1　炭化水素化合物の基本構造例

　炭化水素のタイプごとの原油中の存在割合は、軽質留分ではパラフィンと単環ナフテン（シクロパラフィン）が多いが、重質留分になるにつれて芳香族化合物の割合が増える傾向にある。この傾向は、すべての原油にほぼ共通するものである。

非炭化水素成分

　非炭化水素成分の含量は、原油によって著しく異なる。炭素と水素以外の元素は、元素含量としては微量であるが、通常は元素単独で存在するのではなく、有機化合物として存在するため、これら微量元素の化合物としての非炭化水素成分の含量は大きくなる。一般に残油のような重質分ほど、非炭化水素成分が多く含まれている。

（1）硫黄化合物

　軽質留分中では、メルカプタン(Ｒ－ＳＨ)やジアルキルスルフィド(Ｒ－Ｓ－Ｒ)が主であるのに対し、重質留分中では、チオフェン環に加えてナフテン環や芳香族環を含む多環化合物が主体である。残油中に存在する樹脂分やアスファルテン中の硫黄化合物も、環状化合物が主である。

（2）窒素化合物

　窒素化合物は、軽質留分中にはほとんど存在しない。窒素化合物は、ピロール環やピリジン環として大部分重質留分中に濃縮されており、ナフテン環や芳香族環が共存することが多い。

（3）酸素化合物

　主にナフテン酸の形で灯・軽油留分中に多く含まれるが、水素化精製でほとんど除去される。原油中には脂肪酸、フェノール誘導体も存在することが知られている。

（4）金属化合物

　原油中には約30種の金属元素が存在する。その含量は原油によって異なるが、一般に多い方から、バナジウム、ニッケル、鉄の順で、数質量ppmから数十質量ppm含まれる（ベネズエラ系原油のようにバナジウム含量が数百質量ppmに達するものもある）。

　油井から採取された原油は、独特の匂いのする黒褐色の液体である。産出地域によってその外観も違い、性質にも相当の差異がある。したがって、分類法を一つに限ることは難しい。そのため、次のように様々な分類法が採用されている。

産出地域等による分類

1. 産出地域：「中東原油｣、｢インドネシア原油」等と呼ぶ
2. 油田：「カフジ原油｣、｢ミナス原油」等油田の名前を冠して呼ぶ。日本では、｢八橋（やばせ）原油｣、｢頚城（くびき）原油」等

物理的性状による分類

　この分類は、比重を基準とするものが主である。一般に、外国産原油はＡＰＩ比重によって、国産原油は15／4℃の比重によって、表 4-1-1 のように分類される。

表 4-1-1　原油の物理的性状による分類

分類	比重15／4℃ （国産原油の場合）	ＡＰＩ比重 （外国産原油の場合）
特軽質原油	0.8017未満	39.00以上
軽質原油	0.8017～0.829	38.99～34.00
中質原油	0.830～0.903	33.99～30.00
重質原油	0.904～0.965	29.99～26.00
特重質原油	0.966以上	26.00未満

化学的性状による分類

（1）硫黄分等の含有量によるもの

1. スイート原油：硫黄化合物の少ないものをいう
2. サワー原油：硫黄化合物が多いもの（硫化水素が0.04モル％以上）をいう

（2）炭化水素のタイプによるもの

1. パラフィン基原油：パラフィン系炭化水素を多量に含んだ原油をいう
2. ナフテン基原油：ナフテン系炭化水素を多量に含んだ原油をいう
3. 混合基原油：パラフィン基原油とナフテン基原油の中間の原油をいう
4. 特殊原油：一般に芳香族炭化水素を多量に含む原油をいい、種類が少ないので特殊原油と呼ばれている

　炭化水素のタイプによって分類した代表的な原油名、適した製品・特性の例を表 4-1-2 に示す。

表 4-1-2　炭化水素タイプによる原油分類

原油タイプ	代表的な原油名	適した製品・特性の例
パラフィン基原油	ミナス、大慶	潤滑油、パラフィンワックス
ナフテン基原油	ベネズエラ	高オクタン価ガソリン、アスファルト
混合基原油	アラビア、カフジ	良質灯油、潤滑油、重油
特殊原油	台湾、ボルネオ	高オクタン価ガソリン、溶剤

　我が国に輸入されている原油は、混合基原油である中東原油（アラビアンライト、アラビアンエキストラライト、マーバン、ザクム、カフジ、イラン等）がほとんどで、パラフィン基原油としてはインドネシア原油（ミナス）などが輸入されている。主要輸入原油の性状は、資料編第8表に示されている。

［参考文献］

1）A. E. Dunstan, A. W. Nash, B. T. Brooks, H. T. Tizard「The Science of Petroleum Vol. Ⅱ（1938）, Vol. V-1（1950）」OXFORD UNIV. PRESS

2）B. T. Brooks, C. E. Boord, S. S. Kurtz Jr., L. Scherling（斯波忠夫ほか訳）「石油炭化水素化学」共立出版（1956）

3）杉浦健介「化学と工業、第18巻第11号、1444」（1965）

4）「U. S. Bureau of Mines Bulletin 642」（1968）

5）W. L. Nelson「Petroleum Refinery Engineering」McGRAW-HILL（1958）

6）石油学会編「新石油事典」（1982）

7）石油学会編「石油辞典」（2005）

8）石油連盟「わが国の輸入原油」（1990）