石油・ガス分離のしくみ：完全ガイド

石油とガスの分離とは？

石油・ガス分離プロセスは、さらなる処理と輸送のために原油、天然ガス、水を分離するのに役立つため、石油産業において極めて重要である。石油とガスが坑口から出てくるとき、それらは炭化水素、水、時には固形物からなる混相系の状態にあります。分離が行われないと、下流の精製や輸送に影響が及び、操業上の問題やコスト高につながる。

油分離プロセスの主な目的は、最小限のエネルギーと時間で、各成分の純度を最大限に高めることである。効果的な分離は生産性を向上させ、装置の消耗を減らし、環境への影響に関する法的要件を満たすのに役立つ。これは、交通渋滞や遅延を防ぐために、各成分が適切な場所に誘導される街の信号システムのように機能する。これは、インフラを保護するだけでなく、現在のガス産業の重要な要素である炭化水素回収の効率も高めます。

主要機器の種類と機能

二相セパレーター

二相分離器は、坑井の流体を気体と液体の二相（この場合は油と水）に分離するために使用される。密度差と重力変位に基づいて機能する。混合物が入ると、ガスはガスセクションに上がって放出され、液体はタンクの底に残される。これらのセパレーターは、石油・ガス産業における分離の第一段階で使用される。水分が少ない貯蔵タンク、坑口、生産設備で使用される。シンプルな設計のため費用対効果は高いが、大量の水を除去する場合はさらなる処理が必要になることもある。

三相セパレーター

三相セパレーターは、坑井の流れをガス、オイル、水に分ける。密度の高い水は底に沈み、油は中間層を形成し、ガスは表面に浮くという原理に基づいて作動する。したがって、最良の分離を達成するためには、液体のレベルとガスの流れを制御することが重要である。これらのセパレーターは、高純度分離が望まれる海洋プラットフォーム、油田、ガス処理プラントで広く使用されている。二相分離器よりも複雑ではあるが、より優れた分離レベルを提供し、下流処理の効率を高める。

サイクロン式セパレーター

サイクロニックセパレーターは、遠心力の原理を利用して気体と液体を分離します。流入する混合液は高速で、重い液体粒子はセパレーターの壁に向かって移動し、下方に移動する一方、軽い気体は上方に移動する。小型のため、洋上プラットフォームなど、スペースと重量が制限される場所での使用に適しています。大流量のガスを扱うのに効果的で、流量変動の影響を受けにくい。しかし、微細なミストや低濃度差の場合には、重力式セパレーターほど高い分離効率が得られない場合がある。

縦型セパレーター

縦型セパレーターは重力の原理に基づいており、気体と液体の分離を可能にする。ガスは容器の上部に上昇し、液体は重力の力によって容器の底部に集まる。気体の上昇流が液体の除去に役立つため、気液比が高い場合に特に有利な設計となっている。地上での設置スペースが少なくて済むため、海上やスペースが限られた環境には理想的である。しかし、水平セパレーターよりも分離効率が低い場合がある。通常、ガスの生産量が多い坑口分離に広く適用されている。

水平セパレーター

水平セパレーターはまた、オイル、ガス、水の分離を促進する、より長い流路長を提供する。滞留時間が長いため、異なる相をよりよく分離できるからである。これらのセパレーターは、大量の液体を扱い、油とガスの比率が比較的安定しているシステムでの使用に適しています。サイズが大きく、より多くの量を扱うことができるため、中央処理施設や油田集油センターに適している。しかし、縦型セパレーターよりも広いスペースと構造的なサポートが必要である。効率的な相分離が下流処理に不可欠な陸上石油生産施設で広く使用されている。

オイル・ガス分離プロセス

インレットセパレーション

坑井の流体が分離システムに入るとき、通常、油、ガス、水の混合物からなり、多くの場合、高圧下にある。流体は、インレットパイプを通って第一段階のセパレーターに導かれ、そこで分離プロセスが開始されます。インレットダイバーターのような機械的装置は、流体を均一に分散させ、乱流を防ぎ、効率的な分離プロセスを保証します。最初の段階は、液体中のガスの巻き込みを減らし、下流での効果的な処理のための安定した流れを確保することによって、後続の段階の舞台を整えるため、非常に重要である。

一次気液分離

この段階では、重力の力を利用して、流体相の密度による分離が行われる。軽いガスはガスセクションに上昇し、液体の炭化水素はタンクの底に沈殿する。ガスセパレーターの中には、効率を上げる方法としてサイクロン分離や遠心分離を採用しているものもあり、特に分離を素早く行わなければならない場合に有効である。ガスはセパレーターの上部まで上昇させられ、次の工程に流される一方、液体は次の分離段階に流される。適切な計装は、流量と圧力変動の制御にも役立ちます。

油水分離

ガス除去の最初のステップの後、残る液体は油と水の混合物であるため、分離する必要がある。分離器では、水の方が密度が高いので底に沈み、油が中間層を形成し、残ったガスは上部に浮く。場合によっては、脱乳化剤の助けを借りて安定したエマルジョンを壊す必要がある。分離された液体炭化水素は処理施設に輸送され、水は再び使用するために処理されるか、貯留層に注入される。油水分離を最適化することで、環境基準の遵守レベルが向上し、炭化水素の収量が増加する。

ガス調整と脱水

分離されたガスは、パイプラインの腐食やハイドレートの形成を避けるために除去されなければならない水蒸気や二酸化炭素（CO₂）を含んでいる可能性がある。深層脱水は通常、モレキュラーシーブやグリコール脱水システムを使用することで達成される。また、目的の場所に輸送するために、コンプレッサーを使用して圧縮し、圧力を上げることもある。加熱または冷却プロセスと共に、ガス調整は、ガスをさらに処理または販売するために適切なpsiにします。このステップは、ガスの精製やパイプラインによるガスの輸送において非常に重要です。

液体の貯蔵と輸送

その後、処理された石油は貯蔵タンクに保管され、精製工場に運ばれてさらに処理される。油の流れから分離された水は、処理された後に排出されるか、圧力を維持するために貯油槽に注入される。バルブと加熱制御システムは、石油の安定性を維持し、貯蔵・輸送中のワックスやハイドレートの形成を防ぐのに役立つ。輸送プロセスでは、流出を回避し、流通網における石油の流れを良くするために、安全性と環境への配慮も満たさなければならない。

セカンドステージと最終分離

場合によっては、特に低圧油田や断水率の高い油田では、第二段階の分離が行われる。この段階には、急激な圧力低下により溶解ガスが気相になり、油の安定性が高まるフラッシングが含まれる。パイプラインの品質を満たすために、プロパン、エタン、ブタンなどの残留軽質炭化水素を除去するために加熱することもある。最終的な精製は、高度なスクラバーと二次分離器によって行われ、貯蔵や輸送の前に残存する不純物を確実に除去する。

モレキュラーシーブが分離プロセスで果たす役割とは？

上記の石油とガスの分離プロセスから、モレキュラーシーブが原油と天然ガスの両方を要求される仕様に脱水するプロセスにおいて非常に重要であることがわかる。分離の際、原料の炭化水素は水蒸気を含み、パイプラインの腐食、ハイドレートの形成、処理効率の低下を引き起こす。

モレキュラーシーブ3A、4A、5Aおよび13Xは、天然ガスの流れから水分を除去する吸着装置で使用され、ハイドレートの形成を防止し、さらなる処理を促進する。モレキュラーシーブは、ガス処理において最良の結果を得るために、分離プラントにおいてコンプレッサーと組み合わせて使用される。グリコール脱水も使用できますが、モレキュラーシーブは、プロパン、エタン、ブタンの処理に必要な、より深い脱水を提供します。

以下は、天然ガス脱水で使用されるモレキュラーシーブの種類の比較である：

優れた性能を発揮するJalonモレキュラーシーブス

ジャロンはモレキュラーシーブメーカーで、石油・ガス分離用の高性能モレキュラーシーブシリーズを提供し、脱水と不純物除去のニーズに応えている。同社の3Aモレキュラーシーブは天然ガスの脱水に最適で、炭化水素を吸着しないため組成を変化させません。4Aと5Aモレキュラーシーブは水と軽質炭化水素の吸着に優れ、ガスの純度を高めます。CO₂とH₂Sの両方を分離する必要がある場合、最適な吸着剤は13Xモレキュラーシーブである。同社のモレキュラーシーブは、世界中のさまざまな石油・ガスプラントで使用されており、以下のような利点を提供している：

• 優れた水分吸着性で脱水サイクルを延長。
• 独自の運用ニーズに合わせたカスタマイズ可能なソリューション。
• 一貫性と信頼性を確保する厳格な品質管理。

分離プロセスの最適化と今後の動向

石油・ガス分離の最適化は、継続的に行う必要があるプロセスである。効率を達成し、エネルギーを節約する方法には、多段分離、プロセス制御の自動化、連続監視などがあります。今後、産業界は、より持続可能で環境への害が少ない、よりクリーンな分離方法の使用に徐々にシフトしていく。モレキュラーシーブは、より効率的でコスト効果の高い新世代のガス処理技術の主要な構成要素となるだろう。

結論

石油とガスの分離は、炭化水素の収率とシステムの信頼性を高めるために適用される重要なプロセスである。分離プロセスを理解し、適切な装置を選択し、新しいモレキュラーシーブを使用することで、オペレーターは低コストで高い生産率を得ることができます。ジャロンのモレキュラーシーブは、最高レベルの脱水、ガスの品質向上、事業の生産性を提供します。業界が持続可能性とエネルギー効率にシフトする中、モレキュラーシーブのような革新的なソリューションは、石油・ガスの未来を形成し続けるでしょう。