[알아봅시다] 석유정제 원리와 석유제품

[알아봅시다] 석유정제 원리와 석유제품

 

디지털타임스 / 2011-06-22 21:12

 

 

원유 증류 통해 중유부터 가스까지 추출… 주성분 탄화수소 끓는점 달라 성분 분리 용이… 국내, 중유 소비 최대… 항공기연료는 제트유

우리가 사용하고 있는 기름은 자동차 휘발유를 비롯해 등유, 경유, 항공유, 중유 등 쓰임새에 따라 종류가 다양합니다. 이같은 종류의 기름을 만들기 위해서는 정유사들이 사우디아라비아, 쿠웨이트 등 산유국에서 원유를 수입해 석유정제과정을 통해 우리 생활에 필요한 기름을 생산합니다. 석유 정제는 원유를 증류해 각종 석유 제품과 반제품을 제조하는 것을 말합니다. 이를 정유(精油)라고 부릅니다.

원유의 주성분은 탄소와 수소의 화합물인 탄화수소이며 이 밖에 황, 질소, 산소 등의 화합물이 소량 함유돼 있습니다. 원유의 주성분인 탄화수소는 증류에 의해 분리시킬 수가 있는데, 이 탄화수소들의 각기 끓는점이 달라 원유에서 휘발유 유분, 등유 유분, 경유 유분 등 주요 성분을 분리해 뽑아냅니다.

휘발유(Gasoline)는 비점 범위가 30~200℃ 정도로서 휘발성이 있는 액체 상태의 석유 유분을 총칭하는 말입니다. 휘발유의 물리적 성질은 일반적으로 상온·상압에서 증발하기 쉽고, 인화성이 매우 높으며, 공기와 적당히 혼합되면 폭발성 혼합가스가 돼 위험합니다. 휘발유는 일반적으로 자동차용, 항공용, 공업용 등 세 가지로 나눠집니다.

휘발유는 주로 자동차와 이와 유사한 가솔린 엔진의 연료로 사용됩니다. 옥탄가에 따라 고급 휘발유(Premium Gasoline)와 보통 휘발유(Regular Gasoline) 두 가지로 나눠지는데요. 옥탄가는 자동차 휘발유의 중요한 성능 중 하나로 옥탄가가 높을수록 고급 휘발유에 속하며 낮으면 보통휘발유에 속합니다.

옥탄가가 높은 휘발유는 압축에 잘 견디며, 전기 불꽃에 의해 불이 붙어 높은 출력을 낼 수 있습니다. 옥탄가가 낮은 휘발유는 강하게 압축하면 전기 착화 이전에 부분적 연소를 일으켜 엔진의 효율을 저하시키며, 심할 경우 운전 불가능 상태까지 될 수 있습니다.

제트유(Jet Fuel)는 항공기에 쓰이는 연료로 군용기에 쓰이는 JP-4와 민간 항공기에 사용되는 Type-A 두 가지가 있습니다.

JP-4는 휘발유분과 등유 분을 합친 넓은 비등 범위의 연로로서 원유로부터의 수율은 크지만 인화성이 높아 주로 군용기에 사용되며 Type-A는 인화성이 낮은 등유 분으로 돼 있어 수율은 낮으나 안전성이 높습니다.

납사(Naphtha, 나프타)는 페르시아어의 Naft(땅에서 스며나온 것)를 어원으로 하고 있습니다. 미국에서는 정제되지 않은 조(粗:거칠 조)가솔린이란 의미로도 사용되고 있는데요. 이것은 추가 제조공정을 거쳐 가솔린을 제조하기 때문이라고 합니다.

납사는 원유를 증류할 때 LPG와 등유 유분 사이에 유출되는 것으로 일반적으로 경질 납사와 중질 납사로 구분합니다. 경질 납사는 비점 30~130℃, 비중 0.65~0.70이며, 중질 납사는 비점 90~170℃, 비중 0.70~0.75 정도로서 불특정 다수의 소비자에게 적용되는 유종이 아니란 점 때문에 품질성상에 관해서는 표준화돼 있지 않고, 제품 인도 시에 용도에 따라 당사자간의 협의에 따르고 있습니다. 경질납사는 석유화학원료(에틸렌 제조용), 도시가스 용 또는 합성비료 등 화학공업 원료로 사용되므로 열 분해되기 쉬운 파라핀계 탄화수소가 많고 황분이 적습니다.

등유(Kerosene)는 예부터 등유를 보통 석유라고 불렀으며 지금도 등유를 연료로 하는 곤로를 석유곤로, 또는 난로를 석유난로로 불리고 있습니다. 이는 여러 가지 석유제품 중에서 최초로 이용한 것이 램프용 등유였고 다시 그 등유를 석유라고 불렀기 때문에 그 명칭이 지금껏 이어 내려온 것이라고 합니다.

등유에는 정제된 백등유와 정제되지 않은 다색 등유 등 2가지가 있는데 백등유는 무색이고 불순물이 없으며, 인화점이 높고 안전하며 연소 시 악취를 풍기는 일도 거의 없어 가정용 주방이나 난방 연료로 사용되고 있습니다. 다색 등유는 불순물이 다소 포함돼 있어 여러 가지 색깔을 띄고 있으며 농경용 엔진 등의 연로 혹은 기계의 세척에 사용하고 있습니다. 경유(Gas Oil)는 디젤 엔진의 연료로 사용되기 때문에 디젤오일(Diesel Oil)이라고도 불립니다. 디젤 엔진의 주요 성질에 세탄가가 있는데 이는 앞에서 설명한 휘발유의 옥탄가와 대칭되는 성질로 이해하면 쉽습니다.

디젤 엔진은 가솔린 엔진과는 달리 공기가 혼합된 경유를 실린더 내에서 압축하며, 그 압축열에 의해 스스로 착화돼 연소하는 것으로 휘발유와 같이 전기 불꽃에 의한 외부 점화는 아니기 때문에 압력이 전달되었을 때 스스로 발화하기 쉬운 성질입니다.

중유(Fuel Oil)는 우리나라 석유 제품 중에서 가장 수요가 많으며 원유를 정제할 때 수율이 가장 높은 것도 중유입니다. 중유는 경질 중유, 중유, 벙커C유 등 3가지로 분류되는데, 중유는 정유탑의 밑바닥에서 나오는 것으로 단독 증류를 할 경우 최후까지 남기 때문에 ‘솥잔유’라고도 말하기도 합니다. 과거에는 그대로 연료로 사용했기 때문에 전혀 가공할 필요가 없었지만 최근, 굴뚝으로 내뿜는 배기 가스에 의한 대기 오염이 사회 문제로 중유 속의 유황분(SO₂)에 대한 규제가 강화되고 있습니다.

벙커C유는 선박이나 항구에서 연료용 석유제품을 저장하는 용기를 ‘벙커’라고 부른 것에서 유래됐습니다. 벙커유에는 보통 A,B,C 종류가 있으나 벙커A,B는 경유에 가까운 특성을 가진 것으로 최근에는 잘 사용하지 않습니다.

벙커C유는 증류잔사유(Residual Oils)를 주성분으로 하고 특히 화학적인 정제는 하지 않으므로 석유제품 중 품질 면에서 저급하다고 할 수 있으나 이를 다시 가공해 윤활유, 아스팔트, 석유코크스 등을 만들 수 있기 때문에 C유는 명확한 목적을 가지고 만들어진 석유제품이라고 할 수 있습니다. 또한 C유는 열 손실이 적고, 연소의 조절이 용이하며, 점화 및 소화가 간편해 열의 이용도가 높으며 대형 엔진의 동력원, 보일러 연료 등의 열원으로 사용되고 있습니다.