플랜트(Plant)의 원유의 특성 및 종류와 정유공정, 석유화학공정, 합성수지 공정의 이해

1. 원유의 특성과 종류에 대해서 기술한다.

 원유의 특성은 독특한 냄새를 가진 흑갈색의 끈적끈적한 액체로 여러 종류의 탄화수소 화합물이 주성분이며, 원유는 유전 지역에 따라 황, 산소, 염분, 질소화합물 등의 불순물을 함유하고 있다. 또 매장된 지층에 따라 혼합물 성상에 차이가 있으며, 이에 따라 서로 다른 물리적, 화학적 성질을 지니게 된다. 원유의 종류는 첫 번째로 탄화수소 조성 비율에 따라 구분되며 파라핀기 원유, 나프텐기 원유, 중간기 원유로 나뉜다. 파라핀기 원유는 파라핀계 타화수소가 주성분인 원유로, 휘발유의 옥탄가는 낮고, 경유분의 세탄가는 높으며, 아스팔트분은 적고 파라핀 왁스분이 많다. 나프텐기 원유는 나프텐계 탄화수소가 주성분인 원유로 휘발유의 옥탄가는 높고, 경유분의 세탄가는 낮으며, 아스팔트분이 많아 아스팔트 생산에 적합하다. 중간기 원유는 세계 원유의 대부분은 이계통에 속하며, 중동원유의 대부분도 이 계통의 원유이다. 두 번째는 API 비중에 따른 구분으로 API(American Petroleum Institute gravity)은 석유 제품의 비중을 측정하기 위한 미국석유협회의 자의적인 척도로 API는 액체비중계(Hydromater)를 이용하여 액체탄화수소의 무게를 측정한 값이다. 일반적으로 우리가 쓰는 비중은 숫자가 클수록 무거운 물질이지만 API비중의 개념은 반대이다. 세 번째는 황의 함유량에 따른 구분으로 유황이 1% 이하이면 저 유황유(Low Sulfur), 유황이 1% 이상이면 고 유황유(High Sulfur)이다. 원유는 여러 가지 탄화수소의 화합물이기 때문에 단일물질과 달리 일정한 비등점이 없다. 원유를 증류하면, 어느 정도의 온도 구간 즉 증류범위에서 비등점이 비슷한 탄화수소가 유출된다. 

2. 정유공정 및 납사분해 공정, 부타디엔 추출 공정, PGHT 공정에 대해서 기술한다. 

 정유공정은 증류(Distillation), 정제(Purifiacation), 배합(Blending)의 단계로 진행한다. 증류(Distillation) 공정은 염분이 제거된 원유를 가열한 후, 상암 증류탑에 투입하여, 원유를 구성하고 있는 각종 탄화수소의 비등점 차이를 이용하여 탑의 상부에서부터 가벼운 탄화수소 성분의 순서로 LPG, LSR, 납사, 등유, 경유, 잔사유 순으로 성분을 분리하는 과정이다. 정제(Purification) 공정은 증류 과정을 통하여 유출된 성분에는 불순물이 많이 함유되어 있어 이러한 불순물을 제거하고, 제품의 품질을 향상하기 위한 공정이다. 마지막으로 배합(Blending) 공정은 증류나 정레 과정을 거친 각종 성분을 적합한 비율로 혼합하거나 첨가제를 주입하여 요구되는 규격에 맞는 제품을 만드는 과정이다. 

 납사분해공정(Naphtha Cracking Center)은 원유를 상압증류탑에서 증류할 때 35도씨에서 130도씨 정도의 범위에서 추출되는 경질 납사를 가열장치인 분해로(Furnace) 안에 크래킹(Cracking) 시키는 공정이다. 탄소의 수가 6개에서 9개로 구성된 납사의 탄화수소 성분을 고운에서 분해하여 탄소수가 2개, 3개이니 에틸렌과 프로필렌으로 만드는 것이다. 특히 에틸렌은 석유화학공업의 가장 기본적인 물질로, 합성 유기화학고업에서 극히 중요한 물질이며, 그 생산량은 그 나라의 화학공업의 규모를 나타내는 척도가 된다. 부타디엔 추출공정은 납사분해공정의 디부타나이저 탑정에서 나오는 Raw C4로부터 1, 3 부타디엔만을 추출, 분류하는 공정으로 여기에서 나오는 순도 99% 이상의 부타디엔 제품은 합성고무 제조원료로 사용된다. 부타디엔 추출은 Raw C4 성분의 휘발도가 비슷하기 때문에 용제를 넣어 줌으로써 서로 간의 휘발도 변화를 주어 추출, 증류한다. PGHT공정은 납사분해공정의 부산물인 RPG(Raw Pyrolysis Gasoline)를 촉매 존재하에 수소를 첨가시켜 불포화기를 포화시켜 Sulfolane 공정의 원료로 사용되는 TPG를 생산하는 공정이다. RPG의 중질유분은 별도로 분류하여 Heavy RPG라 하고 석유수지 제조원료로 사용된다.

3. 석유화학 공정인 아로마틱 공정에 대해서 기술한다.

 석유화학 공정인 아로마틱 공정에서는 나프텐계 및 아로마틱계가 많이 함유된 중질납사를 원료로 하며 이 중질 납사를 접촉개질시 켜 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 방향족 탄화수소를 생산하는 공정이다. 순서대로 수첨 탈황 공정, 접촉 개질 공정, Sulfolane 공정, PX 공정, 싸이클로핵산 공정, Tatoray 공정으로 진행된다. 우선 수첨탈황 공정(Unifining Unit)은 상압증류공정에서 생산된 납사를 촉매 존재하에서 수소를 첨가 반응시켜 납사중의 불포화 탄화수소인 올레핀계 탄화수소를 포함시키고, 다은 공정인 접촉개질공정의 촉매독이 되는 불순물인 유황화합물, 질소화합물, 산소화합물 등을 제거하는 전저리 공정이라고 할 수 있다. 접촉 개질 공정(Platforming Unit)은 수첨탈황공정에서 생산된 Treated Naphtha를 백금 촉매하에 수소를 첨가 반응시켜 고옥탄가를 가진 휘발유 원료유(Reformate)로 전환시키는 공정이다. 또한 이 Reformate중에는 방향족 성분(BTX)이 풍부하므로 석유화학공정의 Sulfolane공정의 원료로도 사용된다. Sulfolane 공정은 Shell 사가 개발하고 U.O.P 사가 특허권을 가지고 있는 공정으로, 원료(Reformate와 TPG)중의 방향족 성분만을 먼저 추출공정에서 추출한 다음, 추출물을 분류공정에 증류하여 고순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 생산하는 공정이다. 높은 회수율로 고순도의 방향족 제품을 얻을 수 있는 이유는 용제 Sulfolane이 가지고 있는 여러 종류의 탄수수소에 대한 특성인 뛰어난 선택성과 용해성에 의한 것이며, 액액 추출로 방향족을 추출해 내고 이를 분리함으로써, 원하는 제품을 얻을 수 있는 것이다. PX공정은 Sulfolane공정에서 생산되는 Mixed Xylene(Ortho-Xylene, Meta-Xylene, Para-Xylene 및 Ethyl Benzene 혼합물)을 원료로 하여 PX(Para-Xylene)만을 선택적으로 흡착하여 연속 부리하는 공정이다. 싸이클로 핵산 공정(Cyclohexane Unit)은 고순도의 벤젠에 수소를 첨가시켜 싸이클로헥산을 생산하는 공정으로 싸이클로헥산은 카프로락탐 제조원료로 공급된다. Tatoray 공정은 벤젠 또는 자일렌의 수요가 많아서 이를 더 많이 생산하여야 할 경우 BTX 수급조정을 원활히 하기 위해서 톨루엔을 촉매상에 반응시켜 벤젠과 자일렌으로 전화시키는 공정이다. 

4. 합성수지 공정에 대해서 기술한다. 

 합성수지 공정은 에틸렌과 프로필렌을 원료로 하여  중합반응을 해서 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같은 합성 고분자 물질을 생산한다. 폴리에틸렌 공정(Poly Ethylene : PE)은 주로 납사를 열분해하여 얻은 에틸렌을 중합시킨 것이다. 중합법으로는 저압법, 중압법, 고압법이 있고 PE는 유백색, 반투명의 열가소성수지로 그 특성에 의해 부드러운 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 단단하고 강인한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 분류되며, 각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 파이프, 패킹, 도로 등에 사용된다. 폴리프로필렌 공정(Poly Propylene : PP)은 프로필렌을 주원료, 에틸렌, 부텐-1, 수소 등을 부원료로 하여 용융 중합법을 이용하여 폴리프로필렌을 생산하는 공정이다. 가장 가벼운 플라스틱이며, 가성, 내충격성, 전기적 특성이 뛰어나고 값이 싸다. 용도는 포장용 필름, 섬유, 파이프, 일용잡화, 완구, 공업용 부품, 테이프, 컨테이너 등에 사용된다.

끝.