석유의 특성

석유의 특성 (1) 원유의 조성 원유의 조성은 유전의 위치나 차이에 따라 각양각색이다. 일반적으로 주성분이 탄화수소이며, 그밖에 약간의 질소, 유황, 산소 등의 화합물이나 극소량의 금 속화합물을 함유하고 있다. 탄화수소란 그 조성이 탄소와 수소만으로 된 화합물로써 유기화합물의 모 체를 이룬다. 탄화수소는 다음과 같이 분류된다. 탄화수소 ━┳━사슬형━파라핀, 올레핀계, 아세틸렌계, 디올레핀계 ┗━고리형━납센계, 방향족 1)석유의 물리적 특성 가. 비중 석유는 산출되는 유전에 따라, 또 매장된 지층에 따라 성상에 차이가 있다. 일반적으로 석유는 독 특한 냄새를 풍기는 물보다 가벼운 암녹색 또는 흑갈색의 액체로써 비중은 0.65 - 0.95정도이다. 보 통 비중은 섭씨 4도의 물에 대한 섭씨 15도의 석유질량의 비 (15/4℃) 또는 화씨 60도의 물에 대한 화씨 60도의 석유질량의 비(60/60℉)로 나타낸다. 일반적으로 비점범위가 같을 때는 파라핀계 < 납센계 < 아로마틱계 의 순으로 비중이 높아진다. 나. 비등점(BOILING POINT) 석유의 물리적 성질중에서 가장 중요한 것은 비등점이다. 석유는 여러가지 탄화수소의 혼합물로 되어 있기 때문에 단일 물질과는 달리 일정한 비등점은 없고, 일정한 증류범위를 갖고 있는데, 일반 적으로 비중이 가벼운 석유일수록 저비등점의 성분이 많으며, 일정한 온도범위에서 유출되는 성분 의 양은 유종에 따라 다르다. 원유를 정제할때 최초의 공정은 이 증류범위의 구분에 따라 원유중의 경질성분과 중질성분을 나 누어 취득하는 증류작업이며, 다른 석유정제의 대부분의 공정에도 이같은 공정이 부수되어 있다. 다. 점도 점도는 유체가 움직일때의 내부 저항을 뜻하는데, 석유제품의 성질로써 중요시되어 분류항목의 기본이라 할 수 있다. 석유류의 점도는 일반적으로 비중과 온도에 따라 변화하며, 비중이 클수록 점도는 커지지만 동일 비중의 것이라도 그 성분에 따라서는 반드시 동일점도를 나타내지는 않는다. 동점도는 센티스토크(cSt) 단위로 표시하며 1 cSt = 1 ㎟/sec 관계가 있다. 또한 측정 온도도 기재 되어야 한다.(예, 250 cst ⓐ50 ℃) 라. 응고점 마. 발열량 순수한 탄화수소는 중량을 기준으로 비중이 클수록 발열량이 작고, 수소함유량이 클수록 발열량 은 커진다. 발열량에는 총발열량(Gross)과 순수발열량(Net)이 있으며, 이것은 연소에 의해 조성된 물이 수증 기 상태에 있는가, 액체상태에 있는가에 따라 생성된 물의 증발 잠열까지 가산하면 총발열량이고, 생성된 수증기가 응축되지 않고 배출되었을 때는 그잠열이 계산되지 않음으로 순발열량이라 한다. 순발열량의 측정은 총발열량을 측정하는 동시에 수소함유량을 별도로 측정하여 연소시 조성된 물 (수증기)의 양을 계산해야 한다. 발열량은 보통 파라핀계석유가 발열량이 높고, 올레핀계, 나프텐계, 방향족의순으로 나타난다. Qn(Kcal/kg) = QG(Kcal/kg) - 50.68 ＊ H (mass%) 2)석유의 화학적 성질 가. 파라핀계 탄화수소(분자식 : CnH2n+2) - 노말파라핀 : 탄소와 탄소가 선형으로 연결된 사슬형 파라핀. 메탄(1), 에탄(2), 프로판(3), 부탄(5), 펜탄(5), 헥산(6), 헵탄(7), 옥탄(8), 노난(9), 데칸(10) - 이소파라핀 : 사슬형 파라핀의 탄소가 가지를 친 파라핀. (이소부탄) 이들 파라핀은 비교적 안정적이어서 가혹한 조건하에서 또는 특정 촉매를 사용하여야만 화학적인 변화를 받는다. 부탄까지는 상온에서 기체이며, 펜탄부터는 액체이다. 탄소수가 증가할수록 파라핀의 이성체는 (lsomeer)는 급격히 증가하며 탄소수가 12개이면 파라핀 이성체는 이론적으로 355개가 존재할수 있다. 나. 납센계 탄화수소(분자식:CnH2n) 고리형 구조를 가지고 있으며 앞쪽에 싸이클로(CYCLO-)를 붙여 명명한다. 다. 아로마틱계 탄화수소(C10H8 또는 C14H10) 6각형 구조를 가지고 있으며 가장 간단한 물질은 탄소수 6개인 벤젠(Benzene)이다. 방향족물질중 가장 간단한 물질들은 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이며 이들은 중요한 석유화학원료로 사 용된다. 납센을 탈수소하면 수소를 방출하면서 아로마틱물질이 생성되는데 이 반응은 고온에서 촉 매의 존재하에서 이루어진다. 라. 올레핀계 탄화수소(불포화탄화수소, 분자식:CnH2n) 올레핀은 파라핀족의 탄소와 탄소간의 연결결합중 한개가 이중결합으로 존재하는 탄화수소이며, 반응성이 매우 높은 화학물질로써 수소를 첨가하면 파라핀으로 변환한다. 올레핀중 가장 간단한 물 질은 탄소수 2개인 에틸렌으로 보통 석유화학에서 납사를 고온에서 열분해하면 얻을 수 있다. 에틸 렌은 반응성이 우수하여 각종 석유화학제품의 합성원료로 사용되고 중합반응에 의하여 고분자 물질 인 폴리에틸렌을 생성한다. (2) 원유의 분류 1)API도에 의한 분류 원유는 API비중에 따라 重質원유, 中質원유, 經質원유로 구분된다. API 30 이하 : 重質원유(이라니안헤비, 챔피언, 유화 등) (0.8762이상) API 30 - 34 : 中質원유(마질라, 라부안, 아라비안라이트, 다찡, 오만 등) (0.8762-0.8545이상) API 34 이상 : 經質원유(머반, 빈투루, 어퍼자쿰, 쿼터랜드 등) API도와 비중과의 관계식은 다음과 같다. API = 141.5 비중(60/60℉) - 131.5 2)화학적 성분에 의한 분류 가. 파라핀기 원유 이 원유는 성분중에 파라핀계 탄화수소가 많아 휘발유의 옥탄가는 낮으나, 경유분의 세탄가는 높 다. 중유분은 비교적 응고점이 높아 WAX 성분을 제거함으로써 고품질의 윤활유를 제조할수 있다. 아라비안라이트, 펜실베니아원유, 대경원유등이 이에 속한다. 나. 납센기 원유 이 원유는 성분중에 납센계 탄화수소를 비교적 많이 함유하고 있고, 아스팔트분이 많기 때문에 아 스팔트기 원유라고도 부른다. 이 원유로 제조한 휘발유분은 옥탄가가 높은 반면에 경유분의 세탄가 가 낮다. 캘리포니아원유, 이라니안헤비등이 이에 속한다. 다. 중간기 원유 위 2개 원유의 중간성상의 원유이며 중동산 원유 대부분이 이에 속한다. 3)황함량에 의한 분류 1% 이하인 것 : 저유황 원유(마질라, 머반, 라부안, 빈투루, 다찡, 챔피언, 유화 등) 1%-2% 인것 : 중간(쿼터랜드, 오만, 이라니안헤비, 아라비안라이트 등) 2% 이상인 것 : 고유황 원유(포로잔, 아라비안미디움 등)