원유란?

[링필터]

1. 원유 (Crude Oil)

   가. 원유의 기원

       원유의 기원 및 생성 과정에 대해서는 여러가지 학설이 있으나 가장 유력한 주장은 <유기설>로서 동물, 식물 등의 시체가 지각 변동에 의해 침강하여 고온, 고압하에 화학 및 생물학적 작용을 일으키므로서 석유가 생성되었다는 것이다.

   나. 원유의 원소 구성

       1) Carbon                   : 80 ~ 89 %

       2) Hydrogen                 : 12 ~ 14 %

       3) Oxygen                   :  2 ~ 3 %

       4) Sulfur                   : 0.3 ~ 3 %

       5) Nitrogen                 : 0.3 ~ 1 %

       6) 기타(금속 및 그 화합물)  : 0.01 ~ 0.05 %

   다. 원유의 분류

       1) 물리적 분류

          비중을 기준으로 분류하는데 API 비중으로 34 이상은 경질유, 30 이상은 중(中)질 원유, 30 미만은 중(重)질 원유로 분류한다.

       2) 화학적 분류

          원유를 구성하고 있는 주성분인 탄소 및 수소가 어떠한 형태의 분자 구조를 가지고 있는 가에 따라 그 원유의 물리, 화학적 성질이 좌우되며, 분자의 구조 형태는 다음과 같이 크게 3가지로 구분할 수가 있다.

          가) 파라핀계 탄화 수소

          나) 나프텐계 탄화 수소

          다) 아로마틱계(또는 아스팔트계) 탄화수소

          위에서 언급한 3가지 중 어느 한 종류의 탄화 수소를 약 70% 이상 함유하고 있는 원유를 그 계열의 원유라고 한다.

          원유를 탄화 수소의 집합체라고 생각하면 된다.

   라. 원유의 주요 특성

       1) Color(색)  : 보통 불투명한 흑갈색, 담황색 또는 담갈색을 띤다.

       2) Odor(냄새) : 황, 질소 화합물, 산화 물질 등에 의해 냄새가 난다.

       3) Density(밀도)/Specific Gravity(비중) : 주로 0.8~1.0 (API= 45~10)

          가) Density : 특성 온도에서 그 물질의 단위 부피당 무게의 비(g/cm³)

          나) Specific Gravity : 특성 온도에서 물의 Density에 대한 그 물질의 Density의 비율

              i예 : 어떤 물질이 15/4^oC에서의 비중이 0.94 라는 것은 다음과 같이 표시할 수 있다.

0.94 =	15oC의 그 물질 B의 무게(g)
	15oC의 그 물질의 부피 B(cm3)
	4oC의 물 A의 무게(g)
	4oC의 물의 부피 A(cm3)

          다) API Gravity : 미국 석유 협회에서 규정한 Gravity의 등급으로서, 다음식에 의거하여 환산한다.

API Gravity  =	141.5	- 131.5
	60o/60oF 에서의 비중

1.원유(Crude Oil) 흑갈색의 끈적끈적한 가연성 액체로 여러 가지 탄화수소 화합물을 주성분으로 하고 있으며, 이밖에 불순물로 황,산소 및 질소 화합물 등을 함유하고 있다. 일반적으로 유정에서 나온 천연 상태 그대로의 석유를 원유라고 부르는데, 가스가 상부로 올라오면서 액체로 변화된 콘덴세이트와 같은 것도 원유로 취급하는 경우도 있다. 세계적으로 유통되는 원유는 여러 유전의 원유를 혼합한 것이 대부분인데, 유전의 명칭과 반드시 일치하지는 않는다 대표적인 원유인 아라비안라이트는 파라핀계의 중간기 원유로서 휘발유·경유 경질유분이 약간 많은 경질 원유이다. 그대로 연료유로 사용되기도 하지만, 보통 고유황 원유로 분류되어 잔사유는 탈황 장치를 거쳐야 한다.천연으로 산출하는 액체의 탄화수소로 흑갈색을 띤 석유계연료를 말하며, 이 원유로부터 얻어진 가솔린, 등유, 경유 및 각종 증류 정제품을 총칭하여 석유라 한다. 원유가 어느 계의 탄화수소를 주성분으로 하고 있는가에 따라 파라핀기원유, 나프텐기원유, 중간기원유(앞의 두 개의 중간), 특수원유(방향족이 많은 것)의 4종류로 분리된다. 원유의 조성은 산지에 따라 다소 다르지만, 대략 탄소(75~90%), 수소(8~25%), 산소(0~3.3%), 질소(0~2%), 황(0~5%)이고, 발열량은 40~50MJ/kg정도이다. 또한 분류에 의해 가솔린(비점 320~470K), 등유(450~570K),경유(470~600K), 중유(520~630K)등으로 비점이 낮은 순으로 정제된다. 이와 같이 원유를 처리해서 각종 석유 제품을 제조하는 공정을 석유 정제라 하며, 이것은 원유의 성분을 분리하는 증류와 분리한 것을 사용 목적에 맞도록 물리적, 화학적인 처리를 하여 최종적인 제품을 만드는 정제로 되어 있다. (1) 원유의 종류 1) 나프타(Naphtha) 이것은 거친 가솔린 또는 중질 가솔린으로 불리는 석유성분의 하나로 가솔린과 등유의 중간정도의 성분을 가지고 있다. 나프타는 옥탄가가 낮기 때문에 내연기관용 연료보다는 가솔린 조합원료 및 석유 화학 공업용 원료로 이용되는 경우가 많다. 나프타의 성상을 구성하고 있는 탄화수소의 종류에 의해 파라핀계, 나프텐계 및 방향족계가 있다. 경질 나프타(끓는점 100℃ 이하)와 중질 나프타(끓는점 약 100∼200℃)로 구분된다. 2) 휘발유(Gasoline) 나프타와 같은 비점의 석유제품이나, 조성상 내연기관에 적당하도록 제조된 경질 석유제품으로 휘발유라 한다. 이것은 제조 방법에 의해 습성천연가스로부터 분리되는 천연가솔린(natural gasoline), 원유의 정유에 의해 제조되는 직류가솔린(straight-run gasoline), 가압하에서 중질 석유잔분을 분해하여 제조하는 분해가솔린(cracked gasoline), 직류가솔린의 개질에 의해 제조되는 개질 가솔린(reformed gasoline), 저급 올레핀계 탄화수소를 중합시켜 제조하는 옥탄가가 높은 중합가솔린(polymer gasoline) 등이 있다. 비중은 0.65~0.75. 발열량은 46MJ/kg 정도이다. 3) 등유(Kerosene) 운유를 분류할 때, 150~300℃에서 유출하는 유분을 발하며, 주성분은 데칸(CH)에서 헥사데칸(CH)까지의 탄화수소이다. 등유는 등불용으로 상당히 중요한 석유 제품이었기 때문에 지금도 이것을 석유라고 불리고 있다. 등유는 난방 및 주방용, 석유발동기용, 제트연료의 원료, 등불용, 기계세정용 및 석유제의 원료로 이용되고 있다. 가정용 연료로는 연소가스를 실내에 방출하기 때문에 잘 정제된 연소하기 쉬운 파라핀계 탄화수소를 주체로 한 백등유를 사용하며, 일반적으로 농업용기기에는 다 등유를 사용하고 있다. 4) 경유(Light Oil) 원유의 200~350℃사이에서 유출하는 유분으로, 경유는 석유기관이나 고속 디젤기관 연료, 수성가스 발열용, 석탄가스 중의 액화 성분 회수용 및 분해가솔린 제조용 등에 이용되고 있다. 고속 디젤용 연료에 대한 품질은 엄격하기 때문에 경유의 품질은 세탄가가 높고 착화성이 좋고 또한 부식 성분을 포함하지 않는다. 비중은 0.83~0.88, 발열량은 42MJ/kg정도이다. 5) 중유(Heavy Oil) 중유에는 직류중유, 분해중유, 혼합중유의 3가지가 있다. 직류중유는 상압잔유 혹은 감압하에서 증류하여 경질분을 유출한 후의 감압잔류를 가리킨다. 또한 분해중유는 가열 분해에 의해서 직류중유를 분해하여 가솔린을 뽑아낸 잔류 및 접촉분해에 의해 가솔린을 제조한 잔류를 말한다. 접촉 분해에 의한 잔류는 올레핀 및 유리탄소를 많이 포함하고 있어 불안정하기 때문에 직류중유와 혼합하여 사용하는 경우가 많다. 이것을 혼합중유라 한다. 일반적으로는 A, B, C중유로 분류하는데, A중유는 유황분, 회분이 적고 점성이 작아 요업용, 제련용, 소중형 저속디젤기관용으로 사용된다. B중유는 수분, 유황분, 점성, 잔류탄소분이 비교적 적어 대형 저속디젤기관용 및 소구기관용 연료로 사용된다. C중유는 수분, 회분, 유황분이 많고 점성도 커 가열로용, 화력발전용 연료로 사용된다. (2) 원유정제방법 석유정제[제유(製油)]란 원유를 처리하여 각종 석유제품과 반제품을 제조하는 것을 의미함. 제유는 크게 나누어  - 증류공정 : 증류에 의해 원유를 구성하고 있는 탄화수소를 그 비등점의 차이에 따라 분류하는 공정  - 전화(Conversion)과정 정제공정 : 각 유분을 세적, 정제(개질,수소처리분해, 추출 등의 마무리 가공),         조합하는 공정 증류라고 하는 것은 여러 가지의 비점(沸點)을 가지는 탄화수소의 혼합물을 그 비점의 차이를 이용, 증발시켜(가벼운 성분은 낮은 온도에서 증발하고 무거운 성분은 높은 온도에서 증발) 일정한 비점 범위를 가지는 유분(留分)으로 나누는 것을 분류(分留)라고 한다. 원유의 증류는 "가열에 따른 증발"과 "냉각에 따른 응축(액화)"을 반복 하므로써 이루어 진다.
① 상압증류(常壓蒸溜) 증류의 제 1 단계는 원유의 상압증류로부터 시작된다. 상압증류 장치는 "원유증류장치" 또는 "Crude Topping (Crude Distillation unit)"라고도 말하며 가열로(加熱爐)에 넣어지는 원유는 300~350℃로 가열되며 이때 발생되는 유(油)증기는 증류탑을 상승하면서 온도가 낮아져 비점이 낮은 것이 먼저 탑의 윗부분부터 순서대로 각 트레이(tray)에 응축(액화)되어 휘발유 유분(留分), 등유 유분, 경유 유분으로 모여 나오게 된다. 탑의 아랫부분에 남은 성분은 잔사유(殘渣油)로서 회수된다. ② 감압증류(減壓蒸溜) 원유를 대기압하에서 350℃이상 가열하면 열분해되는 경우가 있어 품질이 좋은 제품이 될 수 없기 때문에 윤활유와 같이 높은 비점(高沸點)의 유분을 얻기 위해서는 보다 낮은 온도에서 증발할 수 있도록 감압해서 증류하며 이것을 감압증류라고 한다. 상압증류에서 휘발유 유분, 등유 유분 및 경유 유분을 분리해낸 잔사유(殘渣油, residual oil)를 감압하여 증류탑에서 증발, 다음의 그림에서 보여주는 것과 같은 아스팔트나 찌꺼기등의 각 유분으로 분리된다. 감압증류에서 얻어진 유분은 다시 용제 정제공정을 거쳐서 각종 윤활유의 제품의 기본이 되는 기유(基油)가 되고, 또 일부는 분해장치에 의해 분해되어 가스나 분해 휘발유가 된다.