|
원유는 땅속에서 자연상태로 존재하는 기름으로 갈색에서 검은색을 띄는 가연성 액체이다. 원유는 퇴적음층에서 발견되며, 해양 동식물의 잔해가 높은 압력과 열을 받아 열분해되어 있는 상태라는 설이 유력하다. 유정의 종류에 따라 원유의 구성 성분도 크게 다르지만 모든 원유는 탄화수소로 이루어져 있고 거기에 산소, 질소, 황 등이 혼합되어 있는 형태이다. 그 외에도 무기염이나 유기금속화합물의 형태로 금속이 소량 존재하기도 한다.
원유는 수백가지가 넘는 다양한 물질들의 혼합체이며, 부식성 물질들이 많이 포함되어 있기 때문에 원유 자체를 그대로 사용할 수는 없다. 따라서 석유 정제과정을 거쳐야 하며 이를 통해 수많은 중간체가 생성되고 최종적인 석유화학 제품이 만들어진다.
우선 원유의 주성분인 탄화수소 화합물에 대해 알아보겠다. 원유는 자연상태에서 포화탄화수소인 알칸(Alkane)의 형태로 존재한다. 알칸은 화학식이 CnH2n+2 형태며 단일결합으로만 이루어진 탄소와 수소의 결합물질이다. 가지가 없는 선형(직선은 아니다) 알칸을 노르말알칸(n-alkane)이라고 하며, 가지가 붙는 형태에 따라 다양한 형태의 이성질체(isomer)가 형성된다. 고리모양으로 결합된 알칸은 씨클로알칸(cycloalkane)이라고 부른다.
씨클로알칸은 보통 석유화학 업계에서 씨클로파라핀(cycloparaffin) 또는 나프텐(naphthen)이라고 부르며 일반적으로 경질과 중질나프타 유분에 존재한다.
씨클로알칸과 비슷하게 생겼지만 탄소수에 비해 수소수가 적은 안정한 구조의 화합물을 방향족 화합물 (aromatic compounds)이라고 한다. 방향족이란 이름은 향기를 띄었기 때문에 붙여진 이름으로 관습적으로 사용하는 이름이다. 가장 간단한 방향족 화합물은 벤젠(benzene)이며 여기에 메틸기가 몇 개 치환되었느냐에 따라 톨루엔(toluene)과 크실렌(xylene)이 된다. 이 세가지 간단한 방향족 화합물들의 머리글자를 따서 보통 BTX라고 브르는데 이는 석유화학에서 중요한 중간체의 역할을 하거나 가솔린의 옥탄가를 높이는데 사용되고 있다. 천연상태에서도 소량 존재하지만 대부분은 크래킹(cracking)과정을 통해 인공적으로 합성하여 제조되고 있다.
원유는 대부분 탄화수소 화합물이지만 황, 질소, 산소 등의 원소들이 섞인 비탄화수소 화합물도 소량 존재한다. 그 중 대표적인 것이 황 화합물이다. 원유에 들어 있는 황은 주로 유기황화합물의 형태로 존재하는데 황화수소(hydrogen sulfide)는 원유에서 발견되는 유일한 무기황화물이다. 그러나 이 물질은 석유생산공정에 부식을 일으키고 공해의 주범이기 때문에 그다지 달갑지 않은 화합물이다. 유기황화물도 석유 정제과정에서 열에 의해 황화수소로 바뀌게 되며 이는 탈황공정을 통해 제거된다. 황화합물은 크게 산성과 비산성 화합물로 나눌 수 있다.
원유에서 발견되는 유기질소화합물은 피리딘(pyridine), 피롤(pyrrole)과 같은 간단한 고리형태 또는 포피린(porphyrin)같은 복잡한 구조를 가지고 있다. 질소의 함유량은 매우 낮아 보통 0.1wt%를 넘지 않지만 석유화학 공정에서 촉매를 피독시키기 때문에 반드시 제거해야 한다. 수소화처리(hydrotreatment)를 통해 질소화합물은 수소화탈질되어 암모니아와 탄화수소로 변하게 된다.
|
)
)
)
)
)
)
출처: 석유화학 & 에너지 & 자원개발 이야기 원문보기 글쓴이: ChemEng
