석유 - 2

화석연료의 생성
(1) 무기성인설 (Inorganic Theory): 탄산가스와 물이 고온/고압 하에서 반응하여 탄화수소가 생성됐다는 가설
(2) 유기성인설 (Organic Theory): 하등동물이나 식물의 유해가 퇴적된 후 지하의 고온/고압 하에서 화학변화를 일으켜 석유나 가스가 생성됐다는 가설.
 * 대부분의 유전이 강이나 바다와 같은 퇴적지층에서 발견되고, 황/질소 화합물과 같은 불순물이 존재하는 경우를 고려하면 원유는 유기성인설에 의해 생성되었을 확률이 높음.

원유(Raw Oil)의 특성
원유는 독특한 냄새를 가진 흑갈색의 끈적끈적한 액체로 여러 종류의 탄화수소 화합물이 주성분이며, 이외에 황, 산소, 염분, 질소화합물 등의 불순물을 함유하고 있다. 원유는 유전지역에 따라, 또 매장된 지층에 따라 혼합물 성상에 차이가 있으며, 이에 따라 서로 다른 물리적, 화학적 성질을 지니게 된다.

원유의 종류
물리적, 화학적 성질 및 성분을 이용하여 원유들을 대략 200여 가지로 구분할 수 있으며, 이렇게 구분된 원유 중에서 어떤 종류의 원유를 정제하느냐에 따라서 석유류 제품의 생산량과 품질, 생산비용 등에서 차이가 난다. 따라서 원유의 가격은
부가가치가 높은 제품이 더 많이 생산될 수 있고, 불순물인 황성분이 적게 함유되어 있는 원유가 고가이다. 
원유를 구별하는 대표적인 기준을 살펴보면 (1) 탄화수소 조성비율에 따른 구분, (2) API 비중에 따른 구분, (3) 황 함유에 따른 구분이 있다.

원유의 연소성
화학적 반응은 탄화수소의 조성에 따라 달라지지만, 그 조성의 차이에 관계없이 탄화수소는 연소성이 크다. 이처럼 탄화수소가 가진 연소성은 원유의 가공적인 석유제품을 오늘날 연료로서의 지위를 굳히게 한 주요인이다. 그러나, 탄화수소의 연소성은 탄화수소의 조성에 따라 차이가 있다. 즉 파라핀계 탄화수소는 연소성이 커서 자연발화가 잘 된다. 반면에 나프텐계나 아로마틱계 탄화수소는 연소성이 비교적 낮다.

 

탄화수소
탄화수소란(Hydrocarbon)는 탄소(C)와 수소(H)의 두개의 원자만으로 구성된 화합물을 뜻하는 것으로 탄소의 결합형태에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.

 

원유의 종류

구분	특징
파라핀기 원유	파라핀 계 탄화수소가 주성분인 원료로, 휘발유 분의 옥탄가는 낮은 반면 세탄가가 높다. 아스팔트 분이 적고 파라핀 왁스분이 많다.
나프텐기 원유	나프텐계 탄화수소가 주성분인 원유로, 아스팔트분이 많기 때문에 아스팔트 생산에 적합하며, 휘발유분의 옥탄가는 높고 경유분의 세탄가는 낮다.
중간기 원유	세계 원유의 대부분이 이 계통에 속하며, 중동 원유 대부분도 이 계통이다.

API 비중에 따른 구분
원유의 비중을 측정하는 대표적인 방법인 API 비중은 석유제품의 비중을 측정하기 위한 미국 석유협회의 자의적인 척도로, API 도수가 높을수록 가벼운 원료이다.
 - API 비중 34 이상: 경(輕)질유
 - API 비중 34~30: 중(中) 질유
 - API 비중 30 이하: 중(重) 질유
      * API 비중 = 141.5/Sp.Gr – 131.5 (Sp.Gr = 15.56°C, 같은 부피에서 물에 대한 Oil의 질량비)

황 함유에 따른 구분
황 화합물은 인체에 해로울 뿐만 아니라 정제과정에서 생산설비의 부식을 촉진시키고 반응탑 내의 촉매에 손상을 끼치며, 또 배기가스 속에 섞여서 대기로 배출되면 대기 오염의 주 요인이 된다.
  - 유황 1% 이하: 저유황유(Low Sulfur)
  - 유황 1% 이상: 고유황유(High Sulfur)

 

원유에 포함됨 불순물
1) 황화합물 (Sulfur Compounds)
     - Hydrogen Sulfide (H2S): 독성과 부식성이 강함      
     - Mercaptans (R-SH): 부식성이 강하고 불쾌한 냄새가 남
     - Sulfides: Sulfide (R-S-R’), Disulfides (R-S-S-R’), Polysulfides (R-S…S-R’)
     - Thiocyclic Compounds: Thiophene, Benzothiophene
 2) 산소 (Oxygen-containing Compounds): Naphthenic Acids, Phenols
 3) 질소 (Nitrogen-containing Compounds): Pyridine, Pyrrole, Indole….
 4) 금속 (Organometalic Compounds): 니켈, 바나듐   
 5) 염분(Salt)