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(1) 원유의 구성과 구분
- 탄소(84~87％)·수소(11~14％)를 주성분으로 하고, 이 외에 소량의 황, 질소, 산소, 금속분이 포함되어 있으며 확인 된 건만도 40여 종
- 화학적으로는 탄화수소의 복잡한 화합물인데, 그 성상은 산지에 따라 많이 다르며 회수율도 매우 다르다
- 화합물의 구조는 매우 복잡하여 알려져 있는 것은 극소수에 불과
- 탄화 수소 화합물 이외에 황 화합물, 산소 화합물, 금속염 같은불순물이 소량 포함되어 있으며, 이러한 물질들은 소량임에도 원유 제품의 품질을 저하시키기 때문에 분리하거나 제거할 필요가 있다.
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원소
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탄소
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수소
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산소
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질소
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유황
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중량(%)
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84~87%
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11~14
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0.5% 이하
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0.4% 이하
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5% 이하
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http://www.petroleum.or.kr/ko/sub02/02_6.php
① 브랜트유
- 영국 북해 지역에서 생산되는 원유로 유럽과 아프리카 지역에서 거래되는 원유 가격의 기준 유종이 된다.
② 두바이유
- 중동의 아랍에미리트 연방국에서 생산되는 원유로 아시아에서 거래 되는 원유 가격은 모두 두바이유 가격을 기준으로 사용된다.
③ 서부 텍사스 중질유(WTI: West Texas Intermediate)
④ 기준 원유
- 원유 품질의 차이에 따라 상이한 가격을 메기기 위해 원유거래의 기준으로 정한 표준적인 원유를 기준 원유
- 실제로 OPEC(석유수출국기구)는 1973년 이후 사우디아라비아의 아라비안 라이트를 기준 원유로 정해왔다.
(2) 원유의 종류와 성질
- 원유의 비중은 0.7~1. 0, 일반적으로 비중이 낮으면 양질의 원유로 분류되고, 비중이 높으면 저질 원유로 분류
- 비중이 높다는 것은 석유 제품으로 전환하는 데 에너지가 많이 소모되고, 불순물도 많은 것을 의미
- API도
- AP1도란 원유의 비중을 나타내는 지표로서, 미국석유협회(API, American Petroleum Instilute)가 제정한 화학적 석유 비중표시방법인데， 일반적으로 탄소 수가 많을수록 비중이커진다
- 원유의 비중을 나타내는 기준으로 물(비중 1)을 APl 10도로 하고, API 30도 이하를 중질 원유, 34도 이상을 경질 원유로 분류
- API도가 높을수록(경질원유 일수록) 경질 석유 제품(휘발유, 납사등)의 생산량이 많고, API도가 낮을수록 중질 석유 제품(중유등)의 생산량이 많다
- 최근 환경 문제가 대두됨에 따라 원유 성분중의 황 함유량이 중요시 되고 있다.
- 황 함유량이 1% 이하인 것을 저유황원유, 2%를 넘는 것을 고유황 원유, 중간인 것에 대한 호칭을 그다지 사용되지 않고 있다.
- 원유의 발열량은 9,600~12,000 kcal/kg(40.2~50.2 MJ) 정도
- 성인 한 명이 정상적인 생활을 하는 데에는 2,100 kcal 정도의 열량이 필요하다. 우리 몸이 원유를 소비하는 기계라고 한다면 원유 200 g만 있으면 하루 생활이 가능, 원유가 가지고 있는 에너지가 얼마나 큰지 알 수 있다.
- 자동차의 원료인 휘발유는 원유에서소량밖에 얻을 수 없다. 일반적인 자동차가 휘발유 lkg을 가지고 10km 정도를 갈 수 있다고 생각해 보면, 원유가 가지고 있는 에너지가 어느 정도인지 가늠할 수 있다.
(3) 원유 성분의 분류
그림 원유 속에 들어 있는 대표적인 탄화수소
- 파라핀은 알케인, 파라핀 (Pafaffin)은 라탄어인 parum affinis에서 유래되었으며 ‘반응성이 약하다’는 뜻
- 탄소는 4개의 팔을 가지고 있는데, 모든 팔은 각자 다른 원자를 잡는 데 사용된다. 즉, 파라핀계 탄화수소에서 탄소는 모든 팔을 사용, 파라핀계 탄화수소는 ‘포화(꽉 갔다)’ 화합물이라고 하며 길게 늘어선 구조, 주변의 탄소와의 결합력이 약하다.
- 파라핀은 액화 석유 가스(LPG)의 주성분
파라핀계 탄화수소의 예
- 올레핀은 알켄 (alkene), Olefin이라고 이름이 붙여진 이유는 염소 기체와 반응하면 오일(oil)로 변하기 때문
- 올례핀계 화합물의 특정은 포함된 탄소 중에는 4개의 팔 중에 3개만 다른 원소와 잡고 있고 1개는 잡지 않고 있어 결합적으로 포화되지 않고 있다는 의미, 불포화 탄화수소
- 파라핀계 탄화수소의 탄소와 탄소 간의 연결 결합 중 한 개가 이중 결합으로 존재하는 올례핀계 탄화수소의 반응성이 매우 높은 화학 물질로서 수소를 첨가하면 파라핀으로 변한다.
올레핀계 탄화수소의 예
- 일반식은 올레핀계와 같지만, 탄소와 탄소 사이의 이중 결합은 없고, 고리모양으로 결합되어 있는 사이클로 탄화수소, 접두어 사이클로(cyclo)는 자전거를 cycle이라고 하는 것에서 알 수 있듯이 ‘고리’를 의미
- 나프텐계 탄화수소는 석유 중에 가장 많이 함유되어 있는데, 특히 끓는점이 높은 유분에 많고 같은 탄화수소인 n-파라핀보다 끓는점이 높고 비중이 크다.
나프텐계 탄화수소의 예
- 벤젠은 6개의 탄소와 6개의 수소로 이루어진 고f리 모양의 불포화 탄화수소, 탄소 원자 간의 결합은 단일 결합과 이중 결합의 공명 구조로 평면 정육각형 구조
- 벤젠 고리를 기본으로 가지고 있는 물질로, 원유 중에는 중질분에 많다.
- 방향족 탄화수소에는 벤젠 (benzene), 툴루엔 (toluene), 자일랜 (xylene) 이 있으며， 석유 화학 원료로서 중요
방향족계 탄화수소의 예
- 원유 중에는 탄소가 주성분이지만 황, 질소 등의 무기 화합물이 존재, 그 양은매우 적다.
- 황 화합물의 양이 비교적 많은데 동식물의 생명 활동을 유지하는 데 황이 필수적인 역할을 하고 석유 생성론에 따르면 동식물의 사체가 퇴적되어 석유가 생성된 것, 원유에 황이 많이 포함되어 제거되지 않고 연료에 들어 있을 경우, 대기 오염의 주요 원인이 되며 석유 제품의 품질을 저하
① 황 화합물
- 원유 중의 황의 함량은 중량으로 0 .1 ~ 0.7 wt% 정도이며 가솔린이나 윤활유 중에 포함된 황은 부식을 유발하고 악취를 발생, 정제 과정에서 장치와 기구의 부식이라든지 반응탑 내의 촉매에 해를 끼치며, 배기가스 속에 섞여서 대기 오염의 주요인이 되는 등 정유 산업에 있어서 문제가 되는 불순물
석유에 포함되어 있는 황 산화물의 예
② 질소 화합물
- 원유 중의 질소 함량은 0.01 ~ 0.9 wt% 정도이며 질소 화합물은 인체에 대해 큰 독성은 없으나, 석유 제품의 품질을 떨어뜨리고 또 배기가스에 의한 대기 오염의 주요인의 하나로서 매우 유해한 NOx의 발생원
③ 산화 화합물
- 원유 중에 포함되어 있는 산소의 양은 0 ~ 2 wt% 정도로 산소 화합물은 산의 형태로 존재, 석유를 알칼리로 세척하면 폐액 중에 모인다. 또한 석유 중의 산소 화합물은 수소와 반응하면 분해하여 산소는 물로 되어 제거된다.
④ 금속염류
- 원유 속에 여러 가지 금속염류가 함유되어 있으나 극히 소량으로 인제에 대한 유독성은 없으나, 정제 과정의 중유 탈황, 접촉 개질 등에 있어서 촉매에 대해 매우 유해
(4) 천연 가스
- 천연가스는 자연적으로 생성되는 탄화수소 기체, 메테인이 주성분, 소량의 다양한 다른 탄회수소, 이산화 탄소, 질소, 그리고 황화수소와 같은 불순물도 포함되어 있다.
- 천연가스는 난방과 주방 연료, 그리고 전기 생산에 이용, 자동차의 연료 및 플라스틱과 유기 화학 제품 생산에 시용되는 화학적 원료로도 사용
천연가스의 활용과 산업
지지 않는 싸움을 위해 필요한 인생의 비밀
