석유(石油, petroleum)

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석유(石油, petroleum)에 대한 보고서 자료입니다.

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자동차나 항공용 가솔린에 황화합물이 포함되어 있으면 노킹 방지제인 사에틸납의 효과를 감소시키고, 디젤유에 들어 있으면 엔진을 부식시킨다. 또한 대기오염을 줄이기 위해 많은 나라에서 연료유의 황 함량을 제한시키고 있다.
대부분의 원료는 소량의 황화수소를 포함하고 있으며 증류하는 동안 무거운 황화합물들이 분해되면서 양이 더욱 늘어난다. 대부분의 황화수소는 위층의 가스 쪽으로 이동되어 빠져나가지만 일부는 가솔린에 녹아 남아 있게 된다. 이는 알칼리성 용액으로 쉽게 제거할 수 있다. 분해과정을 통해 생겨나는 가벼운 증류액과 생성물들 역시 쉽게 제거할 수 없는 좀더 복잡한 황화합물들을 포함하고 있다. 정제제로 진한 황산을 사용하는 것은 석유산업만큼이나 오래되었다. 이것은 거의 모든 형태의 생성물에 다 응용되어왔다. 아직도 여전히 중요하긴 하지만 용매 추출이나 수소를 사용한 촉매 공정의 도입으로 최근에는 그 사용이 감소했다. 황산은 용액으로 황화합물을 제거시키고 또한 반응성이 큰 탄화수소들을 중합시키며 아스팔트류 성분도 제거한다.
황산처리는 분해증류된 가솔린의 색깔이 맑아지고 보관할 때 검(gum)이 생기는 것을 방지한다. 황산은 황 함량이 아주 적어야 하는 화이트 스피릿(white spirit)이나 특별한 끓는점의 용매를 정제할 때 특히 유용하다. 과거에는 황산이 윤활유 처리에 광범위하게 사용되었다. 용매 추출 같은 더 현대적인 공정을 특수 목적을 위한 것을 제외하고는 황산처리 대신 이용한다. 산처리와 관련된 심한 불편은 폐기물로 생성된 산 타르를 제거해야 하는 것이다. 산 재생공장에서 재사용할 황산을 재생시킬 필요가 있는데, 이는 산의 소비를 줄이고 오염을 막기 위함이다. 대부분의 현대적인 정유공장은 이 문제를 없애기 위해 촉매 정유공정을 채택한다. 또다른 단점은 산 처리를 하는 동안 일부가 끓는점이 높은 물질로 중합되기 때문에 유용한 생성물이 약간 없어진다는 점이다. 이 화합물들은 생성물을 재증류시켜 제거된다.
하나의 현대식 정유공장 안에 분리된 처리공장들을 종합적으로 모으면 시설이나 탱크의 용량 및 인력을 경제적으로 이용할 수 있다. 가장 간단한 정유공장은 증류설비, 촉매재형성기 및 여러 가지 처리 설비들을 포함하고 있다. 이런 형태의 소형 정유공장들은 세계 곳곳의 지역시장을 점유한다. 이런 설비들로 자동차용 가솔린, 조명용 등유, 제트 연료, 가스유, 디젤유, 잔류 연료 등의 생산이 가능하다. 또한 프로판과 부탄을 회수하기 위한 공장이 있을 수도 있다.
어느 공정을 사용하여야 할지를 결정하기 위해 공장 경영자는 잔류 연료유 시장을 분석하는데, 이 잔류 연료유는 가공되는 원유의 40~50%에 달한다. 동반구의 일부 나라에서는 이 연료가 쉽게 시판되지만 많은 양의 가솔린을 필요로 하는 미국과 캐나다에서는 소비지역 범위 내에서 천연 가스를 사용할 수 있기 때문에 연료유의 소비가 적다. 공급원료로 사용되는 부분을 생산해내는 진공증류 설비와 함께 보충 촉매분해증류 설비는 이 문제를 해결해준다. 가솔린의 생산은 중합에 의해 양을 더 늘릴 수 있다. 공장의 설비를 더 첨가시켜, 용매추출을 포함한 완전히 종합적이고 포괄적인 정유공장을 차근차근히 세울 수도 있다.
제조설비는 가장 중요한 것이지만 정유공장의 일부분이다. 탱크의 용량과 취급용 설비는 많은 비용과 면적을 차지한다. 정유공장이 수송관을 통해 유전에 연결되어 있다면 원유를 위한 저장용량은 최소가 될 수 있다. 하지만 원유를 수입해야 하는 경우에는 유조선이 부정기적으로 도착하더라도 정유작업을 계속할 수 있도록 충분한 용량의 탱크가 필요하다. 종합적 석유생산에서는 유조선, 특히 매우 큰 유조선(25만t 이상)의 운항계획이 중요하다. 저장용량의 관점에서 볼 때 최종 생산물은 원유보다 더 큰 용량의 탱크를 필요로 한다. 정유제품의 판매가 짧은 시간에 변하므로 정유공정 설비를 자주 바꾸지 않기 위해서는 어떠한 대책이 필요하다. 디젤유나 연료유 같은 비휘발성 제품은 대용량의 원통형 탱크에 저장된다. 가솔린과 원유를 포함한 다른 휘발성 제품의 경우는 기화에 의한 손실을 막기 위해 부동 지붕식 탱크가 이용되는데, 부양함과 모양이 유사한 지붕이 탱크 안에서 위아래로 움직여서 석유증기를 상당하게 포함할 수 있는 공간을 없애준다. 이 탱크를 이용하면 화재 위험성도 감소된다.
액화 석유 가스 저장에는 압축용기(보통 구형)가 쓰인다. 또한 이 물질은 암염 돔의 공동과 같이 땅속의 적당한 지층에 보관될 수도 있다. 최근에는 대형 냉동탱크가 개발되었는데, 액화 가스는 정상 압력하에서 액화 온도로 보관된다. 한편 초대형 유조선은 유전에 가까운 곳보다는 소비지역 부근에 정유공장 설립을 가능하게 하면서 원유 수송비용을 현저히 절감시켰다. 특히 유럽에서 이 초대형 유조선을 정박시키기 위해 심해(深海) 항구가 건설되었다. 정유공장들은 항구 부근에 건설되거나 수송관으로 항구와 연결되었다. 수송관이 비실용적이거나 비경제적이면 수상운송이 제일 먼저 선택된다. 용량이 1만 5,000배럴 이하인 표준 크기의 유조선이나 소형 연안선은 여러 등급의 석유를 해안에 있는 저장소로 분배시킨다. 수로망이나 항해 가능한 강이 있는 나라들은 비용이 매우 적게 드는 수송수단인 바지선을 사용할 수 있다. 철도용 유조차량 수송은 아직도 널리 쓰인다. 대부분의 소비자에 대한 마지막 수송수단은 용량이 150~200배럴 정도인 눈에 익은 도로용 유조차이다.
원유공급도로망은 인구가 많은 동부지역에 위치한 정유공장이 가까운 유전에서 충분히 원유를 공급받지 못하던 때인 20세기초에 미국에서 발달하기 시작했다. 19세기말 미국에서는 원유수송을 위해 수송관이 이용되었는데, 이를 통해 알려진 유전지역 근처의 정유공장에 원유를 공급했다. 한편 주 수송관을 통한 수송에는 거의 원심 펌프가 이용되었으며, 긴 수송관을 따라서 중간 중간에 가압장치를 설치하여 수송능력을 증가시킬 수 있다. 최근에는 이들 중 상당수가 무인으로 작동되도록 설계되었다. 즉 자동제어에 의해 수행되는 펌프 시동 및 밸브 개폐는 전화선이나 무선 혹은 펌프의 수송관 압력에 감응하는 장치 등을 통해 보내진 신호로 무인 펌프 기지에서 작동된다.

키워드

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