원유 분류 공정

탈염은 원유 분류 공정의 첫 번째 주요 전처리 단계이다. 이 과정은 원유에 포함된 염분, 물, 고체 입자와 같은 불순물을 제거하는 것을 목표로 한다. 채굴된 원유는 지하층의 지하수와 함께 생산되는 경우가 많아 상당량의 물과 염분을 함유하고 있으며, 이는 후속 공정의 장비 부식과 촉매 독성을 유발할 수 있다.

탈염 공정은 일반적으로 탈염기라고 불리는 장치에서 이루어진다. 원유는 먼저 가열된 후 물과 함께 유화제를 첨가하여 잘 혼합된다. 이후 고전압의 전기장을 가해 물과 염분이 포함된 작은 물방울들이 서로 충돌하고 합쳐져 크기가 커지도록 유도한다. 무거워진 물방울들은 중력에 의해 원유 하부로 침전되어 분리된다. 이렇게 제거된 염수는 별도로 처리된다.

효율적인 탈염은 대기압 증류 및 진공 증류와 같은 후속 증류 공정의 안정적인 운영을 보장한다. 염분이 제거되지 않으면 증류탑 내부의 금속 부식을 가속화하고, 열교환기와 같은 장비의 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 중유나 잔사와 같은 무거운 분획물에서 염분이 남아 있을 경우 연소 시 유해 물질 배출을 증가시킬 수 있다. 따라서 탈염은 원유 정제의 품질 관리와 환경 규제 준수에 있어 필수적인 단계이다.

대기압 증류는 원유를 끓는점 범위에 따라 여러 가지 석유 제품으로 분리하는 물리적 공정이다. 이 공정은 원유 정제의 핵심 단계로, 원유 내 탄화수소 성분의 끓는점 차이를 이용한다. 원유는 가열로에서 예열된 후, 대기압 하에서 운전되는 원유 증류탑으로 공급된다. 이 증류탑 내부에는 수십 개의 단이 설치되어 있으며, 각 단마다 온도가 달라 끓는점이 다른 성분들이 분리된다.

가장 가벼운 성분인 가솔린과 나프타는 탑 상부에서, 등유는 중간부에서, 경유와 중유는 하부에서 각각 회수된다. 이렇게 분리된 각 유분은 후속 공정을 위해 다른 공정 장치로 보내진다. 대기압 증류는 정유 공장에서 가장 먼저 이루어지는 분리 공정이며, 이후 진공 증류 공정으로 이어진다.

진공 증류는 대기압 증류에서 얻어진 무거운 잔사유를 추가로 분리하기 위한 공정이다. 대기압 하에서는 이 잔사유를 가열할 경우 열분해가 일어나 코크스가 형성되어 장비를 막을 수 있기 때문에, 증류탑 내부를 진공 상태로 만들어 압력을 낮춘다. 압력이 낮아지면 물질의 끓는점이 하강하는 원리를 이용하여, 상대적으로 낮은 온도에서도 무거운 성분들을 끓게 만들어 분리를 가능하게 한다.

이 공정의 주요 목적은 중유나 윤활유 기유와 같은 고부가가치 제품의 원료를 얻는 동시에, 최종적으로 아스팔트나 감압 증류 잔사유 같은 무거운 잔사를 생산하는 것이다. 진공 증류탑을 통해 잔사유는 끓는점 범위에 따라 다시 여러 개의 측선 유출물로 나뉘며, 이들은 후속 공정인 유분이나 열분해 등의 원료가 된다. 이는 정유 공장에서 원유를 최대한 활용하고 경제성을 높이는 데 필수적인 단계이다.

가벼운 분획은 원유 분류 공정에서 가장 낮은 끓는점 범위를 가지는 석유 제품들을 가리킨다. 이 분획들은 대기압 증류 단계에서 상부에서 회수되며, 주로 가솔린, 나프타 등이 포함된다. 이들은 상대적으로 분자량이 작고 휘발성이 높은 특성을 지닌다.

가벼운 분획의 대표적인 예인 가솔린은 자동차의 내연기관 연료로 널리 사용된다. 나프타는 석유화학 산업의 중요한 원료로, 에틸렌, 프로필렌 등의 기초 화합물을 생산하는 개질 공정의 주원료가 된다. 이러한 제품들은 높은 경제적 가치를 지니며, 공정 초기에 분리되는 특징이 있다.

가벼운 분획의 정확한 끓는점 범위와 수율은 원유의 조성과 공정 조건에 따라 달라진다. 일반적으로 이 분획들은 추가적인 정제 공정을 거쳐 최종 상품의 품질을 높이게 된다.

중간 분획은 원유 분류 공정에서 대기압 증류와 진공 증류를 거쳐 얻어지는, 끓는점이 비교적 높은 범위에 있는 석유 제품군을 가리킨다. 이들은 가벼운 분획보다는 무겁고, 잔사보다는 가벼운 특성을 지닌다. 주로 등유, 경유, 그리고 중유의 일부가 이 범주에 속하며, 각각의 끓는점 범위와 특성에 따라 다양한 용도로 활용된다.

등유는 주로 항공기의 터보프롭 엔진이나 일부 헬리콥터, 그리고 난방용 연료로 사용된다. 경유는 디젤 엔진을 구동하는 자동차, 선박, 발전기 등의 주요 연료이다. 또한, 중유 중에서도 비교적 가벼운 부분은 선박의 보일러 연료나 일부 산업용 연료로 사용된다. 이들 중간 분획은 현대 산업과 운송 분야에서 없어서는 안 될 중요한 에너지원을 제공한다.

중간 분획의 품질과 수율은 원유의 조성과 공정 조건에 크게 의존한다. 공정 최적화를 통해 특정 제품의 생산량을 늘리거나 품질을 개선할 수 있으며, 이는 정유 공장의 경제성에 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어, 촉매 분해나 수소화 분해 같은 2차 공정을 통해 중간 분획에서 더 가치 있는 가벼운 분획을 추가로 생산하기도 한다.

무거운 분획은 원유 분류 공정에서 진공 증류 단계를 통해 얻어지는 비교적 높은 끓는점 범위를 가진 유체를 가리킨다. 이 분획은 주로 경유와 중유로 구성되며, 디젤 엔진의 연료나 보일러 및 발전소의 연료로 널리 사용된다. 또한 윤활유의 기초유나 아스팔트의 원료로도 활용된다.

무거운 분획의 생산은 진공 증류 공정에서 이루어진다. 대기압 하에서는 고온을 요구하여 분해가 일어날 수 있는 무거운 성분들을, 진공 상태에서 낮은 온도로 끓게 만들어 안전하게 분리한다. 이 과정에서 얻어진 경유는 트럭, 버스, 선박 등 중장비의 주요 동력원이며, 중유는 공업용 및 발전용 연료로 중요한 역할을 한다.

이들 제품은 화학 공업에서 크래킹이나 수소화 분해 같은 2차 공정의 원료가 되기도 한다. 예를 들어, 경유는 추가 처리 과정을 거쳐 경유 탈황을 통해 환경 규제를 충족시키거나, 수소화 분해를 통해 더 가벼운 가솔린 성분으로 전환될 수 있다.

원유 분류 공정의 최종 단계에서 얻어지는 가장 무거운 잔류물을 잔사라고 한다. 이 물질은 진공 증류탑의 바닥에서 수집되며, 상대적으로 높은 점도와 낮은 휘발성을 특징으로 한다.

잔사는 주로 중유나 아스팔트의 원료로 사용된다. 중유는 선박 엔진이나 산업용 보일러의 연료로 쓰이며, 아스팔트는 도로 포장 재료의 주성분이 된다. 또한 추가적인 공정을 통해 윤활유 기유나 코크스를 생산하는 데에도 활용될 수 있다.

이처럼 잔사는 상대적으로 경제적 가치가 낮은 제품으로 여겨지기도 하지만, 현대 정유 공정에서는 열분해나 수소화 처리와 같은 2차 공정을 통해 가벼운 가솔린이나 디젤 유분으로 전환하여 자원의 효율적 활용을 극대화하는 경우가 많다.