원유의 분별 증류, 분별 증류의 원리와 주성분들의 끓는점 범위


검은 색의 황금 석유의 원석, 원유의 분별 증류에 대해 알아보자.


이번 포스팅은 지난번 석유의 탄생과 일차적인 정제 과정에 대해 포스팅 한 것에 이어서 석유화학의 가장 기본 단계인 증류 과정에 대해 설명하고자 한다. 자연상태의 원유는 매우 다양한 성분의 탄화수소와 불순물들을 포함하고 있기 때문에 이들을 제대로 활용하려면 효과적인 분리 공정이 필요하다. 현재 대부분의 분리 공정은 분별 증류이다. 


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화석 연료들의 혼합물인 원유는 증류 과정을 통해 분리한다.

채취된 원유는 먼저 분리 과정을 거치는데, 이는 증류를 통해 얻어 진다. 증류는 기본적으로 끓는점의 차이를 이용하는 분리 방법이다. 액체 상태의 혼합물에 열을 가해 기화 시킨 뒤, 기화된 혼합물이 점차 식기 시작하면서 분리하고자 하는 물질들이 서로 다른 온도에서 액화 되는 현상을 이용한 것이다.


원유는 350도로 끓여서 기체로 만든 후 분별 증류를 거친다.

원유는 섭씨 350도 까지 가열한다. 350도 이상이면 원유에 포함된 모든 성분들이 기화하기 때문이다. 이렇게 기화된 증기는 증류탑에 들어가게 된다. 이 증류탑은 많은 층을 지니고 있고, 위로 올라갈 수록 차가워진다. 각각의 층에서 자신의 끓는 점에 해당되는 물질들이 각각 응축되어 액체가 되고 분리가 이루어 진다. 그래서 증류탑의 상부로 갈 수록 끓는점이 낮은 액체가 분리되게 된다. 증류탑의 꼭대기 층에서는 액화 될 수 없는 가스가 나오게 된다. 원유에 포함된 주요 성분의 끓는 점은 다음과 같다


  메테인, 에테인, 프로페인, 뷰테인 등 탄소 개수 1~4개의 탄화수소 : 상온에서 기체

석유  에테르: 40~70 도


경질유:60~100 도


중질유:100~150 도


나프타: 150~180 도


석유/등유: 180~225 도


경유:225~350 도



증류되지 못한 물질은 지하실에 찌꺼기로 존재한다.

원유를 350도 이상 가열해서 증류로 분리를 한 뒤, 맨 아래 층에는 잔류물이 남게 된다. 이러한 잔류물은 펌프로 감압하여 진공상태로 또 한 번 증류 작업을 시행한다. 낮은 압력에서 물질은 더 낮은 온도에서도 끓을 수 있기 때문에 감압 증류를 실행하면 끓는점이 더 높은 화합물들을 찌꺼기로부터 분리해낼 수 있다. 






증류 탑의 설계, 원유의 원산지에 따라 성분은 다른 성분이 채취될 수도 있다.

원유에는 정말 다양한 조합의 탄화수소가 존재한다. 화학식이 다른 물질은 물론 화학식은 같지만 성질이 다른 이성질체도 존재한다. 따라서 이들은 다양한 끓는점을 보이고, 증류탑을 어떻게 설계하느냐에 따라 층마다 다른 물질이 나올 수 있다. 물론 원유의 구성 성분 자체가 지역별로 큰 차이를 보이기 때문에 원산지에 따라서도 성분에서 큰 차이를 보인다. 



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