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작성자 이창호
작성일 2004-12-09 (목) 09:54
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[근대] 석유 (한메)
석유 石油 petroleum

천연적으로 지하에서 산출되며 탄화수소를 주성분으로 하는 유동체.

원유(原油)와 원유를 정제·가공하여 얻을 수 있는 각종 액체연료·윤활유 등의 석유제품(petroleumproduct)을 총칭한다. 석유는 에너지원으로서 또는 화학공업의 원료로서 가장 중요한 자원이다. 석유는 지구의 퇴적층에 묻혀 있는 고대(古代)생물체의 유기물에서 유래하며, 석탄과 마찬가지로 화석연료의 하나이다. petroleum의 어원은 라틴어의 petra(바위·돌)로서, 그리스어의 petros(바위)와 oleum(기름)에서 유래한다.

[석유이용의 역사와 용도의 확대]

석유 이용의 역사는 매우 오래되어 메소포타미아·페르시아 등의 지방에서는 적어도 BC3200년 무렵부터 사람들에게 알려져 있었음을 증명하는 석유의 유적이 있다. 오랜 기록으로는 《구약성서》에 노아의 방주에 방수용으로서 아스팔트를 사용한 것이 기록되어 있다. 또한 13세기 무렵 미얀마와 카스피해 연안 등에서 손작업에 의한 원유의 채취가 시작되었다고 하며, 16∼17세기무렵에는 간단한 석유의 정제도 행해졌던 것으로 추측된다.

그 후 1848년에는 영국 화학자 J.영이 탄갱(炭坑)에서 뿜어나오는 원유와 건류된 콜타르로부터 최초로 증류(蒸溜)와 화학처리에 의한 등유·윤활유 등의 분류를 연구하여 특허를 얻었다. 영의 방법은 미국에 전해져서 이렇게 얻어진 기름을 석탄유(coaloil)라 하게 되었고, 종래의 식물유·동물유를 대신하여 원유나 석탄으로부터 정제, 등화용 연료(등유)를 제조하는 방법이 널리 보급되었다.

석유산업이 오늘날과 같이 번성하게 된 발단은, 1859년 미국 세네카석유회사의 기사인 E.L.드레이크가 펜실베이니아주 오일크리크에서 로프식 기계에 의한 유정(油井)의 굴착(깊이 21m)에 성공하면서부터이다. 이것이 근대 유정의 제1호로서, 1859년이 세계 석유산업 탄생의 해가 되었다. 석유의 용도가 확대되어 현저하게 다양화되었던 때는 19세기 말, 20세기 초 이래로, 그 최초의 동기가 되었던 것은 1879년 미국 T.A.에디슨에 의한 전등의 발명, 1883년 G.W.다임러에 의한 가솔린기관 자동차의 발명, 1893년 R.디젤에 의한 디젤기관의 발명 등이다.

또한 제1·2차 세계대전으로 석유의 중요성이 높아져, 석유산업의 발전에 큰 영향을 끼쳤다. 20세기로 접어들자 전등 보급에 따라 석유램프가 점차 자취를 감추면서 등유의 수요도 감소되었지만, 중유나 아스팔트가 이용되기 시작하였고, 자동차의 발전에 따라 그 당시에는 폐기물이었던 가솔린이 중요한 석유제품이 되었다. 특히 1903년에 H.포드가 포드자동차회사를 설립하고, 몇년 내에 독자적인 대량생산방식을 확립한 이래 가솔린의 수요는 격증하였다. 또한 제1차세계대전을 계기로 항공기가 급속히 발달하여 옥탄가(價)높은 가솔린의 제조도 점차 발전하였다.

군함과 기선 등의 선박에도 점차 디젤화가 진행되어 선박용 연료도 석탄에서 중유로 전환되었으며, 제1·2차 세계대전 중에 소형의 고속디젤기관도 급속히 발달되어 자동차·기관차·트랙터 등의 연료로 경유의 이용도 증대하였다. 그리고 이러한 내연기관의 진보에 따라 윤활유도 점차 다품종화·고급화되었다. 처음에 등화용으로 등장한 등유는 가정용 연료로 바뀌었으며 특히 제 2차 세계대전 후에는 용도가 넓어졌다.

석유정제시 발생하는 액화석유가스(LPG)도 가정용 연료로 보급되었다. 또한 제 2차 세계대전 후 항공기는 프로펠러기에서 제트기로 바뀌어 제트연료도 중요한 석유제품이 되었으며, 동시에 자동차 엔진이 전시중의 항공기 엔진을 능가하는 등 고성능화되어 고옥탄가 가솔린이 사용되게 되었다. 1950년대부터 중동지역에서 세계 최대의 유전이 개발됨에 따라서 각국은 석유를 싼 값으로, 그리고 대량으로 입수할 수 있게 되었다.

이리하여 석탄을 제치고 석유가 대표적 에너지원이 되면서 세계는 석유대량소비시대로 접어들어 에너지혁명이 일어났다. 한편 석유화학공업의 발전에 따라 화학공업 원료도 석탄에서 석유로 전환되었다. 이 당시 중동 유전의 개발 등 사회주의국가를 제외한 지역의 석유 이권은 대부분이 미국·영국 등의 국제석유자본8사(Major)가 지배하였다.

그러나 1960년에 사우디아라비아·이란·이라크·쿠웨이트·베네수엘라 등 석유수출 5개국이 석유수출국기구(OPEC)를 결성하고 그 후 가맹국도 13개국으로 증가하자, 점차 자원내셔널리즘을 강화하여 발언권을 확대시켰다. 특히 1970년 무렵부터 OPEC는 메이저의 이권을 줄이고 원유가격과 공급량의 자주조정권을 장악한 뒤, 1973년 10월 제4차중동전쟁이 발발하자 일방적으로 석유공시가격의 대폭 인상(약 4배)을 선언하여 제1차석유파동을 초래하였다.

게다가 1979년 이란혁명으로 인한 제2차석유파동에 의해 원유가격은 계속 폭등하여 제1차석유파동 이전에 비해 약 20배 이상이 올랐다. 이에 세계경제는 큰 영항을 받아 급증을 계속하던 석유소비량도 한계점에 달하게 되었으나, 여전히 석유는 세계 에너지총량의 약 42%를 차지하고 있으며, 석유계 천연가스까지 합하면 약 64%에 이르고 있다. 최근 영국(북해유전)·멕시코 등 비OPEC 국가의 원유증산과 세계적인 석유 소비절감에 의해 석유가격은 83년을 고비로 하락세로 전환되었다.

[성인(成因)]

석유는 고생대부터 신생대에 걸쳐 여러 지층에 존재하지만, 특히 중생대 백악기의 지층과 신생대 제3기의 지층에서 많이 산출되고 있다. 그 성인에 대해서는 1800년대부터 무기근원설(無機根源說)과 유기근원설에 대한 논쟁이 계속되었다. 무기근원론자는 탄화수소가 무기화학적으로 합성된다는 점에서, 탄화수소가 지하 깊은 곳에서 탄소와 수소로부터 합성되었다고 하는 설과 지구가 생성될 때 이미 탄화수소가 존재했다는 설을 주장하며, 모든 탄화수소가 오랜 세월에 걸쳐서 효율적으로 집적되어 석유가 되었다고 주장하였다.

이에 반해 유기근원론자는 동·식물의 유체(遺體)로 이루어진 유기물이 화학작용에 의해 원유를 생성한다고 주장하고, 실험적으로 퇴적암의 유기물질로부터 원유모양의 액체를 추출하여 유기설을 뒷받침하였다. 이 논쟁에 결말을 지었던 것은 현존하는 원유 속에서 생물체에서만 유래하는 물질인 바이오마커(biomarker)가 미량이나마 발견된 사실이었다. 예를 들면, 헤민(적혈구의 헤모글로빈)이나 클로로필(식물의 엽록소)의 유도체인 포르피린류, 그 밖에 콜레스테린·카로틴·테르펜의 유도체처럼 광학활성(光學活性)을 지닌 유기물이 원유 속에서 확인되어 석유의 유기근원설이 확고해졌다.

석유의 근원이 된 유기물은 태고의 바다나 호수의 바닥에 쌓인 플랑크톤이나 조류(藻類), 또는 하천을 따라 운반된 육상생물의 유해 등에서 유래하며, 토사(土砂)와 함께 조금씩 퇴적되었다. 이 퇴적물은 시간이 경과함에 따라 지하 깊숙이 매몰되었으며, 비중에 의해 토사 속에서 가장 세립인 점토와 함께 퇴적된 유기물은 암석화된 셰일(shale, 혈암) 속에 농축되었다. 특히 유기물을 많이 함유한 셰일을 석유근원암이라고 한다.

석유근원암의 유기물 중 약 90%는 케로겐(Kerogen, 油母)이라고 하는, 유기용매에 녹지 않는 고체의 고분자화합물 집합체가 차지하고 있는데, 이 케로겐은 그리스어 Keros(석유 또는 왁스를 만드는 물질)에서 유래한다. 나머지 10%는 유기용매에 녹는 유기물로 추출성 유기물 또는 역청(瀝靑, bitumen)이라고 하는데, 탄화수소는 이 역청에 포함된다.

생체유기물은 탄수화물·단백질·지질(脂質)·리그닌으로 구성되며, 소량의 탄화수소 및 색소도 함유하고 있다. 이러한 성분이 미생물에 의해 당·아미노산·지방산 등의 구성 성분으로 분해된다. 그 후 퇴적물 속에 묻혀 있다가 일부는 탈탄산·탈아미노작용에 의해 탄화수소로 변환되어 역청으로서 보존되지만, 대부분은 축합하여 부식(腐植)을 형성하고, 환원 환경하에서 축합중합을 반복하여 케로겐으로 변화한다.

케로겐을 열건류하면 석유 상태의 물질이 생성되는 점과, 세계의 유전지역에서 지하의 상당한 깊이에서 석유가 발견되고 있다는 점 등으로 미루어 석유근원암 속의 케로겐이 매몰에 따른 지온(地溫)의 증가에 의해 석유 탄화수소를 생성한다는 것이 최근의 성인설(成因說)이다. 또한 케로겐으로 변화하기 전의 유기물질의 차이에 따라 석유를 생성하기 쉬운 타입(조류)과 가스를 생성하기 쉬운 타입 (육상 고등식물)으로 분류된다.

[탐사]

석유 근원암 속에서 생성된 형태 그대로는 석유를 산출할 수 없다. 혈암은 입자가 미세하고 공극도 매우 작기 때문에 석유를 직접 뽑아낼 수 없기 때문이다. 산출 가능한 석유는 유층(油層)에 농집하여 비축되어 있어야 한다. 유층은 공극을 충분히 가진 사암 또는 석회암 등의 암석층으로, 이 암석을 저류암(貯留岩)이라 한다. 석유를 저류시키기 위해서는 저류암이, 석유가 다른 곳으로 이동하는 것을 방지하는 치밀한 덮개암(cap rock)으로 덮여 있는 구조이어야 한다[그림 1].

이러한 구조를 트랩이라 하며, 대표적인 것은 배사형(背斜型) 트랩이다. 석유의 탐사는 지하에 존재하는 이러한 트랩을 찾아내는 것이지만, 몇백 또는 몇천 ㎞²의 광대한 지역에서 지하 몇 천m에 있는 석유를 발견한다는 것은 매우 어려운 일이다. 탐사의 초기 단계에서는 넓은 지역의 지질조사를 위해 항공사진 해석과 항공기에 의한 자기탐사(磁氣探査) 및 중력탐사 등 대강의 조사가 실시된다.

그 다음에 지하에 분포하는 퇴적물이 지표로 노출된 지역에서 지표지질조사와 표본추출작업·지화학분석(地化學分析)·고생물조사·퇴적학분석 등이 실시되고, 층서(層序)의 연대와 암석의 물성(物性), 근원암의 산유 가능성 등의 연구·평가가 행해진다. 정밀탐사로서 실시되는 지진탐사는 육상에서는 화약 또는 기계 등으로 지각에 진동을 가해 지하의 지층면으로부터 반사파를 수신·기록하여 유전구조(트랩)의 존재를 찾고, 해역에서는 진원으로서 압축공기에 의한 발파(發破)를 이용하고 있다.

이러한 조사를 종합적으로 해석하고 시추위치를 결정하여 유전구조 위에 굴착한다. 시추의 깊이는 3000∼4000m가 많은데 때로는 5000m에 이르는 경우도 있다. 시추의 결과를 바탕으로 유전의 채산성을 검토하여 개발 여부를 판단한다. 시추에 의해 석유를 발견할 확률은 1/10이며, 또 그 석유가 규모면에서 충분한 생산대상이 될 수 있는 경우는 1/4이다. 즉 100개의 유정을 파도 채산성이 맞는 유전(油田)이 발견되는 것은 2∼3개에 지나지 않는다. 따라서 석유의 탐사는 다른 어떠한 사업보다도 위험 부담이 높은 사업이라고 할 수 있다.

[원유]

지하에서 산출·채취된 그대로의 정제되지 않은 석유를 원유(crudeoil)라고 한다. 일반적으로 흑갈색 또는 흑록색이며, 끈적하고 밀도가 높은 유동물질로 약간의 토사와 수분을 함유한다.

<조성>

주성분은 탄소원자수 5∼40개의 복잡한 각종 탄화수소 혼합물이지만, 이 밖에 가스상태 탄화수소(습성 천연가스)도 용존하며, 비탄화수소 성분으로서 약간의 황과 산소, 질소화합물과 소량의 금속화합물을 함유한다. 이러한 비탄화수소성분은 특히 끓는점이 높은 유분일수록 많다. 원유의 원소 조성의 예는 [표 1]과 같다. 석유탄화수소를 크게 분류하면 파라핀·올레핀·나프텐(시클로파라핀)·방향족 탄화수소의 4종류로 분류되며, 원유 속에는 파라핀계와 나프텐계 탄화수소가 가장 많고 방향족 탄화수소는 비교적 적다.

올레핀계 탄화수소는 석유가 열분해되면 쉽게 생성되지만, 원유 속에는 거의 없다. 이러한 4종의 탄화수소의 조성은 가솔린·등유 등의 끓는점이 낮은 유분에서는 명확하지만, 중유·윤활유 등의 끓는점이 높은 유분에서는 1분자에 1개의 나프텐고리와 긴 알킬곁사슬이 결합된 <파라핀성이 높은 성분>이나, 여러 개의 나프덴고리 외에 방향족고리도 결합된 <나프텐성이 높은 성분> 등 복잡한 혼합물로 구성되어 탄화수소 종족의 구별은 불명확해진다.

<성분상태>

탄화수소의 비중은 일반적으로 나프텐계보다도 파라핀계가 낮다. 같은 종족에서는 끓는점이 높은 성분보다 끓는점이 낮은 성분의 비중이 낮으므로 원유의 비중은 그 조성과 상관관계가 있다. 원유는 비중의 크기에 의해 분류되는 것이 일반적인데, 미국석유협회(API)가 제정한 API도가 사용된다. 이 값은 비중(D60/60℉;60℉의 물에 대한 60℉에서의 밀도비)으로부터 다음 식에 의해 구한다.

API도=141.5 / 비중(60/60℉)-131.5

API도는 보통 비중과는 반대로 경질일수록 큰 값이 되는데, 35도 이상이 경질유(輕質油), 35~30도가 중질유(中質油), 30도 이하는 중질유(重質油)라고 한다. 파라핀기원유는 경질에서 파라핀계 탄화수소가 풍부하며 가솔린유분의 득률이 많고 직류가솔린의 옥탄가는 낮지만 양질의 경유, 윤활유의 원료가 되며 잔유에는 파라핀납이 많이 포함되어 있다.

한편 나프텐기원유는 중질에서 나프텐계 탄화수소가 풍부하고 가솔린유분의 득률은 적지만 직류가솔린의 옥탄가는 비교적 높고 잔유에는 아스팔트분을 많이 함유한다. 중간기원유는 이들의 중간적 성질을 나타낸다. 이 외에 황성분이 많은 원유를 사워원유(sour crude), 황성분이 적은 원유를 스위트원유(sweet crude)라고 한다.

[원유생산량·수급현황·비축량]

지구상 석유 분포는 현저하게 편재되어 있는데, 원유의 확인매장량 약 1619억㎘(1997) 중 3분의 2에 가까운 약 64%를 중동 여러 나라가 차지하고 있으며 여기에 아메리카·러시아·아프리카를 더하면 세계 원유의 80% 이상이 이들 4대 지역에 집중되어 있다. [표 3]에서도 볼 수 있듯이 1994년 산유량 30억 3183만 톤 중에 약 34% 정도를 미국·러시아·사우디아라비아가 차지하고 있다. 근래에는 북해유전을 개발한 영국과 급속한 석유증산을 추진하는 멕시코·중국 등이 유력한 산유국으로 부상하고 있다.

산유량의 대부분은 석유소비량에 충당된다고 볼 수 있는데, 경제협력개발기구(OECD) 가맹국(24개국, 1991) 전체적으로는 공급이 수요의 반 정도밖에 되지 않으며, 비OECD 국가들에서는 반대로 수요가 공급에 못 미치는 현상을 보이고 있다. 특히 OECD 가맹국 중 미국은 제 2 차 세계대전 전에는 석유수출국이었지만 현재는 소비량 격증으로 인해 자국산 석유로는 수요를 충당하지 못할 뿐 아니라 오히려 세계 최대 석유수입국이 되었다.

영국은 북해유전 개발로 자급, 수출국으로 전환하였다. 비OECD 국가인 러시아도 현재는 자국산 석유로 수요를 완전히 충족시키고 있지만 장래에는 완전자급이 의문시된다. 반면 사우디아라비아를 비롯한 중동 산유국들은 공급량이 수요량을 훨씬 웃돌고 있어 석유 공급에 관한 한 계속 중요한 위치를 유지하고 있다.

<가채연수(可採年數)>

연간산유량 語에 대한 확인매장량 魚의 비(魚曆語)를 가채연수라 하며 유전의 수명, 석유자원의 수명을 추정하는 기준으로 사용된다. 1984년 현재 세계의 가채연수는 약 35년이다. 그러나 1950년 당시의 가채연수는 약 20년이었고 1960년에는 약 35년이었던것으로 미루어 가채연수에서 곧바로 석유자원의 수명을 판단할 수는 없다. 이것은 이제까지 세계 원유생산량과 석유소비량이 해마다 증대되어 온 반면 한편으로는 생산량을 웃도는 새로운 유전이 개발되어 확인추정량도 매년 갱신되어 가채연수가 큰 변동없이 거의 평형상태를 유지해 왔기 때문이다.

[그림 2]는 1976년 미국의 J.D.무디가 발표한 것으로, 1920년 이후 석유발견량과 생산량의 각 누계의 추이를 나타낸 것이다. 그러나 70년대부터 세계 최대 석유의 보고(寶庫)인 중동지역에서 새 유전개발량이 격감하고, 이 사이 북해·알래스카·멕시코·중국 등에서 새 유전이 개발되기는 하였지만 그 규모가 중동지역의 막대한 개발량에 미치지 못해 세계 원유 확인매장량의 증가는 차차 정체 경향을 나타내고 있다.

한편 1973년에 일어난 석유파동의 영향으로 1974∼76년에 사상 처음으로 석유소비량(생산량) 감소 내지 정체 현상이 일어났고 그 후의 증가도 둔화되었다. 석유파동은 세계적인 경제불황을 초래하였지만, 석유의 소비절약을 촉진하고 그 수명을 다소나마 연장시키는 효과도 가져왔다.

<궁극매장량>

개발 완료된 유전의 확인매장량에 미발견된 유전까지 포함시킨 전지구의 원유매장량을 궁극매장량이라 한다. 물론 그 정확한 값은 알 수 없지만, 무디는 장래 해저유전의 굴착이 수심 2000m까지, 채유율은 40%까지 가능해진다고 가정하고, 지질학적·추측통계학적으로 산정하여 궁극매장량을 3040억t으로 추정하였다. 이 가운데 1976년까지 480억t이 생산되어, 같은 해 잔존 추정매장량은 2560억t(발견확률 95%로 1550억t, 발견확률 5%로 4560억t)이다[그림 2]. 그러나 이후 세계 인구의 급증에 따른 세계 총에너지소비량의 증가를 고려하면, 이 잔존매장량이 석유수요를 조달하는데는 수십년 정도로 추정되어, 에너지 주역으로서의 석유도 21세기 전반에는 고갈될 것으로 추정된다.

[석유정제법]

원유를 그대로 연료로서 사용하기도 하지만, 대부분은 이것을 정제하여 각종 석유제품으로 만든다.

<원유의 종류>

정유공정은 나라마다 또는 정유소마다 다르지만 가장 일반적인 정유공정은 [그림 3]과 같다. 우선 원유의 수분이나 불순물이 제거된 후에 상압증류에 의해 증류가스·나프타·등유·경유의 각 유분(溜分)으로 분류되고, 유출되지 않은 끓는점이 높은 유분은 상압잔유(常壓殘油)가 된다. 이 원유의 상압증류방법을토핑(topping)이라 한다. 원유는 파이프식 가열로(加熱爐) 속의 파이프로 고속으로 지나 350℃ 정도의 온도로 가열된 후, 정류탑의 하단에 분사송입(噴射送入)된다.

정류탑은 강제(鋼製)의 높은 탑으로, 탑 안에는 수십 만의 트레이(tray, 단)가 있고, 높은 트레이일수록 온도가 낮게 유지되어 끓는점이 낮은 성분이 상단의 트레이에 응축된다. 트레이의 구조는 포종형(泡鐘型;bubble―cap type)과 벌브형(bulbtype) 등 여러 가지가 있지만, 현재는 벌브형트레이가 주로 쓰이며, 여기에는 응축액을 지탱하기 위한 벌브형의 뚜껑이 달린 다수의 레이저(raiser, 구멍)가 있다.

정류탑의 하단에서 상승하는 유증기(油蒸氣)는 레이저를 지나 벌브를 밀어올리고 트레이 위의 응축액을 빠져나간다. 이러한 기체·액체 접촉에 의해 각 트레이 위에는 그 높이에 따라 끓는점 범위가 다른 유분이 응축되어 연속적으로 정류가 이루어진다. 탑 안에서 응축되지 않은 증류가스 및 최저 끓는점의 유분인 나프타는 탑 꼭대기에서 유증기로서 유출되어 냉각·응축된다. 등유·경유 등 중간 유분은 각각 탑 안의 적당한 높이의 트레이에서 측류(側流)로서 뽑아낸다. 또한 탑 안에서 기화되지 않은 최고 끓는점의 유분은 상압잔유로서 탑 바닥에서 추출된다.

보통 나프타는 경질나프타와 중질나프타로 분류되며, 경유도 중질분을 중질경유로 나눌 때가 많다. 각 유분의 분류온도(끓는점 범위)는 대체로 경질나프타 약 25∼100℃, 중질나프타 약 80∼200℃, 등유 약 150∼270℃, 경유 약 200∼350℃, 중질경유 약 300∼350℃, 상압잔유 약350℃ 이상이다. 각 분류온도는 엄밀하게 말해 일정한 것은 아니며, 원유의 종류, 각 정유소의 생산계획 등에 따라 각각의 제품 규격에 적합한 범위 내에서 조정된다.

또한 정류탑의 측류로서 얻어지는 등유·경유 등의 중간유분은 트레이 위에서 항상 끓는점이 낮은 성분의 증기와 접촉하고 있기 때문에 그 일부가 용해되나, 이 상태에서는 정류가 불완전하므로 이것을 일단 스트리퍼에 통과시켜 수증기를 불어넣고, 용존 저비등점 성분을 증발시켜 이것을 트레이의 1단으로 되돌려 보낸다. 이 조작을 스트리핑(stripping)이라고 한다. 원유의 상압증류로 얻어지는 상압잔유는 주로 중유 제조재료로 사용되지만, 일부는 이것을 더욱 감압증류하여 윤활유·아스팔트·파라핀왁스 등으로 만든다.

상압잔유의 증류를 감압하에서 실시하는 이유는 그 상태에서 더욱 고온으로 증류하면 열분해되어버리기 때문이며, 일반적으로 10∼100㎜Hg 정도로 감압한다. 감압증류장치는 감압계통이 부속되어 있는 것 외에는 원유의 상압증류장치와 유사하며, 주요부는 파이프식 가열로와 감압정류탑으로 구성되어 있다. 감압하에서 각성분의 끓는점이 저하하는 것을 제외하면, 정류의 원리는 상압증류와 같다. 이 경우 탑 꼭대기에서는 감압경유(중질경유)가, 탑의 측면에서는 트레이의 높이에 따라 3∼4종의 각종 점성도의 윤활유 유분이 유출되며, 탑 바닥에서는 아스팔트가 추출된다.

탑 측류의 각종 유분은 상압증류의 경우와 같이 스트리퍼를 통과시켜 스트리핑한다. 또한 윤활유 등의 제조 외에도 접촉분해 원료유로서 감압경유의 분취(分取)나, 중유의 간접탈황법의 전처리(前處理)로서 상압잔유의 감압증류가 실시된다. 이상과 같은 원유의 상압증류 및 상압잔유의 감압증류에 따른 분별증류로 모든 연료유·윤활유 등의 소재를 얻을 수 있으며, 이것을 다양한 제조공정으로 보내 각종 석유제품이 제조된다.

[각종 석유제품의 제조와 용도]

석유제품이란 석유나 천연가스를 원료로 하여 생산되는 각종연료유나 윤활유를 말한다.

<가솔린>

가솔린은 석유제품 중에서도 가장 복잡한 공정을 거치는 것으로서, 주로 자동차용 가솔린의 제조가 중심이 된다. 자동차용 가솔린은 옥탄가가 높은 이소파라핀이나 방향족 탄화수소를 주성분으로 해야 하는데 원유 중의 가솔린 유분에 해당하는 나프타는 옥탄가가 낮은 노르말파라핀이나 나프텐탄화수소가 주성분이어서 그대로는 가솔린으로 사용할 수 없다.

보통 자동차용 가솔린은 리포밍가솔린·접촉분해가솔린·직류경질가솔린·수소화분해가솔린·열분해가솔린·이성질화가솔린·알킬레이트 등 각종제법에 의한 가솔린을 적당히 배합하여 조제한다. 리포밍가솔린은 백금―레늄촉매에 의해 중질나프타를 접촉리포밍하여 그 화학구조를 변화시킨 고옥탄가 가솔린으로, 자동차용 가솔린의 주된 재료로서 사용된다. 그 주요 반응은 나프텐탄화수소의 탈수소에 따른 방향족화로, 방향족 탄화수소를 다량 함유한다.

접촉분해가솔린은 제올라이트계 또는 실리카―알루미나 촉매에 의해 중질경유(감압경유)를 촉매적으로 열분해하여 얻어지는 고옥탄가 가솔린으로 이소파라핀과 이소올레핀이 풍부하며, 리포밍가솔린 다음으로 자동차용 가솔린의 주재료로 사용된다. 직류경질가솔린은 나프타 유분 중에서 비교적 옥탄가가 높은 경질나프타를 스위트닝(악취 산성물질인 메르캅탄류의 제거) 또는 수소화정제에 의해 정제한 가솔린으로, 단독으로는 옥탄가의 부족으로 사용할 수 없으며, 고옥탄가 가솔린의 배합제로서 사용된다.

<액화석유가스>

원유의 증류가스, 접촉리포밍·접촉분해·수소화분해 등에 부생하는 가스로부터 가스 회수장치에 의해 프로판과 부탄을 위주로 하는 액화석유가스(LPG)가 회수되어 가정용 연료로 사용된다. 프로판과 부탄은 노르말파라핀이지만, 분자량이 작기 때문에 비교적 옥탄가가 높아 자동차용 연료로서 사용된다.

<등유·경유>

등유는 주로 난방용·가정용 연료로 사용되며, 경유는 디젤자동차 외에 철도·선박 등의 소형고속디젤기관의 연료로서 사용되는데, 제조법은 가솔린에 비하면 간단하다. 정제의 주목적은 공해가 되는 유해성분인 황의 제거로, 수소화정제가 이용된다. 수소화정제는 수소 가압하에서 코발트―몰리브덴계의 촉매에 의해서 황·산소·질소화합물을 선택적으로 분해·제거하는 조작으로 경질직류 가솔린의 정제에도 응용되고 있다.

<제트연료>

제트기용 제트연료는 정확하게는 항공터빈연료유라고 하며, 이것에는 등유형과 나프타형이 있다. 등유형은 등유유분을, 나프타형은 중질나프타유분을 위주로 하는 것으로, 이러한 것들을 수소화정제하고 조합하여 제조된다. 제트연료는 발열량이 높고 안정한 연료이며, 옥탄가와는 관계가 없다.

<중유>

중유는 상압잔유와 중질경유의 혼합에 의해 조제된다. 중유의 탈황은 어려워서 과거에는 정제하지 않고 사용하였지만, 현재는 모두 탈황처리를 한다. 중유 배합용 중질경유는 수소화정제에 의해 탈황되지만, 상압잔유도 배합 전에 수소화탈황을 한다. 수소화탈황의 원리는 등유·경유의 수소화정제와 같지만, 촉매에는 주로 니켈―몰리브덴계가 사용된다. 이때의 탈황법을 직접탈황법이라 한다.

상압잔유는 황성분이 많을 뿐만 아니라, 촉매를 오염시키는 아스팔트분 및 금속화합물을 함유하고 있기 때문에, 일반적인 수소화정제보다도 훨씬 어려워 매우 까다로운 조건과 다량의 촉매 사용이 따른다. 이러한 어려움을 피하기 위해 상압잔유의 감압증류에 의해 감압잔유(아스팔트분)를 제거한 유출유를 등유·경유와 같이 수소화정제한 후, 감압잔류와 합하는 방법이 이용된다. 이러한 방식을 간접탈황법이라고 한다.

<윤활유>

윤활유는 모든 기계의 마찰을 감소시킬 목적으로 사용되며, 용도에 따라 매우 다양한 제품이 있다. 이러한 제품들은 상압잔유의 감압증류로 얻어진 각 윤활유 유분으로부터 점성도 및 정제도가 다른 재료유를 제조하여, 이것을 적당히 조합해 다양한 제품으로 만든다. 일반윤활유용의 재료유는 각 유분의 용제탈납(溶劑脫蠟) 및 백토처리(白土處理)에 의해서 정제된다. 용제탈납은, 메틸에틸케톤·액화프로판 등 왁스 성분을 용해하기 어려운 용제를 말하는데, 원료유를 처리, 냉각하여 응고점이 높은 왁스 성분을 석출시키는 방법이며, 이 방법에 의해 파라핀왁스가 부생한다.

백토처리는 산화되기 쉬운 불안정한 성분을 활성 백토로 흡착한 후에 제거하는 것이다. 또한 점성도 지수가 높고 안정성도 좋아야 하는 내연기관용 윤활유 등 고급윤활유의 재료유는 탈납 전에 용매추출하여, 이러한 성질이 뒤떨어지는 나프텐성이 높은 성분을 제거한다. 용제로서는 나프텐성분을 용해하기 쉬운 페놀·푸르푸랄 등이 주로 사용되며, 제거된 나프텐성분은 중유 조합용으로 사용된다.

또한 고급윤활유에서는 백토처리 대신에 수소화정제에 의한 불안정 성분의 제거를 하는 경우가 많다. 윤활유에는 용도에 따라 산화방지제·응고점강하제·점성도 지수향상제 등 각종 첨가제가 적당히 가해진다. 또한 윤활재료유와 금속비누의 혼합에 의해 그리스가 제조되며, 점성도가 낮은 윤활유 유분을 고도로 정제하여 무색투명한 유동파라핀이 제조된다.

<그 외의 석유제품>

이 밖에 석유정제에서는 중질석유 유분을 과하게 열분해하는 코킹법이 실행되어 전극재료와 야금용 탄소재료로서의 석유코크스를 제조하며, 이때 열분해가솔린·분해경유가 부생한다. 또한 감압잔유로부터는 포장재·방수제로서의 아스팔트가 제조된다.

[한국의 석유개발사업]

석유산업은 석유개발을 담당하는 상류부문(上流部門)과 이의 수송·정제·판매를 담당하는 하류부문(下流部門)으로 분류할 수 있는데, 한국에서는 하류부문의 석유산업이 주를 이룬다. 상류부문은 석유사업 중에서 가장 이익이 많은 부문이나, 아직 한국의 기술수준이 미약하여 해외석유개발시 단순지분참여에 그치고 있으며, 국내대륙붕탐사에서도 외국회사에 많이 의존하고 있는 형편이다.

현재 석유탐사는 주로 대륙붕지역에서 실시되고 있으나 과거에는 경상도 일원과 전라도의 화원반도 등의 내륙지역에서도 실시되었다. 특히 1976년에는 포항분지에서 미국 회사가 12개공 시추를 실시하여 소량의 천연가스와 원유를 발견하였으나 경제성이 없는 것으로 밝혀져 실패하였으며, 화원반도 역시 경제성이 없는 것으로 밝혀졌다. 현재 한국의 석유개발사업은 국내대륙붕탐사와 해외유전개발에 주력하고 있다.

1968년 한반도 연안의 물리탐사 결과 서해·남해의 대륙붕에 두꺼운 제 3 기 퇴적층이 광범위하게 분포되어 있음이 밝혀져, 이들 해역을 7개 광구로 나누어 1972년부터 1986년까지 외국회사와 함께 14개공의 탐사시추를 하였으나 실패하였다. 그러나 1987년 12월에는 대한석유공사에서 실시한 6광구시추에서 천연가스를 발견하여 현재 그 개발가능성이 검토되고 있다.

한국의 해외유전개발은 한국석유개발공사 및 민간기업에 의해 활발히 추진되고 있다. 해외유전개발의 효시는 인도네시아 서 마두라유전으로서 1981년 탐사가 시작되었고, 한국석유개발공사와 SK·현대·삼환 등이 기술제휴하여 참여하고 있는 초대형급 예멘 마리브유전에서도 좋은 성과를 얻고 있다. 이 외에 인도네시아·오스트레일리아·수단·콜롬비아·미얀마 등지에서도 탐사를 진행중이다. 이 가운데 미얀마 BLK―C광구는 국내업체들이 공개입찰에서 외국 메이저들을 물리치고 단독탐사권을 획득하였다.

[한국의 석유 도입과 소비현황]

국내소요 석유제품은 1964년부터 생산되기 시작하였으나 초기에는 자본과 기술 부족으로 국제석유자본들과 합작투자관계를 맺었다. 그러나 석유파동 이후 안정된 원유 공급을 위해 외국 메이저를 통한 원유도입량을 대폭 감소시켰으며, 산유국과 직접 거래 및 원유도입선 다변화를 꾀하였다. 현재 SK·LG정유 등의 회사가 원유 도입·정제·비축과 석유제품 판매·수출을 담당하고 있다. 한국의 연간 원유도입량은 약 7억 2192만 배럴 정도이다(1996).

이 중 중동으로부터 들여오는 원유가 약 40%로 제일 큰 비중을 차지하고 있으나 70년대의 100%에 비해 동남아시아·아프리카 등으로 원유도입선이 다변화되었음을 알 수 있다. 96년 현재 국내 소비에너지 중 석유가 약 60%를 차지하고 있는데, 경유·벙커―C유·등유·휘발유의 차례로 소비량이 많으며, LPG 소비량도 꾸준히 증가하고 있다. 앞으로는 LNG 등 고급연료의 사용으로 석유 수요는 크게 증가하지 않을 것으로 보인다. 석유는 발열량이 높고 깨끗이 연소되며 특히 석유화학공업에서 중요하지만 연소시 발생하는 유해가스와 석유화학공업에서 발생되는 산업폐기물 처리가 큰 환경문제로 대두되고 있다. 따라서 이의 해결을 위한 저황유(低黃油)와 무연가솔린 사용 등 그 대책이 강구되고 있다.

<이승재>

출전 : [한메디지탈세계대백과 밀레니엄], 한메소프트, 1999
   
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