우리가 주유소에서 넣는 휘발유는 어디서 만들어질까?
많은 사람들은
"원유를 정제하면 휘발유가 나오는 것 아닌가?"
정도로 생각한다.
하지만 실제 정유공장에서는 생각보다 훨씬 복잡한 과정이 진행된다.
놀랍게도 정유공장은 원유를 화학적으로 분해하기 전에 먼저 끓이는 작업부터 시작한다.
그리고 이 과정에서
- LPG
- 나프타
- 휘발유
- 등유
- 항공유
- 경유
- 중유
가 서로 분리된다.
오늘은 원유가 어떻게 휘발유가 되는지 정유공장의 핵심 공정을 쉽게 알아보자.
원유는 하나의 물질이 아니다
많은 사람들이 원유(Crude Oil)를 하나의 액체라고 생각한다.
하지만 원유는 수천 종 이상의 탄화수소가 섞여 있는 혼합물이다.
쉽게 말하면
여러 종류의 액체가 한 통 안에 섞여 있는 상태
라고 생각하면 된다.
문제는 각각의 성분이 서로 다른 온도에서 끓는다는 점이다.
정유공장은 바로 이 특성을 이용한다.
첫 번째 단계 : 원유를 끓인다
정유공장에 들어온 원유는 먼저 Fired Heater에서 약 350~370℃까지 가열된다.
생각보다 온도가 매우 높다.
이렇게 뜨거워진 원유는 정유공장의 상징이라고 할 수 있는 거대한 증류탑(Distillation Column)으로 들어간다.
증류탑의 높이는 보통 40~60m에 달한다.
아파트 15~20층 높이와 비슷하다.
두 번째 단계 : 끓는점 차이로 분리한다
증류탑 내부는 아래쪽이 뜨겁고 위쪽으로 갈수록 온도가 낮아지는 구조로 되어 있다.
가열된 원유가 증류탑으로 들어오면 각 성분은 끓는점 차이에 따라 이동한다. 끓는점이 낮은 가벼운 성분은 위쪽으로 올라가고, 끓는점이 높은 무거운 성분은 아래쪽에 남는다.
원유 속에는 LPG, 나프타, 등유, 경유, 중유 등 다양한 탄화수소 성분이 섞여 있으며, 이들은 각각 끓는점이 다르다. 따라서 상승하던 증기는 자신의 끓는점에 해당하는 온도 구간에서 액체로 응축되고, 그 결과 끓는점이 낮은 성분은 증류탑 상부에서, 끓는점이 높은 성분은 하부에서 분리되어 수집된다.
이 원리는 찜질방에서 뜨거운 공기가 위로 올라가 천장 쪽이 더 덥고, 아래쪽이 상대적으로 시원하게 느껴지는 현상과 비슷하다고 이해할 수 있다.
그런데 휘발유는 생각보다 적게 나온다
여기서 흥미로운 사실이 있다.
원유를 단순히 증류만 하면
실제로는 휘발유가 그렇게 많이 나오지 않는다.
반대로 중질유(Heavy Oil)는 많이 남는다.
하지만 현대 사회는
- 휘발유
- 항공유
- 경유
수요가 훨씬 크다.
그래서 정유공장은 추가 공정을 이용한다.
세 번째 단계 : 무거운 기름을 잘게 부순다
정유공장의 진짜 기술은 여기서 시작된다.
무거운 중질유를 분해해 더 가치가 높은 제품으로 바꾸는 것이다.
대표적인 공정이
- FCC (Fluid Catalytic Cracking)
- Hydrocracker
이다.
쉽게 말하면
긴 탄화수소 사슬을 잘게 잘라
휘발유와 경유를 더 많이 만드는 과정이다.
네 번째 단계 : 품질을 높인다
분해된 제품이 바로 주유소로 가는 것은 아니다.
추가 공정을 통해
- 황 제거
- 환경규제 충족
과정을 거친다.
대표적으로
- Reforming
- Hydrotreating
공정이 사용된다.
이 과정을 거쳐야 자동차 엔진에서 사용할 수 있는 고품질 휘발유가 된다.
최종적으로 무엇이 만들어질까?
정유공장은 단순히 휘발유만 생산하는 곳이 아니다.
원유 한 배럴에서
- LPG
- 휘발유
- 항공유
- 등유
- 경유
- 윤활기유
- 나프타
- 석유화학 원료
등 다양한 제품이 생산된다.
실제로 석유화학 공장에서 사용하는 플라스틱 원료 상당수도 정유공장에서 나온다.
정유공장의 핵심은 증류가 아니라 전환(Conversion)
많은 사람들이
"정유공장은 원유를 끓여서 분리하는 곳"
이라고 생각한다.
물론 증류는 첫 단계다.
하지만 현대 정유공장의 경쟁력은
얼마나 효율적으로 중질유를 휘발유와 경유로 바꾸느냐에 달려 있다.
그래서 FCC, Hydrocracker와 같은 전환 공정이 정유공장의 핵심 기술로 평가받는다.
마무리
원유는 처음부터 휘발유가 아니다.
정유공장에서는
- 원유를 가열하고
- 증류탑에서 분리하고
- 무거운 기름을 분해하고
- 품질을 개선하는
과정을 거쳐 우리가 사용하는 휘발유가 만들어진다.
주유소에서 휘발유를 넣을 때마다
"이 연료가 사실은 수천 종의 성분이 섞인 원유에서 시작된 것"이라고 생각하면 정유공장이 조금 다르게 보일지도 모른다.
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