등유

<시간 />

배경

등유는 일반적으로 연료 또는 용매로 사용되는 유분입니다. 이것은 302°F ~ 527°F(150°C ~ 275°C)에서 끓는 탄화수소 혼합물로 구성된 얇고 투명한 액체입니다. 등유는 석탄, 오일 셰일 및 목재에서 추출할 수 있지만 주로 정제된 석유에서 추출됩니다. 등유는 전등이 대중화되기 전 기름등에 널리 사용되었으며 가장 중요한 정유 제품 중 하나였습니다. 오늘날 등유는 주로 난방유, 제트 엔진의 연료 및 살충제 스프레이 용제로 사용됩니다.

연혁

석유 부산물은 고대부터 접착제 및 방수제로 사용되었습니다. 2,000여 년 전에 아라비아 과학자들은 석유를 증류하여 특수한 목적에 사용할 수 있는 개별 구성 요소로 만드는 방법을 탐구했습니다. 새로운 용도가 발견되면서 석유 수요가 증가했습니다. 등유는 1853년 Abraham Gesner에 의해 발견되었습니다. 영국의 의사 Gesner는 왁스 같은 석유 혼합물인 아스팔트에서 가연성 액체를 추출하는 공정을 개발했습니다. 등유라는 용어는 사실 왁스를 뜻하는 그리스어에서 파생되었습니다. 때때로 철자가 케로신 또는 케로시엔이며 아스팔트 기원 때문에 석탄 오일이라고도 합니다.

등유는 전기 조명 이전 시대에 중요한 상품이었고 대규모 상업적 규모로 화학적으로 추출된 최초의 물질이었습니다. 등유 및 기타 석유 제품의 대량 정제는 실제로 미국에서 석유가 발견된 1859년에 시작되었습니다. 전체 산업은 석유 시추 및 정제 기술을 개발하기 위해 진화했습니다. 등유는 1890년대 후반에서 1900년대 초반까지 계속해서 가장 중요한 정유 제품이었습니다. 1920년대에는 내연기관의 인기가 높아짐에 따라 가솔린을 능가했습니다. 등유는 오일 램프가 사라진 후 다른 용도로 사용되었으며 오늘날에는 주로 주거용 난방 및 연료 첨가제로 사용됩니다. 1990년대 후반에 등유의 연간 생산량은 미국에서만 약 10억 갤런(38억 1)으로 증가했습니다.

원자재

등유는 지구 깊숙한 곳에서 발견되는 석유 화학 물질의 혼합물에서 추출됩니다. 이 혼합물은 사암과 탄산염 암석의 다공성 층으로 만들어진 지하 저수지의 기름, 암석, 물 및 기타 오염 물질로 구성됩니다. 오일 자체는 초기 지질 시대의 퇴적물과 함께 묻힌 부패한 유기체에서 파생됩니다. 수천만 년에 걸쳐 이 유기 잔류물은 디아제네시스(diagenesis)와 카타젠시스(catagensis)로 알려진 한 쌍의 복잡한 화학적 과정을 통해 석유로 전환되었습니다. 50°C(122°F) 미만에서 발생하는 디아제네시스는 미생물 활동과 탈수, 축합, 고리화 및 중합과 같은 화학 반응을 모두 포함합니다. 촉매 작용은 122°F ~ 392°F(50°C ~ 200°C)에서 발생하며 열 촉매 분해, 탈카르복실화 및 수소 불균등화를 포함합니다. 이러한 복잡한 반응의 조합은 석유로 알려진 탄화수소 혼합물을 생성합니다.

제조
프로세스

원유 회수

<울>

1 등유 제조의 첫 번째 단계는 원유를 수집하는 것입니다. 대부분의 석유 공급은 지하 깊숙이 묻혀 있으며 석유를 지표로 가져오는 데 사용되는 세 가지 주요 유형의 시추 작업이 있습니다. 케이블 도구 드릴링(Cable-Tooled Drilling)이라는 한 가지 방법은 착암기 끌을 사용하여 암석과 흙을 제거하여 지표면 바로 아래에 있는 석유 매장지에 도달하기 위한 터널을 만드는 것을 포함합니다. 두 번째 공정인 로터리 드릴링은 훨씬 더 깊은 지하에 있는 석유 저장고에 도달하는 데 사용됩니다. 이 프로세스는 회전하는 강철 비트가 있는 드릴 파이프를 땅에 가라앉혀야 합니다. 이 회전 드릴은 빠르게 회전하여 흙과 암석을 분쇄합니다. 세 번째 드릴링 프로세스는 Off Shore Drilling이며 대형 해양 플랫폼을 사용하여 샤프트를 해저로 내립니다.

2 이러한 시추 과정 중 하나가 지하 저수지에 침투하면 용해된 탄화수소 가스가 원유를 표면으로 밀어 올리면서 간헐천이 분출됩니다. 이 가스는 유정에서 약 20%의 기름을 배출합니다. 그런 다음 물을 우물로 펌핑하여 더 많은 기름을 씻어냅니다. 이 플러싱 과정은 매장된 기름의 약 50%를 회수할 것입니다. 물에 계면 활성제를 추가하면 더 많은 오일을 회수할 수 있습니다. 그러나 가장 엄격한 세척에도 지하에 갇힌 기름을 100% 제거하는 것은 여전히 ​​불가능합니다. 회수된 원유는 대형 저장 탱크로 펌핑되어 정제 현장으로 운송됩니다.

3 기름을 채취한 후 가스, 물, 먼지와 같은 심한 오염 물질을 제거합니다. 탈염은 유전과 정유 현장 모두에서 수행할 수 있는 하나의 정화 작업입니다. 기름을 씻은 후 기름에서 물이 분리됩니다. 원유의 특성을 평가하여 원유에서 가장 잘 추출할 수 있는 석유 제품을 결정합니다. 관심의 주요 속성에는 밀도, 황 함량 및 탄소 사슬 분포와 관련된 오일의 기타 물리적 속성이 포함됩니다. 원유는 서로 섞일 수 있는 여러 탄화수소 물질의 조합이기 때문에 등유로 전환되기 전에 구성 요소로 분리되어야 합니다.

분리

<울>

4 증류는 원유를 가열하여 구성 요소를 분리하는 분리 공정의 한 유형입니다. 이 과정에서 오일 스트림은 가열되는 증류탑의 바닥으로 펌핑됩니다. 혼합물의 더 가벼운 탄화수소 성분은 컬럼의 상단으로 올라가고 대부분의 고비점 분획은 하단에 남습니다. 컬럼 상단에서 이 가벼운 증기는 응축기에 도달하여 냉각하고 액체 상태로 되돌립니다. 더 가벼운 오일을 분리하는 데 사용되는 컬럼은 대기압만 필요하기 때문에 높이와 두께가 비례합니다(높이가 최대 35미터). Tall distillation column은 고비점 화합물이 컬럼 상단에 도달하기 전에 응축되는 데 더 많은 시간을 허용하기 때문에 탄화수소 혼합물을 보다 효율적으로 분리할 수 있습니다.

더 무거운 오일 분획 중 일부를 분리하려면 증류탑을 대기압의 약 1/10(75mmHg)에서 작동해야 합니다. 이 진공 컬럼은 압력 변동을 제어하는 ​​데 도움이 되도록 매우 넓고 짧게 구조화됩니다. 직경이 40피트(12m)를 넘을 수 있습니다.

5 응축된 액체 분획은 별도로 수집할 수 있습니다. 302°F ~ 482°F(150°C ~ 250°C) 사이에서 수집되는 분획은 등유입니다. 이에 비해 가솔린은 30°C ~ 210°C(86°F ~ 410°F)에서 증류됩니다. 증류된 등유를 컬럼을 통해 여러 번 재활용함으로써 순도를 높일 수 있습니다. 이 재활용 과정을 환류라고 합니다.

정화

<울>

6 오일이 분획으로 증류되면 등유를 생성하기 위해 일련의 화학 반응기에서 추가 처리가 필요합니다. 촉매 개질, 알킬화, 촉매 분해 및 수소화 처리는 등유 전환에 사용되는 주요 처리 기술의 네 가지입니다. 이러한 반응은 탄화수소 골격에서 탄소 원자를 추가하거나 제거하여 탄소 사슬 분포를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이러한 반응 과정은 원유 분획을 별도의 용기로 옮기는 것과 관련되어 화학적으로 등유로 전환됩니다.

7 등유가 반응하면 오일의 연소 특성에 영향을 줄 수 있는 2차 오염 물질을 제거하기 위해 추가 추출이 필요합니다. 벤젠과 같은 탄소 고리 구조인 방향족 화합물은 제거해야 하는 오염 물질의 한 종류입니다. 대부분의 추출 공정은 대형 타워에서 수행됩니다. 등유의 증류 과정. 등유와 추출 용매 사이의 접촉 시간을 최대화합니다. 용매는 불순물의 용해도에 따라 선택됩니다. 즉, 화학적 불순물은 등유보다 용매에 더 잘 용해됩니다. 따라서 등유가 탑을 통해 흐르면 불순물이 용매 상으로 유입되는 경향이 있습니다. 오염 물질이 등유에서 제거되면 용매가 제거되어 등유가 더 정제된 상태로 남습니다. 다음 추출 기술은 등유를 정제하는 데 사용됩니다.

Udex 추출 공정은 1970년대에 미국에서 인기를 얻었습니다. 그것은 용매로 글리콜로 알려진 화학 물질 종류를 사용합니다. 디에틸렌 글리콜과 테트라에틸렌 글리콜은 모두 방향족 화합물에 대한 친화력이 높기 때문에 사용됩니다.

Sulfolane 공정은 1962년 Shell 회사에 의해 만들어졌으며 40년이 지난 후에도 여전히 많은 추출 장치에서 사용됩니다. 이 공정에서 사용되는 용매를 설포란(sulfolane)이라고 하며, 유덱스 공정에서 사용하는 글리콜계보다 효율이 좋은 강한 극성 화합물이다. 그것은 더 큰 열용량과 더 큰 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 등유 정화를 돕기 위해 회전 디스크 계약자로 알려진 장비를 사용합니다.

Lurgi Arosolvan 공정은 오염 물질에 대한 용매의 선택성을 증가시키는 물 또는 글리콜과 혼합된 N-메틸-2-피롤리디논을 사용합니다. 이 프로세스에는 직경이 최대 20피트(6m)이고 높이가 116피트(35m)인 다단계 추출 타워가 포함됩니다.

디메틸 설폭사이드 공정은 방향족 오염 물질에 대한 용매의 선택성을 증가시키는 두 가지 별도의 추출 단계를 포함합니다. 이를 통해 더 낮은 온도에서 이러한 오염 물질을 추출할 수 있습니다. 또한, 이 공정에 사용되는 화학물질은 독성이 없고 비교적 저렴합니다. 그것은 직경이 최대 10피트(3m)인 Kuhni 기둥으로 알려진 특수 기둥을 사용합니다.

Union Carbide 공정은 용매인 테트라에틸렌 글리콜을 사용하고 두 번째 추출 단계를 추가합니다. 다른 글리콜 공정보다 다소 번거롭습니다.

Formex 공정은 N-포르밀 모르폴린과 소량의 물을 용매로 사용하며 다양한 탄화수소 재료에서 방향족을 추출할 수 있을 정도로 유연합니다.

산화 환원 공정(Recycle Extract Dual Extraction)은 디젤 연료로 사용되는 등유에 사용됩니다. 방향족 오염 물질을 선택적으로 제거하여 연료의 옥탄가를 향상시킵니다. 이러한 공정에 의해 생산되는 저방향족 등유는 항공 연료 및 기타 군사 용도에 대한 수요가 높습니다.

최종 처리

<울>

8 추출이 완료되면 정제된 등유를 탱크에 저장하여 선적합니다. 등유가 상업용으로 포장된 시설로 탱크 트럭으로 배달됩니다. 산업용 등유는 대형 금속 탱크에 저장되지만 상업적 용도로 소량 포장될 수 있습니다. 등유는 가스가 아니며 가압 저장 용기가 필요하지 않기 때문에 금속 용기를 사용할 수 있습니다. 그러나 가연성으로 인해 유해 물질로 취급되어야 합니다.

품질 관리

증류 및 추출 공정은 완전히 효율적이지 않으며 등유 생산을 최대화하기 위해 일부 공정 단계를 반복해야 할 수 있습니다. 예를 들어, 전환되지 않은 탄화수소 중 일부는 추가 증류에 의해 분리되고 전환기로의 또 다른 통과를 위해 재순환될 수 있습니다. 여러 차례의 반응 시퀀스를 통해 석유 폐기물을 재활용함으로써 등유 생산의 품질을 최적화할 수 있습니다.

제품/폐기물별

등유로 전환될 수 없는 나머지 석유 분획의 일부는 윤활유와 같은 다른 용도에 사용될 수 있습니다. 또한 정제 과정에서 추출된 일부 오염 물질은 상업적으로 사용할 수 있습니다. 여기에는 파라핀과 같은 특정 방향족 화합물이 포함됩니다. 등유 및 기타 석유 부산물에 대한 사양은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 및 API(American Petroleum Institute)에서 설정합니다.

미래

등유의 미래는 새로운 용도의 발견과 새로운 생산 방법의 개발에 달려 있습니다. 새로운 용도에는 디젤 연료의 대부분을 등유 기반 제트 연료인 JP-8로 대체하기 위해 고급 등유에 대한 군사 수요 증가가 포함됩니다. 디젤 연료 업계도 저유황 디젤 연료에 등유를 첨가하여 추운 날씨에 겔화되는 것을 방지하는 새로운 공정을 모색하고 있습니다. 상업용 항공기는 새로운 저미스트 등유를 생성하여 제트 연료 폭발의 위험을 줄임으로써 이점을 얻을 수 있습니다. 주거 부문에서는 화재로부터 더 나은 보호를 제공하는 새롭고 개선된 등유 히터가 수요를 증가시킬 것으로 예상됩니다.

등유 및 그 부산물에 대한 수요가 증가함에 따라 등유를 정제하고 추출하는 새로운 방법이 더욱 중요해질 것입니다. ExxonMobil이 개발한 새로운 방법 중 하나는 등유에서 고순도 노르말 파라핀을 저비용으로 추출하는 방법입니다. 이 공정은 오염 물질을 매우 효율적으로 흡수하는 암모니아를 사용합니다. 이 방법은 증기상 고정층 흡착 기술을 사용하며 순도 90% 이상의 높은 수준의 파라핀을 생성합니다.

자세히 알아보기

책

Kirk Othmer 화학 기술 백과사전. 권. 18. John Wiley and Sons, 1996.

정기간행물

코브스키, 앨런. "새로운 등유법이 시작됩니다." 오일 데일리 48(1998).

"파라핀, 정상." 탄화수소 처리 80(2001):116.

랜디 슐러