프로판

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배경

프로판은 3개의 탄소 원자와 8개의 수소 원자로 구성된 자연 발생 가스입니다. 오랜 시간 동안 유기물이 분해 및 반응하여 다양한 기타 탄화수소(예:원유, 부탄, 가솔린)와 함께 생성됩니다. 프로판은 지구 깊숙한 유전에서 방출된 후 다른 석유화학제품과 분리되어 상업적 용도로 정제됩니다. 프로판은 상대적으로 낮은 압력에서 액체로 전환되는 능력으로 알려진 액화 석유 가스(LPG)로 알려진 물질 종류에 속합니다. 액체로서 프로판은 기체보다 270배 더 조밀하여 사용할 준비가 될 때까지 액체로 쉽게 운반하고 저장할 수 있습니다. 미국에서 연간 약 150억 갤런(570억 L)의 프로판이 연료 가스로 소비됩니다. 가장 큰 소비자는 프로판을 화학 중간체 및 에어로졸 추진제로 사용하는 화학 및 제조 산업이며, 그 다음은 난방용, 건조기 및 휴대용 그릴에 프로판을 사용하는 주거용 가정 및 상업 시설입니다.

석유 제품의 가치는 5,000년 이상 거슬러 올라가는 문서화된 사용 사례와 함께 문명 세계에서 오랫동안 인식되어 왔습니다. 고대 메소포타미아인들은 석조 및 벽돌용 코킹, 보석용 접착제를 포함하여 많은 용도에 석유 유래 타르 유사 화합물을 사용했습니다. 약 2,000년 전에 아라비아 과학자들은 석유 화학의 기본 신조 중 하나를 배웠습니다. 즉, 끓는점에 따라 증류되거나 다른 부분 또는 분획으로 분리될 수 있으며 각 분획에는 고유한 특성이 있다는 것입니다.

현대의 정제 시대는 1859년 펜실베니아에서 석유가 발견되고 Sennaca Oil Company가 그곳에서 최초의 유정을 시추하면서 시작된 것으로 간주됩니다. 70피트(21.2m) 깊이에서 세계 최초의 유정은 첫해에 거의 300톤(305미터톤)의 석유를 생산했고, 따라서 전체 산업이 탄생했습니다. 프로판은 1910년 피츠버그 자동차 소유자가 화학자 월터 스넬링 박사에게 그가 구입한 휘발유 1갤런이 집에 도착했을 때 절반이 된 이유를 물었을 때 석유의 중요한 구성 요소로 처음 인식되었습니다. 자동차 소유자는 휘발유가 빠르고 값비싼 속도로 증발하기 때문에 소비자가 속는 이유를 정부가 조사해야 한다고 생각했습니다. Snelling은 액체 가솔린의 상당 부분이 실제로 프로판, 부탄 및 기타 탄화수소로 구성되어 있음을 발견했습니다. 스넬링은 오래된 온수기의 코일과 기타 실험실 장비를 사용하여 가솔린을 액체와 기체 성분으로 분리할 수 있는 증류기를 만들었습니다. 스넬링 시대부터 화학자들은 프로판 및 기타 LPG 처리 기술에서 엄청난 발전을 이루었습니다. 오늘날 프로판 가스 제조는 미국에서 80억 달러 규모의 산업입니다.

원자재

프로판은 천연 성분이기 때문에 다른 원료로 "만들어진" 것이 아닙니다. 대신, 그것은 지구 깊숙한 석유 화학 혼합물에서 "발견"됩니다. 이러한 석유 혼합물은 말 그대로 다양한 탄화수소가 풍부한 유체의 조합인 암석 오일입니다. 사암과 탄산염 암석의 다공성 층으로 만들어진 지하 저수지에 축적됩니다. 석유는 초기 지질 시대의 퇴적물과 함께 묻힌 다양한 생물에서 파생됩니다. 유기체는 산소 없이 암석층 사이에 갇혀 완전히 분해되거나 산화되지 않았습니다. 대신, 수천만 년에 걸쳐 잔류 유기 물질이 디아제네시스(diagenesis)와 카타제네시스(catagenesis)라는 두 가지 주요 과정을 통해 프로판이 풍부한 석유로 전환되었습니다. 유기 "수프"가 탈수, 축합, 고리화 및 중합을 일으키는 미생물 작용(및 일부 화학 반응)을 겪을 때 디아제네시스가 50°C(122°F) 미만에서 발생합니다. 반면에 촉매 작용은 122-424°F(50-200°C)의 고온에서 발생하며 유기 물질이 열촉매 분해, 탈카르복실화 및 수소 불균등화를 통해 반응하도록 합니다. 이러한 복잡한 반응은 퇴적암에서 석유를 형성합니다.

제조
프로세스

프로판 제조에는 석유 공급원에서 가스를 분리하고 수집하는 작업이 포함됩니다. 프로판 및 기타 LPG는 석유의 천연 가스 상으로부터 분리 및 원유 정제의 두 가지 방법 중 하나로 석유화학 혼합물에서 분리됩니다.

품질 관리

위에서 설명한 것처럼 프로판은 몇 가지 예를 들면 메탄, 에탄, 에텐, 프로펜, 이소부탄, 이소부텐, 부타디엔, 펜탄 및 펜텐을 포함하는 복잡한 석유 화학 물질 혼합물에서 조심스럽게 분리해야 합니다. 이러한 불순물을 제거하지 않으면 프로판 또는 프로판과 부탄 혼합물이 제대로 액화되지 않습니다. 적절한 온도와 압력에서의 액화는 가스가 경제적으로 유용하기 위해 매우 중요합니다. 액화 가스 산업은 LPG 혼합물이 연료 가스로 사용하기에 적합한 것으로 간주되기 위해 준수해야 하는 표준화된 사양을 설정했습니다. 이러한 사양을 평가하기 위한 표준화된 테스트 방법론은 ASTM(American Society for Testing and Materials)에서 승인하고 발표했습니다. 예를 들어, "상업용 프로판"으로 알려진 LPG는 38°C(100°F)에서 최대 증기압이 200psig여야 하며 0.0017온스(0.05ml) 이하의 잔류 물질을 포함할 수 없습니다. 또한, 휘발성 잔류물의 허용량은 엄격하게 제한되며 가스는 구리 부식성, 휘발성 황 함량 및 수분에 대해 확립된 지침을 충족해야 합니다. 프로판과 부탄의 다른 혼합물은 약간 다른 목표 값을 가진 상업적으로 이용 가능합니다.

이러한 엄격한 품질 기준은 프로판을 환경적으로 매력적인 연료로 만듭니다. 사실, 파이프라인 표준을 충족하기 위해 프로판이 파이프라인에 유입되기 전에 거의 모든 오염 물질이 프로판에서 제거됩니다. 적절하게 조정되고 유지 관리되는 버너에 사용할 경우 프로판의 배출은 환경 보호국(EPA)에서 설정한 청정 공기 기준을 쉽게 충족합니다. 그들의 테스트는 프로판이 다른 탄화수소 에너지원보다 환경적으로 더 안전하며 적절하게 처리된 프로판이 가솔린보다 훨씬 깨끗한 자동차 연료로 사용될 수 있음을 입증했습니다. 연구에 따르면 가솔린에 비해 프로판 엔진은 오존 형성 가능성이 45%나 적습니다. 최근의 또 다른 EPA 연구 결과에 따르면 프로판은 새로운 연방 청정 대기 표준에 따라 총 탄화수소 배출량을 29% 감소시킵니다. 또한 일산화탄소 배출량은 기준보다 93%, 탄화수소 배출량은 기준보다 73%, 질소 산화물 배출량은 기준보다 57% 낮습니다.

부산물/폐기물

위에서 설명한 대로 프로판의 제조는 경제적으로 유용한 다양한 부산물을 생성합니다. 사실 이들은 석유 정제 과정에서 프로판과 함께 생산되기 때문에 부산물이 아닌 부산물로 생각하는 것이 더 정확합니다. 이러한 부산물은 고체, 기체 또는 액체 형태일 수 있습니다. 고체(또는 반고체)에는 역청, 황화수소 및 이산화탄소가 포함되며 연료 목적으로 판매됩니다. 액체 분획에는 원유가 포함되며, 이를 더욱 정제하여 다양한 제품을 제공합니다. 이러한 오일은 비등점, 밀도, 냄새 및 점도와 같은 물리적 특성과 외관이 크게 다릅니다. 원유의 다른 부분은 밀도에 따라 "경질" 또는 "중질유"라고 합니다. 경질 원유는 끓는점이 낮고 파라핀계 탄화수소가 풍부합니다. 중질 원유는 끓는점이 높고 점성이 높습니다. 그들은 다양한 아스팔트와 같은 분자를 생성합니다. 프로필렌 및 ​​부틸렌과 같은 프로판 생산의 많은 부산물은 가솔린 정제, 합성 고무 제조 및 석유화학 제품 생산에 유용합니다.

미래

석유화학 분야가 발전함에 따라 프로판 화학은 계속해서 발전할 것입니다. 프로판이 석유에서 분리되는 방식이 개선될 것입니다. 발전의 기회를 제공하는 한 분야는 유정 생산 분야입니다. 천연 가스를 운반하는 데 필요한 광범위한 배관 시스템이 엄청나게 비싸기 때문에 많은 천연 가스가 멀리 떨어진 유정에서 연소됩니다. 이 폐기 가스의 더 많은 부분을 쉽게 저장 및 운송할 수 있는 응축성 가스로 전환하려는 노력이 진행 중입니다. 또한 프로판은 경제적 요인과 환경적 문제에 기초하여 연료 가스로 점점 더 대중화될 가능성이 있다는 점에 주목하는 것이 중요합니다. 실제로 1990년 청정 공기법(Clean Air Act of 1990)에서 의회는 LPG를 청정 연소 대체 연료 중 하나로 지정하여 국가 대기 질을 21세기로 끌어올렸습니다.