hapter 2. 석유정제공업 (Petroleum Refining)
목차 1 서론 2 석유정제및전환 3 석유제품 4 기타
석유공업 (Petroleum Industry) Refining Industry ( 석유정제공업, hapter 2) Petrochemical Industry ( 석유화학공업, hapter 3)
Refining Industry ( 석유정제공업, 제유공업 ): 원유를정제하여각종석유제품을만드는공업 Refinery products 연료유 : gasoline, 등유, 경유, 중유등 공업용용제 윤활유, grease, asphalt, 파라핀, 왁스, 카아본, 와세린 Process 증류 (straight-run run distillation) 전환 (conversion): cracking, reforming and others 정제 (purification) 배합 (formulation) others: alkylation, dehydration, isomerization, polymerization, i hd hydrotreating, coking, etc.
Petrochemical industry 석유유분을전환하여유기화학공업용기초원료, 중간적제품또는최종제품등의석유화학제품을제조하는공업 석유화학제품 합성수지, 합성고무, 합성섬유원료 ( 전방산업 ) 도료, 접착제, 세제, 계면활성제, 염 안료, 농약, 의약등의원료 ( 정밀화학산업 ) 비료공업, 산 알카리공업, 제지 펄프공업 ( 기타화학공업 ) Process Manufacture of base chemicals by naphtha cracking onversion into main product groups Processing of finished products
1. 원유의성분과분류 1) 원유의성분 1 주성분 : hydrocarbon (: 10~14%, :79~88%) * 2 부성분 Oxygen compounds (0~3%): in naphthenic acid, alkyl acid, phenolic acid Nitrogen (0.1~0.7%): found in naphthenic acid, in the form of basic compounds (alkyl quinoline) Sulfur (0.1~5%): present in crude oil or produced during refining; free S, -S-, organic compounds foul smell, 부식성, 촉매피독, 공기오염 3 Trace amount (ppm) of metalo-organic compounds
2) 원유의분류 가 ) ydrocarbon () series: n 2n+2, n 2n, n 2n-2 2, n 2n-4, n 2n-6, n 2n-8, n 2n-10, n 2n-14, n 2n-20, etc.
hapter 2. Petroleum Refining Structural Formulae of Series (6) ap e e o eu e g (a) Normal exane, 6 14 (b) Normal exene, 6 12 (c) yclohexane, 6 14 (d) Benzene, 6 6 (e) exadiene-1, 5, 6 10 Isomeric Isoparaffin Isomeric Isoparaffin ompounds (d) 2 Methylpenthane, 6 14 (f) 2-2 Dimethylbutane, 6 14
가 ) ydrocarbon () series: 1 Paraffin series ( n 2n+2 ) physical state bp:normal>iso- b.p: >neo- 2 Olefin series ( n 2n) ) direct reaction with l, Br, l, 2 SO 4 recovered by 2 SO 4 (dissolution) low bp olefin: not present in crude oil by thermal cracking 3 Naphthenic series ( n 2n ) ring or cyclic compounds aromatic와 olefin의중간특성
4 Aromatic series ( n 2n-6 ) or benzene series (Bz) 반응성우수 : susceptible to oxidation organic acid 열적안정성우수 (high b.p) ENPLA 구조 5 Diolefin series ( n 2n-2 ) 반응성 : extremely active polymerize, combine with unsaturated compounds higher MW 황산으로제거 6 yclic series ( n 2n-2, ( n 2n-4 ) Not well known
나 ) Sulfur compounds - Structural formulae ydrogen sulfide S Alkyl sulfide Mercaptans: S R Sulfides: R S R Methyl 3 S 3 Sulfoxides 4 9 S 4 9 R O O S R O O Methyl S 3 R O Benzyl S 6 5 Sulfonic acid S O O R S R O n-butyl Disulfides: R S S R Sulfones Methyl 3 S S 3 yclic sulfide: S 2 2 n Thiophene R O S R O S
Problems: orrosion of metals by -S-, free S, some of lowest bp sulfides, disulfides, mercaptans Pollution: rxn with O 2 SO 2 acid rain Obnoxious odor: with low b.p or gaseous sulfur compounds such as -S-, SO 2 in flue gas, mercaptan up to 6 carbon atoms, sulfides up to 8 carbon atoms, methyl disulfides Poor explosion characteristics of gasoline fuel removed by sweetening treatment or alkalies
2. 석유의물리적성질 1) 색 / 냄새 : 흑갈색 (~ 담황색또는담갈색 ) 방향 (low bp sat., aromatics) 불쾌한냄새 (N-, S-compounds, 일부불포화 ) (vs. high bp ) 2) 비중 : 0.65 ~ 0.95 (refers to 60 o F = 15 o ) aromatics > naphthene > paraffin specific gravity ( 학술적 ) API gravity ( 공업적 ) characterization factor
3) 점도 (η) - its resistance to internal flow or indication of oilness in the lubrication 연료수송 / 연소에중요한특성 중유연소 : 분무상태를결정 relative viscosity y(η) (η): numerically equal to viscosity in cp kinematic viscosity, ν fluidity: reciprocal of viscosity it viscosity index (VI): 온도변화에따른점도변화 Pennsylvania crude oil (): VI = 100 Gulf coast crude oil (L): VI = 0 L U the higher, the better VI 100 L
4) 비열 (specific heat, cal/g o ): 0.3 ~ 0.5 @ 25 o 분자량증가에따라감소 (0.3 ~ 05) 0.5) 동일탄소수에서는 가많을수록비열 온도상승에따라증가 5) 증발열 (heat of vaporization/mole- or g-basis) 70 ~90 cal/g (less than 2 O, alcohol) 동족 에서는비점 ( 비중 ) 증가에따라 g당증발열감소 발열량, Q (calorific value): 9,500~12,000 000 kcal/kg (> coal) ( 비점또는비중증가에따라 g당발열양감소 )
6) loud point & Pour point - useful in estimation of relative amount of wax cloud point ( 담점 ): 왁스석출온도 solid point: 5 초유지 (heat to 115 o F and then cooled to 90 o F, T = 5) pour point ( 유동점 ): 연료가유동할수있는최저온도 cold filter plugging point: 유럽에서개발 경유차량의저온성능척도 flow improver: 유동성향상제 poly(isobutene), poly(methacryl l ester), poly(alkyl styrene)
7) 인화점 유류를가열하여발생하는증기에불씨를접근시킬때순간적으로점화되었다가꺼지는온도 화재예방의척도 8) Smoke point: 연소성능의척도 그을음을내지않고탈수있는최대불꽃길이 (in mm) 연소성능 9) 증류성상 유분 (distillate) 의비점범위를일정하게유지 석유제품연소시사용기기의연소특성에맞도록구성비율을규제 eg. 10% 증류점, 95% boiling point (LPG) * 유분 (distillate, cut, fraction)
3. 석유공업의역사 1) 외국 1870. 록펠러 Ohio Standard Oil (10년간세계석유수송분야독점 ) 1882. 록펠러 : 석유정제기업매입 Standard Petroleum Trust ( 독점적종합기업 ) 1885. 벤츠 : 가솔린엔진 / 포드 : 자동차양산 가솔린수요증가 1890. 유럽 : Royal Dutch Petroleum ( 네덜란드 ) 1898. Diesel engine 디젤수요증가 1907. 영국운송회사 Shell 과합병 Royal Dutch Shell 1903. 라이트 : 비행기엔진 가솔린수요급등
1908. D Arcy ( 영 ): Anglo Persian Petroleum ( 중동석유이권획득 ) British Petroleum (BP) 1909. Standard Oil: 중질유열분해 가솔린양산가능 1911. Anti-Trust t law ( 정부의독점규제 ) Standard Petroleum Trust 34개사로분리 NJ Standard Exxon Indiana Mobil Ohio Sohio Atlantic, ontinental, etc. 1913. 휘발유양산 / 분해가스 석유화학공업 출현 1914~1918. 1918 제 1 차세계대전이후중동석유에관심
1920. San Remo 협정 ( 영 불 ): 중동석유독점개발 (Turkey 회 1928. 석유카르텔형성 원유과잉생산방지 (Anglo Persian, Royal Dutch Shell, NJ Standard) Major에의한석유독과점 Major: 50 s까지세계석유시장지배 ( 생산, 수송, 정제, 판매등수직적통합 ) 1 7 Sisters: Exxon, Mobil, Texaco, Gulf hevron, Shell, BP 28 Sisters: + FP 이후 Independent 등장 + OPE 결성 글머리기호문제
1960. OPE 결성 (S.A, Kuwait, Iran, Iraq, Venezuela) 11개국 ( 97) 1973. 1 st oil shock ( 제 4차중동전쟁 ), OPE 의석유무기화 ( 개발, 수출, 가격주도 ) major의지배권박탈 ( 하청업체로전락 ) (2.5 11.25 $) 1979. 2 nd oil shock ( 이란혁명 ) (12.95 32 $) 1992. 17 $/bbl
2005. 3 rd oil shock? (28 32 >60 $) 이라크정세변화 OPE의고유가정책 중국등개도국의수요급증 저금리로인한투기자금의유입, 허리케인카트리나 ( 자연재해, 8/30: 80 $?) 2008. 3 ~ 100 $: Another Oil Shock? 2008.10 ~ 70 $ 2009. 9 ~ 70 $/bbl
3. 석유공업의역사 2) 국내
석유제품수출 2 위 (2008 년 1~12 12 월 ) 2008년수출금액 370 억 $ 달성
발전과정
주도주체 70 년대 ( 개발기 ) 정부주도산업육성 ( 울산단지가동 ) 정부주도 발전과정 80 년대 ( 성장기 ) 석유화학기반구축 ( 여수단지가동 ) 80 년대말 ~ 90 년대중반 ( 도약기 ) 대규모신증설 ( 대산단지가동 ) 민간주도 90 년대후반이후 ( 구조조정기 ) 업계재편활발한 M&A 에틸렌 apa 155 천톤 / 년 505 천톤 / 년 4,330 천톤 / 년 5,700 천톤 / 년 ( 기업수 ) (1개사) (2개사) (8개사) (7개사) GDP 탄성치 ( 수요성장율 ) 2.9 (28.0%) 1.4 (12.0%) 1.3 (10.0%) 1.0 (3.0%) 수출입밸런스순수입순수입 균형균형 순수출순수출 성장주도부분 주요정책 세계석유화학산업동향 경공업 * 석유화학공업육성법재정 * 중화학공업육성계획에서전략개발산업으로지정 * 국영기업이주도 * 정부가원료및제품가격을조정 * 선진국중심석유화학산업성장 세계로확대 경공업 중화학공업 * 합리화대책등사업지원책 * 국영기업민영화 민간기업이산업을주도 * 석유화학육성법폐지 / 산업발전법발효 ('86) * 사업다각화 ( 고부가가치화 ) 중화학공업 * 석유화학투자자유화 ( 투자합리화방안시행 ) 부분적자유화 ) * 가격자유화 - 기업이시장에따라자율적으로결정 *Restruduring,M &A * 아시아 ( 중국, 동남아 ) 석유화학산업성장 IT,BT,NT 등첨단산업 * 산업정책완전자율화 * 기업구조조유도 ( 재무구조개선등경쟁력강화대책유도 ) *Mega competition * 초대형기업탄생 * 중동석유화학산업급성장 2010
국내정유사 SK ( 유공 ) LG-altex ( 럭키 Group) 인천정유 ( 한화 Group) S-Oil ( 쌍용정유 ) 현대 Oil Bank ( 현대정유 ) 설립년도 1962.10 1967.05 1968.09 1976.01 1965 가동개시 1964.04 1969.06 1971.06 1980.05 1965.03 공장소재지울산여천인천온산 부산대산 (1989) 2000 초 35 60 50 60 50 시설능력 ( 천 BPDS) 2008 810 600 275 443 310 기타사업 내용 2011 석유화학 윤활유 윤활유발전윤활기유윤활유 합작선 ( 철수년도 ) GULF 1980 altex - Union Oil 1983 ARAMO 쌍용양회합작 Shell 1977 시장점유율 39.1 28.7 10.4 12.5 5.8
원유처리량 연도 도입량 처리량연간월평균일평균증감 정제능력 가동률 1986 219,667 209,729 17,477 575 4.3 790 72.7 1990 308,368 307,281 25,607 842 3.6 840 100.2 1991 387,156 412,787 34,399 1,131 34.3 1,036 109.2 1994 573,714 560,866 46,739 1,537 3.1 1,700 90.4 1995 624,945 631,078 52,590 1,729 12.5 1,818 95.1 1996 721,927 720,846 60,071 1,970 13.9 2,438 80.8 1997 873,415 871,974 72,665 2,389 21.3 2,438 98.0 1998 819,094 825,890 68,824 2,263-5.3 2,438 92.8 1999 874,090 872,742 72,728 2,391 5.7 2,438 98.1 2000 893,943 890,304 74,192 2,433 1.7 2,438 99.8 2001 859,367 860,115 71,676 2,356-3.1 2,438 96.7 2002 790,992 786,805 65,567 2,156-8.5 2,438 88.4 2003 804,809 782,951 65,246 2,145-0.5 2,438 88.0 2004 825,790 826,551 68,879 2,258 5.3 2,438 92.6 2005 843,203 852,439 71,037 2,335 3.4 2,735 85.4 2006 888,794 878,395 73,200 2,407 3.0 2,808 85.7 2007 872,541 882,117 73,510 2,417 0.4 2,812 85.9 2008 864,872 865,663 72,139 2,365-2.1 2,875 82.3 2011