개념 한 쪽
석유정제는 원유를 인체에 유용한 제품으로 분리·정제하는 공정들을 포괄한다. 분리 공정과 정제 공정은 목적이 다르므로 공정의 종류에 따라 접근을 달리해야 한다. 주요 공정으로는 증류·크래킹 등 분리 위주의 공정과, 흡착·용제추출·탈황 등 불순물 제거를 위한 정제 공정이 있다.
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출제기준 단원 「석유정제」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수증기 증류 원리 적용 | 1 | 부분압 감소로 비점 강하해 저온 분리하는 이유 고르기 |
| 원료·공정 대응 판단 | 1 | 올레핀 공급원과 나프타 크래킹의 연결 고르기 |
| 공정 분류(정제 vs 분리) | 1 | 코킹법 등 분리·정제 분류로 불순물 제거 공정 판별 |
증류는 끓는점 차이를 이용한 분리법이며 상압증류가 기본 방식이다. 고비점 물질은 높은 온도에서만 증발하므로 열분해나 열적 손상을 피해야 할 때는 부분압을 낮추는 방법을 사용한다. 수증기 증류는 수증기를 주입해 혼합물의 총증기압 분포를 바꿈으로써 각 성분의 부분압을 낮추어 중질유의 비점을 낮추어 저온에서 증류가 가능하게 한다.
분해 공정에는 열분해와 접촉분해가 있다. 열분해는 고온에서 자유라디칼 메커니즘으로 진행되어 올레핀류의 생성이 많아지는 반면, 접촉분해는 촉매를 사용하여 비교적 낮은 온도에서 진행되며 방향족 화합물의 생성이 우세해진다. 나프타의 열분해에서는 수증기 희석을 통해 탄화수소의 부분압을 낮춰 코크스 생성을 억제하고 생성물의 분리를 용이하게 한다.
정제 공정에서는 불순물 제거를 위한 방법들이 사용된다. 백토처리는 흡착제로 색소·불순물을 제거하고, 메록스법은 황화수소 같은 유황 화합물을 제거하며, 용제추출법은 목적 성분에 대해 높은 선택성과 용해도를 가진 용제를 사용하여 방향족 등 특정 성분을 선택적으로 추출한다. 용제는 회수를 위해 분리·증류하는 과정을 고려하여 비점 차가 충분히 커야 유리하다.
석유 및 석유화학 제품의 원료 공급 관점에서는 올레핀 계열은 주로 나프타의 열분해(크래킹)를 통해 대량으로 생산되는 반면, 원유 자체에는 파라핀·나프텐·방향족이 주성분으로 존재하고 올레핀은 원유에는 소량 존재한다는 점을 구분해야 한다.
수증기 증류 관련 문항은 '수증기 도입 → 부분압 감소 → 비점 강하 → 저온에서 증류 가능'의 인과를 묻는 유형으로 출제된다. 예시로, 중질유의 비점이 높아 고온에서 열분해 우려가 있을 때 수증기 증류를 선택하면 비점 강하로 저온 분리가 가능하다는 사실을 근거로 정답을 고르게 한다.
나프타 크래킹 관련 문항은 '나프타의 열분해 → 올레핀 생성' 연결을 묻는 유형으로 출제된다. 실제 공정에서는 감압이 유리하나 비용 문제로 수증기 희석을 사용하여 분압 감소와 코크스 억제를 동시에 달성한다는 조건을 근거로 정답을 판단한다.
용제추출 관련 문항은 용제 선정 기준을 묻는 유형으로 출제된다. 추출용제는 목적 성분에 대한 높은 선택성과 높은 용해도를 가져야 하며, 회수를 고려하면 용제와 목적성분 간의 비점 차이는 클수록 유리하다는 점을 근거로 오답을 배제한다.
LPG에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ① · LPG(Liquefied Petroleum Gas)의 주성분과 특성에 관한 문제입니다. LPG는 프로판(C3)과 부탄(C4)을 주성분으로 하는 탄화수소 혼합물입니다.
LPG는 액화석유가스로 프로판(C3)과 부탄(C4)이 주성분이며, 액체 상태는 물보다 가볍고 무취이나 누출 감지용 향이 첨가된다.
다음 중 국내 올레핀계탄화수소의 공급원으로 가장 많이 쓰이는 것은?
정답 ③ · 질문은 국내에서 올레핀계 탄화수소를 대량으로 공급하는 주요 원료를 묻고 있다. 산업적으로 에틸렌·프로필렌 등의 올레핀은 주로 나프타를 고온으로 열분해(크래킹)하여 생산하므로 나프타의 열분해가 대표적인 공급원이다.
국내 올레핀계 탄화수소의 주요 공급원은 나프타의 열분해(크래킹)이다.
탄화수소의 분해에 대한 설명 중 옳지 않는 것은?
정답 ② · 문항은 탄화수소 분해(크래킹)에서 열분해와 접촉분해의 특성 차이를 묻고 있다. 열분해는 고온에서 라디칼 연쇄반응을 통해 진행되어 올레핀 생성이 상대적으로 많고 방향족 생성은 적은 경향이 있으며, 접촉분해(촉매 분해)는 촉매를 사용해 낮은 온도에서 진행되고 방향족 생성이 상대적으로 우세하다.
열분해는 방향족보다 올레핀 생성이 많으며, 접촉분해는 촉매로 낮은 온도에서 진행된다.
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