납사

원유가격이 급격히 오르거나 내릴 경우, 휘발유 가격과 관련해서 신문에 종종 납사에 관한 보도가 게재됩니다. 석유, 에너지 분야에서 일하는 전문가가 아닌 일반인들은 납사가 무엇이고, 휘발유와 어떤 관련이 있는지 이해하기 어려울 것입니다.
그래서 오늘은 석유화학의 가장 기초가 되는 납사에 대해서 포스팅을 해보고자 합니다.

 

정유

 

납사

 

 

 

1. 정유

*정의

정유 산업(精油産業)은 원유를 정제해서 석유 제품을 만드는 산업(휘발유, LPG, 경유 등)

 

정유는 분별증류에 의해서 원유가 나뉘게 됩니다. 분별증류는 여러 가지 액체 혼합물의 끓는점 차이를 이용해 분리하는 방법입니다. 

 

위 그림과 같이 증류탑에서 끓는점 차이에 따라 분별 증류한 뒤 액화시켜 여러 가지 석유 유분을 얻게 됩니다. (끓는점이 낮은 성분부터 증류탑 상부에서 분리됩니다.)

 

 

정유공장은 원유를 정제하여 석유제품을 제조하는 시설, 설비로 구성된 플랜트로 위 사진과 같은 석유정제공장입니다.

정유공장에 제공되는 원유는 수분과 염화물이 다양한 상태로 혼재되어 있습니다. 따라서 이에 대한 분리가 필요한데, 수분의 경우 원유 탱크에서 쉽게 제거가 가능합니다.
제거가 어려운 성분은 에멀션 상태의 고형분 수분입니다. 이는 상압 증류 공정이 수행하기 전에 약품 처리 또는 고압의 전기장에서 에멀션 상태를 해체한 뒤 분리합니다.

 

*에멀션

 

 

에멀션은 위 그림과 같이 물과 기름처럼 섞이지 않는 두 액체를 흔들어 섞으면 한 액체가 작게 나뉘며 또 다른 액체 속에 퍼지는 현상을 의미합니다. 에멀션의 가장 대표적인 예는 동물의 젖으로, 이를 유탁액이라고 합니다.

 

 

2. 납사

나프타는 평소에 우리가 주위에서 쉽게 볼 수 있는 제품들을 만드는 기초 원료가 됩니다. 나프타는 휘발성 석유를 총칭하는 말로 석유화학의 기초 원료로 사용됩니다. 즉 플라스틱병, 장난감, 의복, 고무, 컵, 세제 등등을 만드는 기본 원료가 됩니다.

 

납사(naphtha)는 원유를 수입해서 분별 증류하여 여러 종류의 석유제품을 만드는 정유회사의 한 제품입니다. 원유를 증류했을 때 30~200℃의 온도 구간에서 증류되어 증류탑 밖으로 나오는 유분이 납사입니다. 원유의 15~30% 정도를 차지하며, 탄소 수가 5~12개인 탄화수소로 구성되어 있습니다.

납사는 다시 탄소 수가 5~6개인 탄화수소로 구성돼서 30~90℃의 낮은 온도 구간에서 증류되는 경납사와 탄소 수가 6~12개인 탄화수소로 구성돼서 90~200℃의 높은 온도 구간에서 증류되어 나오는 중납사로 구분됩니다. 제조회사에 따라 어느 유분을 더 많이 함유시키느냐가 다르고, 각 유분의 조성도 조금씩 다릅니다

 

정유업계와 석유화학업계 모두에 납사는 매우 중요한 유분입니다. 정유업계에서는 납사에 소량의 첨가제를 넣어 휘발유를 만들어 판매합니다. 휘발유는 정유업체의 가장 중요한 수입원이며, 납사는 휘발유의 대부분을 차지하는 원료입니다. 휘발유는 납사에 노킹 방지제, 연소 촉매, 점도 조절제 등의 첨가제를 소량 첨가한 것입니다. 휘발유의 성분은 거의 납사이므로 휘발유 판매회사의 기술에 따라 첨가제는 달라지지만, 납사는 제조회사보다 제조공장 소재 지역에 따라 더 많이 달라진다고 볼 수 있습니다.

 

[ 원유를 증류하면 나오는 것들 ]

석유 가스 : 액화석유가스(LPG)

가솔린 : 휘발유

나프타(납사) : 석유화학의 기초 원료

등유 : 석유램프의 원료

경유 : 디젤

중유 : 선박과 보일러의 원료

아스팔트 : 도로포장

 

 

 

석유화학업계에서는 납사를 정유업체로부터 구입해 고온으로 열분해 해서 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 스타이렌 등의 모든 석유화학 원료들을 생산하여 고분자 제조업체에 판매합니다.
납사를 열분해하는 공장을 NCC(Naphtha Cracking Center)라고 부릅니다. 고분자 업계에서는 이 원료들을 직접 중합하여 고분자를 만들기도 하고, 염화비닐 모노머에서처럼 다른 고분자 원료들을 만드는 데 쓰기도 합니다.

 

NCC 공정

 

 

정유업체와 석유화학업체들은 납사를 팔고 사는 것이 용이해야 하므로, 공장들이 멀리 떨어져 있으면 운반비가 비싸지고, 원료의 수급에 차질이 발생하기 쉽습니다. 그래서 같은 공업단지에 자리 잡아 파이프라인을 통해서 거래하고 있습니다. 우리나라의 경우 울산, 여천, 대산 등 세 곳에 대단위 석유화학 공업단지가 조성되어 이런 거래를 하고 있습니다.

석유화학산업의 크기는 납사를 열분해해서 얻는 에틸렌 생산 규모로 정해져 있습니다. 즉, 납사를 얼마나 소비하는가에 의해 규모가 정해지지 않고, 분해 생성물 중의 하나인 에틸렌의 생산량에 의해 결정되는 것입니다. 우리나라는 2010년 현재 약 550만 톤의 에틸렌을 생산, 석유화학 규모에서 세계 4~5위를 차지하고 있습니다.