CCape eoeu e ghapter 2. Petroleum Refining Ch t 2Chaptper ...home.sogang.ac.kr/sites/sgpml/testmenu2/Lists/b13/Attachments/3... · 동족hc에서는비점 ... 1885. 벤츠: 가솔린엔진/포드:

Chapter 2. Petroleum RefiningC ap e e o eu e g

Ch t 2Ch t 2Chapter 2.Chapter 2.p석유정제공업

p석유정제공업석유정제공업

(Petroleum Refining)

석유정제공업(Petroleum Refining)(Petroleum Refining)(Petroleum Refining)

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Chapter 2. Petroleum Refining

목 차C ap e e o eu e g

서 론1

2 석유정제 및 전환

3 석유제품

4 기 타

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1. IntroductionC ap e e o eu e g

석유공업 (Petroleum Industry)

Refining Industry

석유공업 (Petroleum Industry)

Refining Industry (석유정제공업, Chapter 2)

Petrochemical Industry (석유화학공업, Chapter 3)

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Refining Industry (석유정제공업, 제유공업): 원유를 정제하여 각종 석유제품을 만드는 공업원유를 정제하여 각종 석유제품을 만드는 공업

Refinery products연료유: gasoline 등유 경유 중유 등 연료유: gasoline, 등유, 경유, 중유 등 공업용 용제 윤활유, grease asphalt, 파라핀, 왁스, 카아본, 와세린윤활유, grease, asphalt, 파라핀, 왁스, 카아본, 와세린

Process 증류 (straight run distillation) 증류 (straight-run distillation) 전환 (conversion): cracking, reforming and others 정제 (purification)정제 (p ) 배합 (formulation) others: alkylation, dehydration, isomerization,

l i i h d i ki

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polymerization, hydrotreating, coking, etc.



Petrochemical industry석유유분을 전환하여 유기화학공업용 기초원료 중간적 제품석유유분을 전환하여 유기화학공업용 기초원료, 중간적 제품또는 최종제품 등의 석유화학제품을 제조하는 공업

석유화학제품 석유화학제품 합성수지, 합성고무, 합성섬유원료 (전방산업) 도료 접착제 세제 계면활성제 염안료 농약 의약 등의도료, 접착제, 세제, 계면활성제, 염안료, 농약, 의약 등의

원료 (정밀화학산업) 비료공업, 산알카리공업, 제지 펄프공업 (기타화학공업)비 공업, 산 알카리공업, 제지 펄 공업 (기타화학공업)

Process Manufacture of base chemicals by naphtha cracking Manufacture of base chemicals by naphtha cracking Conversion into main product groups Processing of finished products

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g p



1) 원유의 성분

1. 원유의 성분과 분류1) 원유의 성분

① 주성분: hydrocarbon (H: 10~14%, C: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)in the form of basic compounds (alkyl quinoline) Sulfur “ (0.1~5%): present in crude oil or produced

during refining;during refining; free S, H-S-H, organic compounds

foul smell, 부식성, 촉매 피독, 공기오염

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③ Trace amount (ppm) of metalo-organic compounds



2) 원유의 분류

가) Hydrocarbon (HC) series:

CnH2n+2, CnH2n, CnH2n-2, n 2n+2 n 2n n 2n 2

CnH2n-4, CnH2n-6, CnH2n-8, CnH2n-10, CnH2n-14, CnH2n-20, etc.

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Structural Formulae of HC Series (C6)C ap e e o eu e g

H C C

H H

C C

H

C C

H H

H

H

H C C

H H

C C

H

C C

H H H

H H H H H H H H H H H H

H HHH

H

HH H H H H H H

(a) Normal Hexane, C6H14 (b) Normal Hexene, C6H12

H

H

HH

H

H

H

H

H

H

C C

H

H

H

C C

H

H

C C

H

H

H H

H

HH H

HH

CH

H

H

(c) Cyclohexane, C6H14 (d) Benzene, C6H6

(e) Hexadiene-1, 5, C6H10

CH

H

HH C

H

C C

H

C

H

H

CH H

Isomeric Isoparaffin

H C C

H H

C C

H

C

H

H

H C

H

C C

H

C

H

H

CH H

Isomeric IsoparaffinCompounds

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H H H H HCH H

H

(d) 2 Methylpenthane, C6H14 (f) 2-2 Dimethylbutane, C6H14



가) Hydrocarbon (HC) series:① P ffi i (C H )① Paraffin series (CnH2n+2) physical state b p: normal > iso- > neo- b.p: normal > iso- > neo-

② Olefin series (CnH2n)② ( n 2n) direct reaction with Cl, Br, HCl, H2SO4 recovered by H2SO4 (dissolution)

l b l fi i d il b h l low bp olefin: not present in crude oil by thermal cracking

③ Naphthenic series (CnH2n) ring or cyclic compounds

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g y p aromatic와 olefin의 중간특성



④ Aromatic series (CnH2n-6) or benzene series (Bz) 반응성 우수: susceptible to oxidation organic acid 열적 안정성 우수 (high b.p) ENPLA 구조

⑤ Diolefin series (CnH2n-2) 반응성: extremely activey polymerize, combine with unsaturated

compounds higher MW황산으로 제거 황산으로 제거

⑥ Cyclic series (CnH2n-2, (CnH2n-4 …) Not well known

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나) Sulfur compounds - Structural formulaeH S H

R O

S

O

Hydrogen sulfide Alkyl sulfideH S H

H S R

H S CH3

OR O

R O

Hydrogen sulfide

Mercaptans:

Methyl

Alkyl sulfide

H S CH3

H S C6H5S

OH O

Methyl

Benzyl

S lfid

Sulfonic acid

R S R

H3C S CH3

C H S C4H9

R S R

O

Sulfides:

Methyl

n B t l

Sulfoxides

C4H9 S C4H9

S S RR

O

R S

O

R

n-Butyl

SulfonesDisulfides:S S CH3H3C

CH2

OS

Thi h

Methyl

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S

CH2 n

C C

C C

HH

H HCyclic sulfide:

Thiophene



Problems:Corrosion of metals by H-S-H, free S, some of lowest bp sulfides, disulfides, mercaptans

Pollution: rxn with O2 SO2 acid rain

Obnoxious odor: with low b.p or gaseous sulfur compounds such as H-S-H, SO2 in flue gas, mercaptan up to 6 carbon atoms, sulfides up to 8

b t th l di lfidcarbon atoms, methyl disulfides

Poor explosion characteristics of gasoline fuel

removed by sweetening treatment or alkalies

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색 냄새

2. 석유의 물리적 성질

1) 색/냄새: 흑갈색 (~ 담황색 또는 담갈색)

• 방향 (low bp sat. HC, aromatics)• 불쾌한 냄새 (N-, S-compounds, 일부 불포화 HC)

(vs. high bp HC)

2) 비중: 0.65 ~ 0.95 (refers to 60 oF = 15 oC)

aromatics > naphthene > paraffinaromatics > naphthene > paraffin specific gravity (학술적)

API gravity (공업적)

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characterization factor



3) 점도 (η) - its resistance to internal flow or indication of oilness in theits resistance to internal flow or indication of oilness in the

lubrication연료수송/연소에 중요한 특성 중유 연소: 분무상태를 결정

relative viscosity (η): numerically equal to viscosity in cpy (η) y q y p

kinematic viscosity, ν

fl idit i l f i it fluidity: reciprocal of viscosity

viscosity index (VI): 온도변화에 따른 점도변화l d lPennsylvania crude oil (H): VI = 100

Gulf coast crude oil (L): VI = 0

CBE4016the higher, the better 100VI

HLUL



4) 비열 (specific heat, cal/g oC): 0.3 ~ 0.5 @ 25 oC 분자량 증가에 따라 감소 (0 3 ~ 0 5)분자량 증가에 따라 감소 (0.3 0.5) 동일 탄소수에서는 H가 많을수록 비열↑ 온도상승에 따라 증가

5) 증발열 (heat of vaporization/mole- or g-basis) 70 90 cal/g (less than H O alcohol) 70 ~90 cal/g (less than H2O, alcohol) 동족 HC에서는 비점 (비중) 증가에 따라 g당 증발열 감소

발열량 Q ( l ifi l ) 9 500 12 000 k l/k ( l) 발열량, Q (calorific value): 9,500~12,000 kcal/kg (> coal)(비점 또는 비중 증가에 따라 g당 발열양 감소)

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6) Cloud point & Pour point- useful in estimation of relative amount of waxuseful in estimation of relative amount of wax• cloud point (담점): 왁스석출온도• solid point: 5초유지solid point: 5초유지

(heat to 115 oF and then cooled to 90 oF, T = 5)• pour point (유동점): 연료가 유동할 수 있는 최저온도pour point (유동점): 연료가 유동할 수 있는 최저온도• cold filter plugging point: 유럽에서 개발

• 경유차량의 저온성능척도경유차량의 저온성능척

flow improver: 유동성 향상제l (i b t ) l ( th l t )poly(isobutene), poly(methacryl ester),

poly(alkyl styrene)

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7) 인화점유류를 가열하여 발생하는 증기에 불씨를 접근시킬 때유류를 가열하여 발생하는 증기에 불씨를 접근시킬 때순간적으로 점화되었다가 꺼지는 온도화재예방의 척도

8) Smoke point: 연소성능의 척도그을음을 내지 않고 탈 수 있는 최대 불꽃 길이 (in mm) 그을음을 내지 않고 탈 수 있는 최대 불꽃 길이 (in mm)

연소성능

9) 증류성상 유분 (distillate)의 비점범위를 일정하게 유지 석유제품 연소시 사용기기의 연소특성에 맞도록

구성비율을 규제eg 10% 증류점 95% boiling point (LPG)

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eg. 10% 증류점, 95% boiling point (LPG)

* 유분 (distillate, cut, fraction)



3. 석유공업의 역사

1) 외국 1870. 록펠러 “Ohio Standard Oil” (10년간 세계 석유

수송분야 독점)수송분야 독점) 1882. 록펠러: 석유정제 기업 매입

“Standard Petroleum Trust” (독점적 종합기업)Standard Petroleum Trust (독점적 종합기업) 1885. 벤츠: 가솔린엔진/포드: 자동차 양산

가솔린수요 증가 가솔린수요 증가 1890. 유럽: Royal Dutch Petroleum (네덜란드) 1898. Diesel engine 디젤수요 증가g 디젤수 증가 1907. 영국운송회사 Shell 과 합병 Royal Dutch Shell 1903. 라이트: 비행기엔진 가솔린 수요 급등

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1908. D’Arcy (영): Anglo Persian Petroleum (중동석유 이권 획득) British Petroleum (BP)

1909. Standard Oil: 중질유 열분해 가솔린양산가능1911 A ti T t l (정부의 독점 규제) 1911. Anti-Trust law (정부의 독점 규제)

Standard Petroleum Trust 34개사로 분리 NJ Standard Exxon NJ Standard Exxon Indiana Mobil Ohio Sohio Atlantic, Continental, etc.

1913. 휘발유 양산/분해가스 ‘석유화학공업’ 출현 1914 1918 제 1차 세계대전 이후 중동석유에 관심 1914~1918. 제 1차 세계대전 이후 중동석유에 관심

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1920 San Remo협정 (영불): 중동석유 독점 개발 (Turkey 회 1920. San Remo협정 (영불): 중동석유 독점 개발 (Turkey 회 1928. 석유 카르텔 형성원유 과잉생산방지

(Anglo Persian, Royal Dutch Shell, NJ Standard) Major에 의한 석유 독과점 Major: 50’s까지 세계 석유시장 지배

(생산 수송 정제 판매 등 수직적 통합) (생산, 수송, 정제, 판매 등 수직적 통합) ① 7 Sisters: Exxon, Mobil, Texaco, Gulf

Chevron Shell BPChevron, Shell, BP ② 8 Sisters: + CFP

이후 Independent 등장 + OPEC 결성

글머리기호 문제

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1960 OPEC 결성 (S A Kuwait Iran Iraq Venezuela) 1960. OPEC 결성 (S.A, Kuwait, Iran, Iraq, Venezuela) 11개국 (’97)

1973. 1st oil shock (제 4차 중동전쟁), OPEC의 석유무기화 (개발 수출 가격주도) OPEC의 석유무기화 (개발, 수출, 가격주도) major의 지배권 박탈 (하청업체로 전락)

(2.5 → 11.25 $) 1979. 2nd oil shock (이란혁명) (12.95 → 32 $) 1992. 17 $/bbl

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2005. 3rd oil shock ? (28 → 32 → >60 $) 이라크 정세변화 OPEC의 고유가 정책중국 등 개도국 의 수요급증중국 등 개 국 의 수 급증저금리로 인한 투기자금의 유입, 허리케인 카트리나 (자연재해, 8/30: 80 $ ?)

2008. 3 ~ 100 $: Another Oil Shock ? 2008. 3 100 $: Another Oil Shock ? 2008.10 ~ 70 $ 2009. 9 ~ 70 $/bbl

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3. 석유공업의 역사

2) 국내

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석유제품 수출 2위(2008년 1~12월)(2008년 1 12월)

2008년 수출금액 370 억$ 달성

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발전 과정C ap e e o eu e g

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발전 과정C ap e e o eu e g

70년대(개발기)

80년대(성장기)

80년대말~90년대중반

(도약기)

90년대후반이후

(구조 조정기)2010

주도주체← 정부주도 → ← 민간주도 →

정부주도산업육성(울산단지가동)

석유화학기반구축(여수단지가동)

대규모신증설(대산단지가동)

업계재편활발한 M&A

에틸렌 Capa 155천톤/년 505천톤/년 4 330천톤/년 5 700천톤/년에틸렌 Capa(기업수)

155천톤/년(1개사)

505천톤/년(2개사)

4,330천톤/년(8개사)

5,700천톤/년(7개사)

GDP탄성치(수요성장율)

2.9(28.0%)

1.4(12.0%)

1.3(10.0%)

1.0(3.0%)

수출입밸런스 순수입 순수입→균형 균형→순수출 순수출

성장주도부분 경공업경공업→중화학공

업중화학공업

IT,BT,NT등첨단산업

주요정책

＊석유화학공업육성법 재정＊중화학공업 육성

계획에서 전략개발산업으로 지정

＊합리화대책 등사업지원책

＊국영기업 민영화→ 민간 기업이

산업을 주도

＊석유화학 투자자유화(투자 합리화 방안 시행)

부분적 자유화)＊가격 자유화 -

＊산업정책 완전 자율화＊기업 구조조 유도(재무구조개선등 경

산업으로 지정＊국영기업이 주도＊정부가 원료 및 제품 가격을 조정

산업을 주도＊석유화학육성법폐지/산업발전법발효('86)

가격 자유화기업이 시장에따라 자율적으로결정

(재무구조개선등 경쟁력강화대책 유도)

*Restruduring,M ＊Mega

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세계석유화학산업동향

＊선진국중심 석유화학 산업성장 → 세

계로확대

＊사업다각화(고부가가치화)

g&A*아시아(중국, 동남아) 석유화학산업성장

gcompetition＊초대형기업탄생＊중동석유화학산업 급성장


국내 정유사C ap e e o eu e g

SK(유공)

LG-Caltex(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

부산공장소재지 울산 여천 인천 온산

부산대산 (1989)

2000초 35 60 50 60 50

시설능력(천BPDS)

2008 810 600 275 443 310

2011

기타사업

내용

석유화학

윤활유윤활유 발전 윤활기유 윤활유

합작선

(철수년도)

GULF

1980

Caltex

-

Union Oil

1983

ARAMCO쌍용양회 합작

Shell

1977

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시장점유율 39.1 28.7 10.4 12.5 5.8


원유처리량C ap e e o eu e g

연도 도입량처리량

정제능력 가동률연간 월평균 일평균 증감

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

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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

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