석유 화학의 꽃, 크래킹에 대해 알아보자

앞서 포스팅한 분별 증류는 끓는점의 차이를 이용해 원유에서 필요한 성분을 선택적으로 분리할 수 있는 분리 기술이었다. 하지만 원유 자체에 성분 함량이 충분하지 않기 때문에, 가솔린과 등유 같은 수요가 높은 기름들을 충분히 생산해 낼 수 없다. 그래서 어쩔 수 없이 끓는 점이 높아 분류할 수 없었던 잔류물을 이용할 수 있어야 한다.

크래킹

끓는점이 큰 잔류물들은 분자량이 큰 분자 구조를 지니고 있기 때문에 분산력이 커서 잘 끓지 않아 증류 공정에서 잔류된다. 이들은 크래킹이라는 과정을 통해 더 작은 분자로 쪼갤 수 있다. 이렇게 분자량이 큰 분자를 잘라 적당한 탄소수를 갖는 생산물을 얻기 위한 과정이 크래킹인 것이다.

 

원유 크래킹의 개요 (출처:commons.wikimedia.org)

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[기획] 석유는 화석연료가 아니다? (上)

스팀 크래킹, 증류 찌꺼기를 조각내다.

크래킹 과정은 증류 찌꺼기를 스팀 크래커 내부에서 500~900도의 높은 온도로 짧은 시간동안 가열한다. 반응의 높은 활성화 에너지 때문에 반드시 촉매가 동반되어야 하며, 이러한 조건에서 탄소와 탄소 사이의 공유 결합이 끊어진다.

 

 

크래킹의 선물: 올레핀 화합물

크래킹의 산물은 가스, 중간 유분, 찌꺼기의 혼합물이다. 크래킹을 통해 분자량이 줄어 크기가 작아진 생산물들은 다시 분별 증류를 통해 분리가 가능하다. 분자의 크기가 작아진 만큼 다시 기화되기 쉬워졌기 때문이다.

 

크래킹의 이점은 산업에서 중요한 산물인 에틸렌, 프로필렌, 뷰틸렌, 뷰타다이엔 등을 생산할 수 있다는 것이다. 이들은 올레핀 (Olefin) 군에 속하는 화합물 들인데, 탄소-탄소 사이의 이중결합을 갖는 것이 대표적인 특징이다. 우리가 통상적으로 사용하는 비닐이나 플라스틱들은 이러한 올레핀 화합물의 고분자 중합을 통해 얻어진다.

 

예를 들면, 에틸렌은 대표적인 비닐 소재인 폴리 에틸렌(PE)의 단량체 이고, 대표적인 플라스틱 용기에 많이 사용되는 폴리 프로필렌(PP)은 프로필렌으로 부터 합성된다. 또한, 뷰타다이엔은 합성 탄성 고무를 만드는 데 필요한 원료이다.

 

 

크래킹의 또다른 선물: 방향족 화합물

방향족 화합물은 고리 모양으로 이루어진 이중 결합 탄화수소 화합물이다. 이들은 유기 용제나 여러가지 소재의 원료로서의 가치를 지닌다. 대표적인 방향족 화합물에는 벤젠, 톨루엔, 스타이렌 등이 있다. 예를 들면, 폴리 스티렌(스티로폼, PS), 폴리 우레탄, 폴리 에스터 (e.g) PET), 특정 레이크 안료 등이 이러한 방향족 화합물로 부터 얻어진다.

 

 

합성가스 (Syngas)도 크래킹의 산물이다.

합성 가스란 귀중한 산업적 가치를 지니는 일산화탄소 (CO)와 수소 (H2)로 이루어진 혼합물이다. 합성가스는 전통적으로 메탄올을 비롯한 다양한 화합물의 원료이며, 현재 미래 에너지원으로 각광 받고 있는 연료 전지에 필수적인 수소를 제공한다. 물론 전통적으로, 비료의 필수 성분인 암모니아도 수소로 생산한다.

 

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