공업화학 - 석유의 전화

1. 석유의 전화 

 : 크래킹(Cracking)이나 리포밍(Reforming)으로 석유유분을 화학적으로 변화시켜 보다 가치있는 제품으로 만드는 것 (가솔린의 옥탄가 향상 목적)

 

2. 분해(크래킹; Cracking)

 : 비점이 높고 분자량이 큰 탄화수소를 끓는점이 낮고 분자량이 작은 탄화수소로 전환시키는 방법

1) 열분해법(Thermal Cracking)

 - 중유, 경유 등의 중질유를 열분해시켜 가솔린을 얻는것이 목적이었으나, 접촉분해법이 개발된 이후에는 원료유의 성질을 개량하는 목적으로 사용한다.

 - 분해물로 에틸렌을 얻는다.

 - 라디칼 반응의 메커니즘을 갖는다. 

cf. 비스브레이킹과 코킹

 - 비스브레이킹 (Visbreaking)

 : 점도가 높은 찌꺼기유에서 점도가 낮은 중질유를 얻는 방법(470 ℃)

 - 코킹 (Coking)

 : 중질유를 강하게 열분해시켜(1,000 ℃) 가솔린과 경유를 얻는 방법

 

 

2) 접촉분해법(Catalytic Cracking)

 - 등유나 경유를 산성을 지닌 고체촉매를 사용하여 분해시키는 방법

 - 탄소 수 3개 이상의 탄화수소, 방향족 탄화수소가 많이 생긴다. (올레핀은 거의 X)

 - 카르보늄이온이 생성되는 이온반응 메커니즘이다.

 - 옥탄가가 높은 가솔린을 얻을 수 있으나 석유화학의 원료 제조에는 부적합하다.

 - 촉매 : 합성 제올라이트, 실리카알루미나(SiO2 - Al2O3)

 - 이성질화, 탈수소, 고리화, 탈알킬반응이 분해반응과 함께 일어나서 이소파라핀, 고리모양 올레핀, 방향족 탄화수소, 프레필렌 등이 생긴다.

 

3) 수소화 분해법(Hydrocracking)

 - 비점이 높은 유분을 고압의 수소 속에서 촉매를 이용하여 분해시켜 가솔린을 얻는 방법

 - 옥탄가가 높은 가솔린을 제조하는데 사용

 - 촉매 : 실리키알루미나, 제올라이트를 담체로 한 Mo, Ni, W 등

 

 

※ 열분해와 접촉분해 비교

열분해	접촉분해
- 올레핀이 많으며 C1 ~ C2 계의 가스가 많다.  - 코크스나 타르의 석출이 많다.  - 대부분 지방족, 방향족 탄화수소가 적다.  - 디올레핀이 비교적 많다.  - 라디칼 반응의 메커니즘	- C3 ~ C6 계의 가지 달린 지방족이 많이 생성된다.  - 탄소질 물질의 석출이 적다.  - 방향족 탄화수소가 많다.  - 디올레핀은 거의 생성되지 않는다.   - 이온반응의 메커니즘 (카르보늄이온 기구)

 

3. 개질, 리포밍(Reforming)

- 옥탄가가 낮은 가솔린, 나프타 등을 촉매를 이용하여 방향족 탄화수소나 이소파라핀을 많이 함유하는 옥탄가가 높은 가솔린으로 전환시킨다. (개질 가솔린)

 

- 수소 존재하에서 약500℃ , 10 ~ 35atm 조건에서 진행되며 주반응은 시클로파라핀의 탈수소로 인하여 방향족 탄화수소의 생성이다.

 

1) Hydro Forming : MoO3 - Al2O3 사용

2) Plat Forming : Pt - Al2O3 사용

3) Ultra Forming : 촉매를 재생하여 사용

4) Rheni Forming : Pt - Re - Al2O3 - SiO2 사용

 

 

 

4. 알킬화법(Alkylation)

 - 알킬화는 C2 ~ C5의 올레핀과 이소부탄의 반응에 의해 옥탄가가 높은 가솔린을 제조하는 방법이다.

 

 - 촉매는 H2SO4, HF, 활성화시킨 AlCl3, HCl을 사용한다.

 

 

5. 이성화법(isomerization)

 - 촉매를 사용하여 n-펜탄, n-부탄, n-헥산 등 n-파라핀을 iso형으로 이성질화 하는 방법이다.

 

 - 이성질화를 통해 옥탄가를 높일 수 있다.

 

 - 촉매로 백금계, 염산으로 활성화시킨 염화 알루미늄계를 사용한다.