원유에서 가스를 분리하는 방법 | 탄화수소 분별증류

원유에서 가스를 분리하는 과정은 정유 및 석유화학 공정의 중요한 단계 중 하나입니다. 원유는 다양한 탄화수소 화합물로 구성된 복합 혼합물로, 이 중에서 가스 형태의 탄화수소를 분리하는 것이 중요한 공정입니다. 이 과정은 주로 물리적 분리 방법을 사용하며, 원유에 포함된 천연가스 및 경질 탄화수소를 효율적으로 추출하기 위해 다양한 기술이 적용됩니다. 이번 글에서는 원유에서 가스를 분리하는 방법과 그 과정을 알아보겠습니다.

원유에서 가스 분리 개요

원유는 지하에서 채굴될 때 다양한 형태의 탄화수소 화합물을 포함하고 있으며, 이 중에는 가스, 액체, 고체 형태의 탄화수소가 모두 포함되어 있습니다. 원유에서 가스를 분리하는 첫 번째 단계는 원유를 가공 처리하여 경질 탄화수소(주로 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등)를 추출하는 것입니다. 이 과정은 정유 공정의 첫 단계로, 가스를 분리함으로써 연료나 석유화학 원료로 사용할 수 있습니다.

가스 분리 방법

1. 감압 공정 (Decompression)

원유는 지하 깊은 곳에서 고압 상태로 존재하며, 이를 지상으로 추출하면 압력이 낮아지면서 자연스럽게 일부 가스가 원유에서 분리됩니다. 이 과정을 감압 공정이라고 하며, 가스를 회수하는 가장 기본적인 방법 중 하나입니다. 감압으로 인해 분리된 가스는 천연가스나 연료 가스로 사용됩니다.

2. 플래시 증발 (Flash Vaporization)

플래시 증발은 고온, 고압 상태의 원유가 압력 차로 인해 갑자기 증발하면서 가스를 분리하는 방법입니다. 이 과정에서 원유는 탑 형태의 분리 장치(플래시 드럼)에 투입되어 고온에서 빠르게 증발하고, 그 과정에서 가벼운 탄화수소가 기체 형태로 분리됩니다. 이러한 기체는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등과 같은 경질 탄화수소로 구성됩니다.

3. 분별 증류 (Fractional Distillation)

분별 증류는 가장 널리 사용되는 원유 가스 분리 방법으로, 원유를 다양한 끓는점 범위로 분리하여 가스와 액체 탄화수소를 추출합니다. 원유는 가열되어 증류탑으로 보내지며, 끓는점이 낮은 성분부터 높은 성분까지 차례로 분리됩니다. 이 과정에서 끓는점이 가장 낮은 성분은 주로 메탄, 에탄과 같은 경질 탄화수소로, 탑의 상부에서 기체 형태로 분리됩니다.

분별 증류에서 발생하는 주요 가스 성분은 다음과 같습니다:

• 메탄 (CH₄)
• 에탄 (C₂H₆)
• 프로판 (C₃H₈)
• 부탄 (C₄H₁₀)

이러한 가스는 정유 공장에서 천연가스나 액화석유가스(LPG)로 사용됩니다.

4. 저온 분리 (Cryogenic Separation)

저온 분리 공정은 가스를 극저온으로 냉각하여 고체나 액체 상태로 변환한 후, 이를 다시 기화시키면서 가스를 분리하는 방법입니다. 이 공정은 주로 메탄, 에탄 등 경질 탄화수소를 분리하는 데 사용되며, 매우 낮은 온도에서 가스를 응축시키고, 이를 다시 기화하여 순도 높은 가스를 얻습니다. 이 과정은 고도의 기술을 필요로 하지만, 매우 순도 높은 가스를 얻을 수 있어 석유화학 산업에서 중요한 공정입니다.

5. 흡착 공정 (Adsorption)

흡착 공정은 특정 흡착제를 사용하여 원유 내 가스를 분리하는 방법입니다. 흡착제는 주로 활성탄이나 제올라이트와 같은 물질이 사용되며, 이를 통해 원유에서 경질 탄화수소를 선택적으로 분리할 수 있습니다. 이 공정은 주로 가스 정제나 불순물 제거에 사용되며, 메탄과 같은 특정 가스를 분리할 때 효과적입니다.

결론

원유에서 가스를 분리하는 방법은 여러 가지가 있으며, 주로 물리적인 과정으로 이루어집니다. 감압 공정, 플래시 증발, 분별 증류, 저온 분리, 흡착 공정 등 다양한 방법을 통해 원유에서 메탄, 에탄, 프로판, 부탄과 같은 경질 탄화수소 가스를 효율적으로 분리할 수 있습니다. 이러한 가스는 천연가스나 액화석유가스(LPG) 등으로 사용되며, 석유화학 공정의 중요한 원료로 활용됩니다.

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