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1. 원유 정제의 의미

  가솔린 엔진을 사용되는 휘발유(gasoline)와 디젤 엔진의 경유, 가스터빈을 움직이는 케로신의 연료는 원유를 정제하여 만든 것이다.  땅속에서 바로 채취한 석유는 일반적으로 '원유'라고 하며 불순물이 많이 섞여 있기 때문에 그대로는 엔진에 사용할 수 없다.  원유의 성상은 그 산지에 의해 상당히 다르지만 특수한 냄새가 있는 액체이며, 비중은0.78~0.99, 색깔은 검은 황색이며, 유동성이 풍부한 것과 흑색으로 끈적 끈적한 느낌이 드는 것등 그 종류는 매우 다양하다.  
  이와 같이 원유의 주성분은 탄소와 수소를 주체로 한 유기 화합물이며, 일반적으로 탄화수소라고 한다. 이 탄화수소는 결합하고 있는 탄소원자와 수소원자의 수에 의해 수많은 종류가 있으며, 또한 그 결합 방법에 따라 여러 가지로 분류된다.  
  구체적으로 원유는 파라핀계 및 나프타계 탄화수소를 주성분으로 하여 방향족 탄화수소와 유황, 질소, 산소등의 화합물을 포함하고 있으며, 이들 성분의 배합 비율에 따라 파라핀, 나프타 또는 아스팔트기, 혼합기(混合基)등으로 구분하여 부르고 있다. 원유는 탄소와 수소의 화합물로 만들어져 있는 탄화수소가 주성분이지만 기타 여러 가지 불순물이 포함되어 있다.이와 같은 불순물을 제거하면서 다른 성질의 이물질을 제거하는 것을 석유의 정제라고 한다.  

  석유정제란 원유를 처리하여 각종 석유제품과 반제품을 제조하는 것을 의미하면 두가지 작업으로 분류되는데 첫째는 증류공정으로 증류에 의해 원유를 구성하고 있는 탄화수소를 그 비등점의 차이에 따라 분류하는 공정이면 둘째는 전화(Conversion) 정제과정으로 각 유분을 세척, 정제(개질,수소처리 분해, 추출등의 마무리 가공), 조합하는 공정이다.

  원유를 보일러에 넣고 비등시켜서 증발시킨다.  다음에 이 증기를 증류탑의 굵고 높은 원통의 하부로 보낸다.  그렇게 하면 증기는 가볍기 때문에 탑의 상부로 향해서  상승하게 되는데, 이때에 가벼운 가스일수록 위로 올라가고 무거운 증기일수록 증기는 아래에 남는다.
  다음에 증기를 냉각시켜 주면 액화하여 아래로 떨어지게 되는데, 증류탑 속의 각 위치에 위로부터 순서대로 액체를 받을 용기를 두게 되면 각각의 액체는 용기에 떨어지게 된다.  
  이와같이 낙하한 액체를 각 용기별로 연결한 파이프로부터 연결하여 각각의 탱크로 수집하면 각각의 연료가 되는 것이다. 이것의 분류는 휘발유는 높은 위치에서, 경유는 낮은 위치에서, 등유는 더 낮은 위치에서 생산된다. 즉, 섭씨 30~200도에서 유출한 것을 휘발유, 섭씨 60~380도에서 유출한 것을 등유, 섭씨 200~350도에서 유출한 것을 경유로 하고, 증류탑 밑으로부터 중유가 얻어진다. 이와 같은 작업을 상압 증류라고 한다.  그러나, 이들 증류나 기타의 조작으로 얻어지는 여러 가지 분류 중, 어떤 것은 그대로 판매되지만 대부분의 것은 불순물이 존재하기 때문에 또는 사용목적에 맞추기 위해 그대로 제품화하지는 않는다.  이들 불순물이라고 하는 것은 수분,유황,산소,질소 등의 화합물, 불포화 탄화수소, 수지질, 아스팔트등이며, 이들을 제거하기 위해 여러 가지 정제를 하게 된다. 정제의 정도는 제품의 규격, 사용목적에 따라 다르다.

                    그림 1. 원유의 정제

2. 전환 과정 (Conversion)　

  가치가 적은 석유 유분을 여러 방법으로 화학변화시켜 전보다 우수하고 새로운 석유제품으로 바꾸는 것을 말하며 다음과 같은 순서로 진행된다.

 
1) 분해 (Cracking)
  비점이 높고 분자량이 큰 탄화수소를 분자량이 작은 비점의 경질 탄화수소로 전환하는 것으로 주로 고옥탄가 가솔린 제조에 쓰인다. 가솔린 기관의 압축비를 너무 높이면 연료가 이상연소하여 실린더 내의 가스 압력이 급격히 변하므로 실린더나 밸브가 진동하여 심한 소리를 내며 엔진의 효율이 나빠지고 출력이 저하하는 현상을 노킹현상이라 하는데 노킹현상을 일으키기 어려운 성질을 안티 노크성이라 하고 안티 노크성의 표시 척도를 옥탄가라 함.
  분해의 종류는 2가지로 구성되며 첫째는 열 분해법으로 고온가압하에서 분해하는 것으로 옥탄가가 낮아지고 안정 성이 떨어져 잘 사용하자 읺으며, 둘째는 접촉 분해법으로 촉매(Silica-Alumina계나 합성 Zerolite)를 사용하여 옥탄가가 높고 냄새가 적은 가솔린으로 정제한다. 　

 
 2) 개질 (Reforming)
  옥탄가가 낮은 나프타성분을 변화시켜 고옥탄가의 가솔린으로 개질 하는 방법으로 개질의 종류에는 열 개질법과 접촉 개질법이 있으며 열 개질법은 가솔린의 수율이 낮고 안정성이 떨어져 잘 사용하지  않으나 접촉 개질법은 중질 가솔린 유분을 수소 기류 중에서 고온가압하에서 촉매와 접촉시켜 고옥탄가의 가솔린을 얻는 방법으로 많이 사용하고 있다. 　

 
  3) 수소화 분해
  수소기류 중에서 촉매를 사용하여 원료유를 고온고압하에서 분해하여 나프타나 중간 유분으로 제조하는 방법으로 광범위한 원료유의 처리가 가능하고 탈황이나 분해를 동시에 시행할 수 있으며, 분해조건을 바꿈으로서 각종 분해 생성률의 수율을 광범위하게 바꿀 수 있다. 경질가스가 탄소의 생성이 적으며, 원료에 대한 수율은 120%까지 달할 수도 있다. 분해와 동시에 탈황, 탈질소, 수소화도 행할 수 있으므로 제품은 고 품질의 가솔린으로 전환이 가능하다.

 
4) 이성화법(에테르화 공정)
  직류 탄화수소로부터 분기 탄화수소의 생성, 또는 분지도가 높은 탄화수소를 생성하는 방법으로 특히 N-파라핀으로부터 알킬화 원료로 사용되는 이소 부탄 제조와 고옥탄가 연료의 이소페탄과 이소핵산의 제조가 중요한 역할을 한다.