석유가 플라스틱 되기까지! [우리가 몰랐던 과학 이야기] (315)

송유관

혹시 지금 여러분 주위에 뭐가 보이시나요? 주위를 둘러보면 다양한 물건이 우리 주변에 있습니다. 펜도 있을 수 있고, 음료수병이 있을 수도 있고, 핸드폰, 노트북 아니면 여러분이 입고 있는 옷도 있죠. 잠깐 둘러본 물건에 공통점이 있다면 무엇일까요? 그것 중 대부분이 석유로 만들어져 있다는 것이죠.

입고 있는 옷이 나일론 소재로 만들어졌거나 혹은 고무줄이 포함되어 있다면 역시 석유화학제품입니다. 그만큼 우리 삶 속에 이미 석유화학제품이 많이 자리 잡고 있다고 여러분도 느꼈을 것이라 봅니다. 그렇다면 이들 석유화학제품은 대체 어디서 어떤 과정을 거쳐서 우리에게 오는 것일까요? 저와 함께 알아보겠습니다.

◆석유의 고향

석유화학제품이란 석유나 천연가스를 원료로 하여 연료 및 윤활유 이외 용도로 사용되는 제품을 뜻합니다.

석유의 원산지인 중동에서부터 출발해 볼까요? 원유 생산지는 이밖에도 미국과 러시아, 유럽 등 여러 나라가 있지만, 우리나라의 석유 대부분은 중동에서 수입됩니다.

머나먼 중동 페르시아만에서 우리나라까지 해상거리는 약 2만5000㎞로, 시추된 원유는 유조선을 통해 50일 정도 바다에서 보낸 뒤 들어옵니다. 이렇게 수입된 원유는 송유관을 통해 정유회사의 탱크로 이동해 저장됩니다.

◆원유 속에 있는 나프타를 찾아라!

그렇게 우리나라에 들어온 원유는 C(탄소) 하나가 들어간 메탄부터 여러 개에 이르는 중유, 그리고 나머지인 벙커C유까지 여러 성분이 섞여 있습니다.

이처럼 너무나도 종류가 많고 그에 따라 쓰이는 분야가 다양하기 때문에 분리를 해줄 필요가 있습니다.

분별 증류를 통한 원유 분리. 출처=줌(http://study.zum.com)

여기서 원유 정제에 들어가게 됩니다. 원유를 나누는 것이지요. 바로 정유회사가 이 일을 합니다.

분별 증류 공정을 통해 끓는점 차이를 이용해 분리하는 과정을 거치게 됩니다. 원유는 크게 액화천연가스(LPG)와 나프타, 등유, 경유, 중유, 아스팔트로 나뉘는데 각각 탄소의 개수와 분자량이 다릅니다. LPG는 가볍고 탄소수가 적은 반면, 아스팔트는 무겁고 탄소수가 많죠. 그에 따라서 끓는점이 달라지는데요, 이 원리를 활용하여 분별 증류를 하면 쉽게 분리할 수 있습니다.

위로 갈수록 온도가 낮아지는 증류탑에서 밑부분은 끓는점이 높고 무거운 아스팔트가, 윗부분은 끓는점이 낮고 가벼운 LPG와 나프타가 나오게 됩니다. 이렇게 각각 분리 정제된 석유제품은 쓰임새에 맞는 곳에 가게 됩니다.

◆나프타는 변신의 귀재

석유화학은 여기서 분리된 나프타, 즉 납사라고도 불리는 탄소 덩어리를 한화솔루션과 같은 석유화학 회사들이 가져와 제품의 실질적인 생성이 시작됩니다. 나프타는 탄화수소에서 C의 개수로 구별이 되는데요. C가 5∼12개 있는 탄화수소를 일컫습니다.

수많은 석유화학제품이 어떻게 나프타에서 만들어질까요? 바로 NCC(naphtha cracking center)를 통해 에틸렌, 프로필렌, 벤젠, 톨루엔 등과 같은 기초 유분을 생산합니다.

제조 과정. 출처=한국석유화학협회(http://kpia.or.kr)

나프타를 수증기와 함께 900도로 가열하면 혼합물이 뜨거운 관에서 다수의 탄화수소로 쪼개지고 열분해된 탄화수소는 작은 분자로 합쳐집니다. 그리고 급랭 및 압축 공정으로 온도를 낮추고 압력을 높여줍니다. 그리고 냉동 공정을 통해 응축물을 분리한 뒤 분리 정제를 통해 에틸렌과 프로필렌, 벤젠 등을 분리합니다.

이러한 공정을 크래킹(craking)이라고 하고 이를 통해 앞서 말했던 기초 유분이 분리됩니다. 이제 이들 탄화수소를 가지고 합성을 통해 수지나 섬유 원료, 고무, 기타 정밀화학 중간재 및 화성품을 제조하게 되는 것이죠.

석유화학 회사 NCC를 통해 나오는 기초 유분을 합성하여 생성되는 결과물은 크게 네가지로 나눌 수 있습니다.

먼저 우리가 흔히 플라스틱이라고 부르는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 등을 아우르는 합성수지, 그리고 섬유의 재료로 쓰이는 합섬원료, 고무의 원료가 되는 합성고무, 그리고 기타 의약품과 화장품, 세제 등으로 분류되는 기타 화학제품으로 나누어집니다.

◆드디어 우리 손안에 온 석유화학제품

석유로 만든 레고 장난감, 합성섬유로 만든 의류, 화장품 용기, 페트(PET)병.(왼쪽 위부터 시계 방향으로)

이렇게 석유화학 회사에서 만들어진 합성수지와 합섬원료, 합성고무는 해당 가공업체에 전달이 되어 플라스틱과 의류, 장난감, 그리고 화장품과 의약품으로 우리와 만나게 됩니다.

혹시 석유화학회사에 대해 알고 싶거나 좀 더 궁금한 점이 있다면 한화케미칼 블로그를 방문해주세요.

한화솔루션 블로거

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