LPG(액화석유가스)
LPG는 약칭하여 LP가스로도 불리는데 원유의 채굴 또는 정제과정에서 생산되는 기체상의 탄화수소를 액화시킨 것으로서, 주성분은 프로판(C3H8) 또는 부탄(C4H10)이다. 석유유분 중 탄소수가 1~4개인 가벼운 탄화수소는 상온,상압하에서 기체상태로 존재하지만, 적정압력을 가하면 액체로 변한다. 따라서 탄소수가 3개인 프로판과 탄소수가 4개인 부탄에 압력(6~7kg/cm2)을 가해 액화시킨 다음 압력용기에 넣은 것을 LPG(액화석유가스)라고 한다. 이처럼 액화시켜 용기에 넣는 이유는 기체상태일 때보다 부피가 약 1/240~1/280로 줄어들어 저장 및 수송에 편리하기 때문이다.
상압에서 액화프로판은 -45℃에서 기화되며, 액화부탄은 -0.5℃에서 기화되어 프로판이 부탄에 비해 가볍고 점화성이 좋다. 일반적으로 가정이나 음식점 등에서 사용하는 LPG는 용기 속에 프로판이 액체로 들어 있다가 용기에 부착된 압력조정기를 통과하여 상압인 대기로 나올 때 가스화하여 불이 붙는 것이다. 그리고 택시 등 LPG자동차에 연료로 사용되는 부탄은 가스충전소에서 자동차 연료탱크로 액체로 충전된 후 그것을 감압시키는 가스조정기를 통과하여 기체화되는 것이다. 다른 수송용 연료에 비해 효율이 낮으며, 폭발사고의 위험이 있음에도 자동차연료로써 LPG(부탄)를 사용하는 것은 도시가스 원료나 취사용으로 사용되던 프로판에 비해 수요가 없는 부탄의 수요를 창출하고, 세금이 무거운 휘발유,경유 대신 세금을 낮춘 값싼 수송 연료를 공급하여 특수 수요자에게 연료비 부담을 경감시켜 주기 위한 정책적 고려에서 비롯된 것이다.
또한 레저용 소형 가스버너에 사용되는 착탈식 연료통 안에는 부탄이 액체상태로 들어 있다. 그러나 LPG는 순수한 프로판 또는 부탄만 액화한 것이 아니라, 사용편의 또는 성능을 위해서 프로판에는 약간의 부탄이, 그리고 부탄에는 약간의 프로판을 섞는다. 또한 안전을 위해서 냄새나게 하는 부취제를 섞기도 하며, 그 외에 프로필렌 등 경질탄화수소도 혼합되어 있다. 따라서 자동차용에 사용되는 부탄에는 시동을 용이하게 하기 위해 프로판이 섞여 있으며, 겨울철에는 프로판의 함량이 더 높아진다.
LPG특성으로는 열량(리터당)에 있어서 경유, 휘발유 등 타석유제품에 비해 낮다. 따라서 수송용에 있어서 경유, 휘발유에 비해 연료소모가 많아 잦은 연료충전이 필요한 단점이 있다. 반면 LNG성분의 도시가스보다는 열량이 높아서 짧은 시간에 가열을 요구하는 대형음식점 등에서 취사용으로 선호된다. LPG는 공기보다 1.5~2배 무겁기 때문에 누출되면 주변바닥에 깔려 있게 되므로 조그만 불꽃에 의해서도 인화•폭발할 위험이 있으며, 드물게 질식사고가 발생하기도 한다. 반면 도시가스는 공기보다 가벼워 누출될 경우 대기 중으로 분산된다.
휘발유(Gasoline)
휘발유는 석유제품 중 약 13%의 생산비중을 차지하고 있는데, 일상 생활과 밀접한 자동차 연료로 사용되기 때문에 가장 친숙한 석유제품이다. 휘발유란 비점 범위가 30~200℃ 정도로서 휘발성이 있는 액체 상태의 석유 유분을 총칭하는 말이다. 휘발유의 물리적 성질은 일반적으로 상온•상압에서 증발하기 쉽고, 인화성이 매우 높으며, 공기와 적당히 혼합되면 폭발성 혼합가스가 되어 위험하다. 휘발유는 일반적으로 자동차용, 항공용, 공업용 등 세 가지로 나뉜다.
자동차용 휘발유는 가속되는 경우에도 충분히 증발하여 실린더에 연료를 공급할 수 있도록 휘발성이 좋아야 한다. 그러나 휘발성이 높기 때문에 상온•상압에서 유증기가 발생하여 대기 중으로 배출되는데, 유증기에는 벤젠•톨루엔 등 휘발성유기화합물(VOC)이 함유되어 있어 오존 발생을 비롯한 환경문제를 야기시킬 수 있다. 따라서 우리나라는 저장•출하 단계에서 대기 중으로 배출되는 유증기를 회수하는 조치(STAGE I)를 2004년에 완료한데 이어, 2008년 하반기부터 주유 단계에서 발생되는 유증기를 회수하는 조치(STAGE II)를 실시하는 등 VOC 배출 관리를 강화하고 있다.
또한 자동차 휘발유와 항공용 휘발유 등 소위 가솔린 엔진용 연료의 품질을 평가할 때 가장 중요시되는 것이 옥탄가이다. 휘발유에는 가장 중요한 성질로서 안티노크성을 일으키지 않는 것이 요구된다. 안티노크성이란 한마디로 말하면 가솔린 엔진 내에서 휘발유를 연소시킬 때 일어나는 잦은 노킹현상을 억제하는 성질이다. 노킹은 휘발유와 공기를 실린더 내에서 압축했을 때 피스톤이 상사점에 이르기 전에 점화되어 미연소가스가 자연발화하면서 폭발적으로 연소하는 현상을 말한다.
노킹현상은 엔진의 출력을 저하시키며, 이상 고온,고압으로 엔진 내에서 금속파열음을 발생시킨다. 안티노크성을 나타내는 척도로 옥탄가가 사용되는데 옥탄가가 높을수록 안티노크 성이 좋다는 것을 나타낸다. 현행 국내 자동차 휘발유는 옥탄가(RON)에 따라 보통휘발유(1호=91~94 미만)와 고급휘발유(2호=94이상)로 구분하며, 소비자의 식별을 용이하게 하기 위하여 보통휘발유에는 노란색, 고급휘발유에는 녹색을 착색한다.
이상 연소에 의한 노킹을 방지하기 위해서 과거에는 안티노크제인 4메(에)틸납을 첨가하였다. 그러나 납성분은 인체에 유해한 배출가스를 발생시키고, 배출가스의 유독물질을 중화하는 촉매전환장치를 손상시키는 문제점을 안고 있어, 1987년 7월에 납성분이 제거된 무연휘발유가 공급되고, 1993년부터는 전면적으로 무연휘발유 사용이 의무화되었다. 무연 휘발유는 납 대신에 MTBE 등 함산소화합물의 첨가제를 사용하여 산소함량을 증진시키고 옥탄가를 높일 수 있다.
항공용 휘발유는 프로펠러를 가진 경비행기의 연료로 사용된다. 프로펠러 비행기의 항공 피스톤 엔진도 자동차의 휘발유 엔진과 같은 전기 점화식인 4사이클링 엔진이므로 품질도 자동차용 휘발유와 대부분 공통적이나 항공기의 경우 운행 조건이나 환경이 다르고 추락 등 사고 발생의 위험성이 크기 때문에 품질을 엄격하게 규정하고 있다. 공업용 휘발유는 용제로 사용되는데 유지, 드라이크리닝용, 고무공업용, 도료용, 세척용 등으로 널리 사용된다.
나프타(Naphtha)
나프타는 페르시아어의 Naft(땅에서 스며나온 것)를 어원으로 하고 있다. 미국에서는 정제되지 않은 粗가솔린이란 의미로도 사용되고 있다. 그것은 추가 제조공정을 거쳐 가솔린을 제조하기 때문이다. 나프타는 원유를 증류할 때 LPG와 등유 유분 사이에 유출되는 것으로 일반적으로 경질나프타와 중질나프타로 구분한다.
경질나프타는 비점 30~130℃, 비중 0.65~0.70이며, 중질나프타는 비점 90~170℃, 비중 0.70~0.75 정도로서 불특정 다수의 소비자에게 적용되는 유종이 아니란 점 때문에 품질성상에 관해서는 표준화되어 있지 않고, 제품 인도 시에 용도에 따라 당사자간의 협의에 따르고 있다. 경질나프타는 석유화학원료(에틸렌 제조용), 합성비료 등 화학공업 원료로 사용되므로 열분해되기 쉬운 파라핀계 탄화수소가 많고 황분이 적은 것이 바람직하다. 중질나프타는 자동차용 휘발유의 혼합 기초 재료인 접촉개질 휘발유의 원료와 방향족 탄화수소 제품 원료로 사용되고, 방향족화되기 쉬운 아로마 나프텐계 탄화수소가 많은 것이 바람직하다.
등유(Kerosene)
등유는 휘발유에 이어 유출되는 유분으로 그 비점범위는 160~300℃ 정도이며, 가정용으로 가장 많이 사용되나 동력용, 용제 등으로도 쓰이며, 성상은 각 용도에 따라 다르다. 가정용 등유에 있어서 인화성은 가장 중요한 특성이다. 등유는 석유제품 중 가장 오래 전부터 사용되어 왔다.
케로신은 그리스어로 케로스(밀랍)를 어원으로 하고 있듯이 등화용으로 각광을 받았다. 초창기의 석유정제는 케로신을 생산하고, 이 케로신으로부터 등화용의 기름과 함께 양초 제조용 파라핀 납을 얻는 것이 주요 공정이었다. 그러나 전기로 어둠을 밝히면서, 등유의 용도는 난방•취사용으로 바뀌었다. 등유는 풍로나 스토브 등에 채워진 후, 목면제 또는 유리섬유제의 심지로 빨아올려져 증발하면서 점화되어 공기를 따뜻하게 하거나, 음식물을 조리하는데 사용되었다. 생활수준의 향상과 함께 난방과 취사용 연료의 진화가 계속되어 등•경유 보일러 난방이 보급되다가, 최근에는 도시가스가 취사•난방에서 주요한 역할을 차지하고 있다.
경유(Diesel Oil, Gas Oil)
경유는 등유 다음으로 유출되는 유종으로, 비점이 200~370℃ 범위이다. 원래는 휘발유나 등유보다 용도가 적고 가격이 낮아 경유를 분해한 가스를 첨가시켜서 도시가스의 열량을 높이는 데 사용하였기 때문에 가스 오일이라는 별칭이 붙게 되었다. 용도는 보일러의 연료와 기계 등의 세척용, 금속가공유 원료 등으로 사용되나 대부분(약 80%)이 각종 디젤엔진의 연료로 쓰이고 있어 디젤 오일이라고 부른다.
그러나 디젤엔진에는 등유와 중유도 사용되므로 디젤연료 모두가 경유는 아니다. 디젤엔진은 연소실 내의 흡입공기를 고압축비로 압축하여 압축공기온도를 연료의 자동발화 온도 이상으로 하여 여기에다 연료를 분사시켜 연소시키는 방식이다.
휘발유엔진이 전기착화식인데 비해 디젤엔진은 압축착화식이라고 할 수 있다. 디젤엔진은 처음에는 크기가 초대형이고 출력이 대단히 커서 대형선박과 대형기계의 동력원으로 이용되다가 엔진의 소형화에 성공하여 자동차용에 쓰이게 되었다. 대형선박과 이동하지 않는 형태의 동력원으로 이동되는 것을 저속디젤엔진, 자동차용에 주로 이용되는 것을 고속디젤엔진이라고 한다.
경유가 주로 사용되는 고속디젤엔진 연료에 대한 요구 성상은 여러 가지가 있으나 ①엔진에 필요한 착화성을 지닐 것 ②사용온도에서 적당한 점도 및 휘발성을 유지할 것 ③유동점이 낮아 저온에서 펌프 작동성이 좋을 것 등이다. 실린더 내로 분사된 연료는 즉시 착화하지 않고 착화하기까지 시간적인 갭이 있을 수 있다. 그러나 착화지연이 길게 되면 실린더 내의 연료량이 많아지게 되므로 이것이 일시에 연소하면 급격한 팽창과 고열이 발생하기 때문에 피스톤헤드는 심한 충격을 받는다.
이러한 이상 연소를 디젤노크라 한다. 착화지연을 단축시켜 디젤노크를 방지하려면 연료의 세탄가를 올려 착화성을 좋게 하거나 흡입공기의 온도를 높이는 수단을 강구해야 한다. 경유의 착화성은 일반적으로 세탄가로 평가되는데, 고속디젤엔진의 연료유로서는 세탄가 40 이상이 요구된다. 파라핀계 원유로부터 생산되는 경유는 세탄가가 보통 50~63으로 매우 높은 수준이어서 고속디젤엔진용에 적합하다.
디젤연료에 있어서 (동)점도도 중요한 성질이다. 엔진 내의 연소는 미립자화된 연료가 분무되어 시작되기 때문에 연료의 미립자화를 위해 점도가 낮을 필요가 있으나 연료가 엔진 내의 윤활기능을 수행해야 하므로 어느 정도의 점도가 필요하다. 그 밖에 겨울철의 저온시동성을 유지하기 위해 유동점도 중요한 성질로서 요구된다. 예컨대 밖의 기온도보다 유동점이 높으면 자동차의 시동에 지장을 초래하는데, 이 때문에 겨울철에는 유동점을 낮춘 겨울용 제품을 별도로 공급하게 되어 있다.
벙커유(Bunker Oil)
벙커유는 우리가 흔히 중유(重油)라고 부르는 무겁고 끈적끈적한 석유제품이다. ‘벙커유’라는 이름은 선박이나 항구에서 연료용 석유제품을 저장하는 용기를 ‘벙커’라고 부른 것에서 유래되었다. 벙커유에는 보통 A,B,C 종류가 있으나 벙커A,B는 경유에 가까운 특성을 가진 것으로 최근에는 잘 사용하지 않는다. 벙커유는 증류잔사유(Residual Oils)를 주성분으로 하고 특히 화학적인 정제는 하지 않으므로 석유제품 중 품질면에서 저급하다고 할 수 있다.
그러나 원유에서 필요한 석유제품을 빼내고 남은 것을 의미하는 것은 아니며, 이를 다시 분해하여 휘발유, 등유, 경유 등을 만들 수 있기 때문에 벙커유는 명확한 목적을 가지고 만들어진 석유제품이라고 할 수 있다. 따라서 그 용도에 따라 동점도, 잔류탄소분, 황분, 유동점 등을 조정하여 연료로서의 품질에 충분한 주의를 기울이고 있다. 벙커유는 열 에너지원으로 중요한 역할을 하고 있다.
석탄의 발열량이 5,000~7,000㎉/㎏인데 비해 B-C유는 10,000~11,000㎉/㎏으로 일정 열량을 얻는데 소요되는 연료의 양은 대체로 석유:석탄 = 1:1.75의 비율로 석유의 발열량이 높다. 또한 벙커C유는 석탄에 비하여 연소에 필요한 공기량이 적기 때문에 과잉 공기에 의한 열손실이 적고, 연소의 조절이 용이하며, 점화 및 소화가 간편하여 열의 이용도가 높다. 더욱이 수송, 하역, 저장이 간편하며 특정한 장소를 필요로 하지 않으며, 계량이 용이하고 타고 남은 재의 처리에 관한 문제가 없다. 벙커C유는 대형 엔진의 동력원, 보일러 연료 등의 열원으로 사용된다.
아스팔트(Asphalt)
석유, 석탄 또는 기타 유기물이 열변화하여 생성될 수 있는 타르 상태인 물질을 일반적으로 역청(Bitumen)이라 한다. 아스팔트란 이 역청을 주성분으로 하는 흑색 또는 흑갈색인 고체 또는 반고체의 가소성 물질로 원유를 증류할 때 얻어지는 잔류물이나 이와 유사한 성분으로 구성된 천연산의 것을 말한다.
즉, 아스팔트는 도로포장용이나 건축 재료로 이용되는 석유제품 외에 지표에서 스며 나온 석유가 오랜 세월이 흐르는 동안 경질유분을 상실하고 비바람에 씻겨 산화된 천연아스팔트도 포함된다. 그러나 천연아스팔트는 아주 작은 양이기 때문에 일반적으로 아스팔트라 하면 석유공업에서 생산되는 석유 아스팔트(Petroleum Asphalt)를 말한다.
아스팔트는 검은색의 접착성이 강한 고형 물질인데, 가열하면 연하게 되어 유동질 상태로 된다. 아스팔트는 감압 증류된 잔사유를 원료로 하여 제조되는 것이 일반적이다. 이것을 직류 아스팔트라고 부르며 주로 도로 포장용으로 사용된다. 직류 아스팔트에 가열한 공기를 불어넣어 산화시킨 것을 블로운 아스팔트라고 부르며, 이것은 주로 방수 방습 공사, 루핑, 전기절연재료 등으로 이용된다. 또한 아스팔트에 등유 등의 경질유를 섞어서 물과 유화시킨 아스팔트유제는 도로의 간이포장에 쓰인다.
출처: 대한석유협회 자료