탄화수소 종류, 탄화수소 결합, 분류, 특성, PONA 함량

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

 

이전 글에서는 '이성질체 개념과 종류, 유기촉매 반응 원리'를 정리하였습니다.

2023.08.12 - [EnergyTok/정유·화학] - 이성질체 개념과 종류, 비대칭 유기 촉매 원리, 반응, 실험

이성질체 개념과 종류, 비대칭 유기 촉매 원리, 반응, 실험

 

오늘의 EnergyTok은 '탄화수소 종류, 결합, 분류, 특성, PONA 함량'입니다. 석유제품, 석유화학 제품은 탄화수소로 이루어져있는데요. 탄화수소는 결합 방법에 따라 파라핀계(Paraffins), 나프텐계(Naphthenes), 올레핀계(Olefins), 방향족계(Aromatics)로 나누어지는데요. 각 결합 유형의 특성에 대하여 알아봅시다.

 

 파라핀(Paraffin)계 탄화수소 

 

Paraffin계 탄화수소는 탄소가 직선으로 연결되어 있는 사슬 형태이면서 단일결합 구조(Alkane)로만 이루어진 포화 탄화수소 군집을 의미합니다. 일반적으로 CnH2n+2와 같은 분자식을 가지고 있으며, 파라핀계 탄화수소 중 가장 간단한 형태로, 탄소가 1개(n=1)인 메탄(CH4)에서부터 시작해 ‘메탄 계열 탄화수소’라고도 불립니다. 일반적으로 Normal Paraffin은 일자형 사슬모양의 단일 결합 구조이며, Iso Paraffin은 탄소 원자수는 같으나 '가지'가 있음을 의미합니다. 일반적으로 Normal Paraffin 함량이 많을 경우 휘발유 옥탄가는 낮고, 경유 세탄가는 높아지며, 유동성이 떨어지는 문제점이 있습니다. 따라서 정유사들은 Normal Paraffin(n-Para)의 함량을 Isomerization 하여 보다 고부가가치의 경질유분을 생산하고자 별도의 Fine-Tuning의 공정을 두는 경우가 많습니다.

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 올레핀(Olefin)계 탄화수소 

 

지방족 불포화 탄화수소로 일반적으로 CnH2n으로 나타낼 수 있으며, 분자구조에 탄소 이중결합 구조(Alkene)을 가지고 있는 것을 통틀어 올레핀계 탄화수소라고 칭합니다. 올레핀(Olefin)계 탄화수소는 원자 간 연결이 이중(=) 혹은 삼중(≡) 결합 등이 포함된 분자구조를 가진 경우가 많은데, 이중/삼중 결합의 분자구조는 불안정한 구조로, 변형이 쉬워 높은 화학 반응성을 보이는 까닭에 석유화학 산업에서 많이 활용되는 경우가 많습니다. 자연에서의 Olefin계 탄화수소는 매우 적어, NCC(Naphtha Cracking Centre) 등에서 열분해 통해 다량 생산하고 있습니다. 정유공장에서의 올레핀(Olefin)계 탄화수소는 옥탄가가 높지만 화학 반응성도 높기에 다른 분자와 붙거나 엔진에 찌꺼기를 형성하는 불안정성 문제를 갖고 있습니다.

 

 나프텐(Naphthene)계 탄화수소 

Ex. Cyclo-Hexane, C6H12

 

탄화수소가 단일 결합으로 연결된 탄소 원자 5~6개가 고리 형태를 이룬 분자입니다. 동 고리모양 분자구조로 된 탄화수소로 Cyclo-Paraffin이라고도 불립니다. 정유, 석유화학 공정에서 나프텐계 탄화수소는 휘발유 옥탄가도 높은 편이며, 촉매를 사용한 Reforming 공정에서 방향족으로 쉽게 전환되는 유분으로 매우 중요한 유분입니다.

 

 아로마틱(Aromatic)계 탄화수소 

Ex. Toluene

 

Ex. Xylene

 

방향족 탄화수소는 벤젠(Benzene) 고리를 포함하는 탄화수소로 비교적 규칙적인 형태로 단일 결합과 이중 결합이 교대로 반복 연결된 형태입니다. Naphthene계와 비슷한 분자구조이나, 탄소결합이 하나 건너 하나씩 이중결합을 하는 점이 특징입니다. 자연상태의 석유 속에 함유된 양은 적으나, CDU에서 생산된 납사 중 일부를 Reformer 공정(접촉개질공정)을 통해 방향족화하여 옥탄가를 높여 휘발유 반제품용으로 다량 생산하고 있으며, Benzene, Toluene, Xylene 제조 원료로도 사용되고 있습니다. 

 

 

오늘은 '탄화수소 종류, 결합, 분류, 특성, PONA 함량'에 대하여 알아보았습니다!
다음 글에서는 '액화석유가스 LPG'를 정리해보겠습니다.

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