석유코크스

3. 석유 코크스의 조성

석유 코크스는 석탄화 과정을 거치면서 가열 또는 정제되어 원료 코크스의 많은 성분이 제거된다. 일반적으로 정제된 석유 코크스는 중금속을 휘발성 물질이나 배출물로 방출하지 않는다.^[6]

석유 코크스는 사용된 원유 원료에 따라 탄소 비율이 최대 98~99%에 달할 수 있으며, 수소 농도는 3.0~4.0%이다. 원료 코크스는 0.1~0.5%의 질소와 0.2~6.0%의 황을 함유하며, 코크스가 석탄화될 때 배출물이 된다.^[6]

열처리를 통해 휘발성 물질과 황이 배출되면서 무게 비율이 감소한다.^[5] 이 과정은 구멍이 있는 고체 탄소 구조인 벌집 모양의 석유 코크스를 생성한다.^[5]

3. 1. 원료 코크스 (생 코크스)

3. 2. 소성 코크스

소성 석유 코크스(CPC, Calcined Petroleum Coke)는 석유 코크스를 소성한 것이다. CPC는 알루미늄, 철, 티탄의 제련에서 전기로의 양극재로 사용된다. 양극재의 원료가 되는 그린 코크스는 불순물로 포함된 금속 성분이 충분히 적어야 하며, 금속 성분이 적은 그린 코크스만이 양극급 코크스라고 불린다.

4. 연료 등급 코크스

연료 등급 코크스는 스펀지 코크스 또는 샷 코크스 형태로 분류된다. 정유업체들이 100년 넘게 코크스를 생산해 왔지만, 스펀지 코크스 또는 샷 코크스가 형성되는 메커니즘은 잘 알려져 있지 않으며 정확하게 예측할 수 없다. 일반적으로 낮은 온도와 높은 압력은 스펀지 코크스 형성을 촉진한다. 또한, 존재하는 헵탄 불용물의 양과 코커 원료의 경질 성분 비율도 영향을 미친다.

높은 발열량과 낮은 회분 함량으로 인해 석탄 화력 보일러의 발전용 연료로 적합하지만, 석유 코크스는 황 함량이 높고 휘발성 함량이 낮아 연소 시 환경적(및 기술적) 문제를 야기한다. 발열량(HHV)은 거의 8000 Kcal/kg으로, 발전에 사용되는 평균 석탄의 두 배에 달한다.^[6] 석유 코크스 연소를 위한 일반적인 황 회수 장치는 WSA 공정을 기반으로 하는 SNOX 배가스 탈황 기술이다.^[7] 유동층 연소는 석유 코크스 연소에 일반적으로 사용된다. 가스화는 이 원료를 사용하여 점점 더 많이 사용되고 있다.

4. 1. 탈황 처리

5. 소성 석유 코크스 (CPC)

소성 석유 코크스(CPC)는 석유 코크스를 소성하여 얻은 제품으로, 원유 정유소의 코크스 유닛에서 생산된다. 소성 석유 코크스는 알루미늄, 철강, 티타늄 제련 산업용 양극 제조와 합성흑연 생산을 위한 원료로 사용된다.^[1]

그린 코크스가 양극 재료로 사용되려면 금속 함량이 충분히 낮아야 하는데, 이처럼 금속 함량이 낮은 그린 코크스를 양극급 코크스라고 한다.^{[1] [2]} 금속 함량이 높은 그린 코크스는 소성하지 않고 용광로의 연료급 코크스로 사용된다.^{[1] [2]}

CPC는 알루미늄, 철, 티탄 제련에서 전기로의 양극재로 사용된다.^[2]

6. 저장, 처리 및 판매

석유 코크스는 판매를 위해 정유소 근처 야적장에 보관된다. 2013년 디트로이트 정유소에서 생산된 석유 코크스가 디트로이트 강 근처 야적장에 보관되었으며, 캐나다에도 대규모 야적장이 존재했다. 중국과 멕시코는 캘리포니아에서 수출된 석유 코크스를 연료로 수입했다.^[31] 2013년 빌 코크가 소유한 옥스보우 코퍼레이션은 연간 1,100만 톤을 판매하는 주요 석유 코크스 거래업체였다.^[31]

2017년 미국의 석유 코크스 수출량 중 4분의 1은 인도로 향했으며, 2016년에는 800만 톤 이상으로 2010년보다 20배 넘게 증가했다.^[32] 인도 환경오염관리청은 뉴델리 근처에서 사용되는 수입 석유 코크스의 황 함량이 법적 한도의 17배에 달하는 것을 발견했다.^[32]

국제해사기구(IMO)의 선박으로부터의 오염방지에 관한 국제협약(MARPOL 73/78)은 2020년부터 황 함량이 0.5%를 초과하는 잔사유(벙커C유 등) 사용을 금지하고 있다.^[33] 과잉 잔사유를 더 가벼운 기름으로 전환하는 코킹 공정의 부산물로 석유 코크스가 생성되기 때문에, 잔사유 수요 감소는 석유 코크스 생산량 증가로 이어질 수 있다. 석유 코크스는 메탄화 공장에서 합성천연가스 등을 생산하는 데 사용되어 폐기 문제를 해결하기도 한다.^[34]

7. 환경 문제

석유 코크스는 발열량이 높고 회분 함량이 낮지만, 황 함량이 높고 휘발성 물질이 적어 연소 시 환경 문제를 일으킨다.^[6] 주 성분이 탄소이므로 연소하면 다량의 이산화탄소를 배출한다.^[10]

석유 코크스를 저장하거나 처리할 때도 환경 문제가 생긴다. 석유 코크스 더미에서 날리는 먼지(비산 먼지)는 대기 중으로 퍼져 주변 환경을 오염시킨다.^[19] 특히 미국 시카고, 디트로이트, 그린베이 등에서 비산 먼지 문제가 심각하다.^[18]

석유 코크스에 들어 있는 바나듐 등의 중금속은 유출수를 통해 주변 하천 등으로 흘러 들어가 수질 오염을 일으킬 수 있다.^[17]

국제해사기구(IMO)의 MARPOL 협약에 따라 2020년부터 선박 연료유의 황 함량 기준이 강화되면서,^[13] 석유 코크스 생산량이 늘어날 것으로 예상된다. 이에 따라 석유 코크스 폐기 문제가 더 심각해질 수 있다.^[14]

인도에서는 수입한 석유 코크스의 황 함량이 기준치를 넘는 사례가 보고되기도 했다.^[12]

석유 코크스는 미세먼지를 발생시켜 폐에 쌓이면 건강에 해로울 수 있다.^[35]

8. 건강 문제

석유코크스는 미세먼지의 원인이 될 수 있는데, 이는 인체의 기도 여과 과정을 통과하여 폐에 침착되어 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다. 연구에 따르면 석유코크스 자체는 낮은 수준의 독성을 가지며 발암성의 증거는 없다.^[15][16]

석유코크스에는 독성 금속인 바나듐이 포함될 수 있다. 디트로이트 강 옆에 저장된 석유코크스 근처의 주거지에서 수집된 먼지에서 바나듐이 발견되었다. EPA에 따르면 바나듐은 아주 적은 양, 즉 0.8ug/m3만으로도 독성을 나타낸다.^[17]

여러 EPA 연구 및 분석에 따르면, 석유코크스는 사람에게 낮은 건강 위해성을 가지고 있다. 관찰 가능한 발암성, 발달 장애 또는 생식 장애 효과는 없다. 동물 연구에서 반복 투여 만성 흡입 실험은 먼지 입자로 인한 호흡기 염증을 보였지만, 이는 석유코크스에 특정한 것은 아니다.^[18]

참조

_[1] 백과사전 petroleum coke https://goldbook.iup[...] International Union of Pure and Applied Chemistry 2006
_[2] 웹사이트 What Is Petcoke? https://www.thoughtc[...] 2017-03-17
_[3] 웹사이트 Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands http://priceofoil.or[...] OilChange International 2013-01-00
_[4] 보고서 Desulfurization of petroleum coke University of Pittsburgh 1990
_[5] 학술지 Microbial removal of sulphur from petroleum coke (petcoke)
_[6] 웹사이트 Pet Coke https://archive.essa[...] 2024-02-19
_[7] 웹사이트 SNOX Process: A Success Story http://www.energysto[...]
_[8] 학술지 Desulfurization of Petroleum Coke: A Review
_[9] 학술지 Studies on the Desulfurization of Petroleum Coke by Organorefining and Other Chemical and Biochemical Techniques Under Milder Ambient Pressure Conditions 2011
_[10] 웹사이트 Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands http://priceofoil.or[...] Oil Change International 2013-05-18
_[11] 뉴스 A black mound of Canadian oil waste is rising over Detroit https://www.nytimes.[...] 2013-05-18
_[12] 뉴스 US exporting dirty fuel to pollution-choked India https://apnews.com/a[...] Bay Area News Group
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_[17] 뉴스 Health concerns go beyond Flint water 2016-03-27
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