안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
정유 공정에서 수소가 발생하는 핵심적인 이유는 원유를 고부가가치 제품으로 변환하는 과정 중 하나인 촉매 개질 공정 때문입니다. 원유에서 분리된 나프타는 그 자체로는 옥탄가가 낮아 자동차 연료로 쓰기에 적합하지 않습니다. 이를 개선하기 위해 백금 계열의 촉매를 사용하여 화학 구조를 변화시키는데, 이 과정을 촉매 개질이라고 부릅니다.
이 공정의 주된 반응은 고리 모양의 탄화수소인 나프텐에서 수소 원자를 강제로 떼어내어 안정적인 방향족 화합물로 만드는 탈수소화 반응입니다. 탄소 결합이 재배열되는 과정에서 분리된 수소 원자들이 서로 결합하여 기체 상태의 수소 분자로 배출되는 것입니다. 결과적으로 옥탄가가 높은 휘발유 성분을 얻는 과정에서 부산물로서 막대한 양의 수소가 자연스럽게 생성됩니다.
과거에는 이렇게 발생한 수소가 불순물이 섞인 가스 형태로 취급되어 공정 내 연료로 태워지거나 배출되기도 했습니다. 그러나 현대의 정유 공장에서는 이를 버리지 않고 환경 규제에 대응하기 위한 탈황 공정에 재투입합니다. 원유 속의 황 성분을 제거하기 위해 수소를 반응시켜 황화수소 형태로 걸러내는 방식입니다. 만약 내부에서 쓰고도 남는 잉여 수소가 있다면 이를 정제하여 인근 화학 공장의 원료로 판매하거나 수소 에너지원으로 활용하는 추세입니다. 즉, 수소는 정유 과정에서 발생하는 필연적인 화학적 산물이자 공정 효율을 결정짓는 중요한 자원이라고 할 수 있습니다.