GTL 혼합과 디젤 효율 개선을 통한 정유업계 효율 향상 :: 전체

아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory), Sasol Synfuels 및 Jacobs Consultancy가 crude slate의 변화, 지역적 및 계절적 변동, 가솔린/디젤 생산비율 및 GTL 디젤 혼합과 같은 변화에 의한 미국 정유산업 및 효율에 미치는 영향을 조사하기 위해 미국 정유공장에 대한 산업계 전반에 걸친 선형 프로그래밍(industry-wide linear programming) 결과를 사용하였다. 선형 프로그래밍은 정유산업계에서 최적화 및 분석을 위한 일차적인 도구로 사용되고 있다.

Environmental Science & Technology지에 게재된 본 연구에서는, 정제 및 제품에 따른 효율정도가 원유의 품질, 계절 및 지역적 요소, 정유 배치(refinery configuration) 및 복잡성과 밀접하게 연관되어 있음을 보여주고 있다. 국내에서 공급되는 타이트 라이트 오일(tight light oil)의 가공을 통해서도 정유 효율을 어느 정도 향상시킬 수 있지만, 이런 이점은 원유 재균형(crude rebalancing)에 의해 상쇄되는 것으로 나타났다.

디젤 효율의 감소는 GTL(Gas-to-Liquids) 디젤의 혼합을 통해 상쇄될 수 있으며, 정유업자가 중간 연료 스트림을 더 효율적인 디젤 생산경로로 전환하는 것을 가능하게 함으로써 추가적인 자본투자 없이도 디젤의 효율적인 생산이 가능해진다.

이전 연구에서 개별 제품에 따른 에너지 및 온실가스 배출 정도에 대해 조사한 바 있지만, 실제 가동 환경에서의 복잡성과 운영상의 유연성을 정확히 대변할 수 없는 평균적인 정유공장 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 현재 대규모 정유 공정을 보유한 미국 내 정유업계에 보다 넓은 관점을 제공해 주고자 하였다. 본 연구는 일일 생산량이 10만 배럴 이상인 미국 내 43개 정유공장을 대상으로 하였다. 2012년 기준으로 미국 전체 정유 용량의 70% 정도를 포괄하는 것이다.

연구팀은 저황 디젤 연료 및 CARB 가솔린과 같은 고도로 정제된 원료의 선형 프로그래밍을 개량하고, 각 정유공장을 분석하기 위해 공정 서브 모델을 현재의 정유 배치를 대표할 수 있도록 하였다.

제품 슬레이트(product slate)는 각 정유사에서 관여하고 있는 시장을 기반으로 개발되었다. 모델은 저황 가솔린(30 ppm), 저벤젠 가솔린(0.62 vol %), 에탄올 10% 가솔린(E10), 초저황 디젤(ULSD, 10ppm), 텍사스 LED(Low Emissions Diesel) 및 CARB 제품을 포함한 제품사양(specificagtion)이 있는 제품을 위해 구축되었다.

연구팀은 배출이 아닌 영업 이익률(profit margin)을 위해 모델을 최적화하였다. 따라서 가격은 선형 프로그래밍 모델의 주요한 동기가 되며 본 연구의 핵심 요소가 된다.

분석 결과, 계절 및 지역적 요소에 의해 제품 및 정유공장별로 상당한 차이가 존재하였다. 이런 다양성을 기반으로, 연구팀은 정유공장의 평균 탄소집약도(carbon intensity) 값이 정책집행에 의존해서는 안된다고 제안하였다.

국내 타이트 오일 증가분에 대한 가공은 정유 효율에 약간 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 타이트 오일 증가분의 정제는 원유의 API 비중(gravity)을 향상시키고, 황 함량을 감소시키며, 공정의 복잡성 감소 등의 효과가 있다. 그러나 설비의 최적 운전과 연관된 재정상황에 따른 원유의 재균형(예, 타이트 오일 증가분 처리를 위한 정유 배치의 근본적인 변화)은 긍정적인 효과를 상쇄하게 된다.

결론적으로, 현재의 미국 정유산업은 영업이익을 최적화하는 방향으로 가동되고 있다. 앞으로 이산화탄소 배출 감소 의무와 수요변화 충족 및 품질 제약의 가능성을 두고, 미국 정유산업계는 효율 최적화에 직면할 것이다. 효율과 원유 API 비중, 황 함량, 중질제품(heavy product) 및 공정 복잡성 등과 같은 필수 요소들과의 역동적인 관련성이 미래 미국 정유산업의 효율 변화를 이해하기 위한 핵심이 될 것이다.