감압증류 공정(Vacuum Distillation Unit)

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘 주제는 '감압증류 공정(vacuum Distillation Unit, VDU 공정)'입니다.

 

앞서 알아본 상압증류공정에서 원유를 분별증류하면, 상대적으로 부가가치가 낮은 중질유분(Atmospheric Residue, 벙커c유)이 무려 40% 정도 생산되게 됩니다. 이러한 중질유분을 원료로 다시 한번 고부가가치의 경질유분을 추가로 생산해 내기 위해 정유사들은 감압증류설비를 도입하여 운용하고 있습니다.

 

앞선 글에서 설명한 '고도화 설비 및 정제마진'에 대한 설명은 아래 링크를 참조해주세요.

2023.04.26 - [EnergyTok/정유·화학] - 고도화 설비와 정제마진

고도화 설비와 정제마진

 

감압증류 공정 (Vacuum Distillation Unit, VDU) 란?

 

 

산 꼭대기에서 지은 밥이 설익는 것은 높이 올라갈 수록 압력이 낮아지기 때문인데요. 정리하자면 공기저항이 적을수록 그리고 압력이 낮을수록 보다 쉽게 기화가 됩니다. 감압증류공정(VDU, Vacuum Distillation Unit)은 바로 이러한 원리에 착안하여, 앞선 상압증류탑(CDU 공정)에서 생산한 AR을 대기압(1 atm) 이하에서 감압(0.4 내외)하여 공기저항을 줄여 보다 용이하게 AR을 기화시키고자 하는 공정입니다. 감압증류공정에서는 Vacuum Gas Oil(VGO, HCVGO)와 VR(Vacuum Residue)을 분리하는 공정으로 VGO는 후단 Hydropressing 공정의 원료로, VR은 추후 아스팔트 유분과 용제 유분을 분리한 후 Asphalt 생산에 활용됩니다.

 

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수첨 분해 공정(Hydro-Cracking)

 

앞선 감압증류공정에서 생산된 VGO(Vacuum Gasoil)의 처리와 관련하여서는 유분 속 탄소 결합을 Cracking 하지 않고서는 더 이상의 경질화가 불가능합니다. 촉매 존재하에 수소를 첨가하여 Cracking 할 때 탄화수소 간의 결합이 균일한 간격으로 깨지는 것이 아니기에 상이한 탄화수소로 Crack 되게 되며, 이에 따라 Hvy. Naph./Kero/DSL이 생산되며, Fractionator 하단의UCO(Unconverted Oil)는 윤활기유 공정의 원료로서 투입되게 됩니다. 

 

 

1) 제품 Quality 우수:  Sulfur 저감 및 Spec 좋은 MD 유분 생산 가능(But 수소 대량 사용으로 운전비 ↑)

2) 운전 난이도 높음:  고온/고압의 촉매 반응기로  부식성 높아 최소 3년 주기 보수 필요 

3) Cracking  Conversion(공정 전환율) :

- Conversion↑: UCO물량 ↓(성상↑)

- Conversion↓: UCO물량↑ (성상↓)

 

Hydroprocessing 이란?

Hydro-processing은 feedstock의 boiling range를 줄여주고 금속, 질소, 황, CCR 등을 줄여주는 공정을 말하는 것으로 Fixed-bed, Ebullated-bed 등이 있으며, 대략  25%~65% 정도의 공정 내 전환율을 보이는 것으로 알려져 있습니다.

 

Step 1.

: 먼저 고온으로 큰 분자를 작은 분자로 분해(Radical 생성)

- R-R-R*-R*

 

Step 2.

: 분해되면서 생긴 radical들이 수소를 Radical로 변환

- R-CH2 -CH2* → R-CH = CH2 +H*

- R* +  R → R-R'

 

Step 3.

: Polymerization 현상을 수소가 막아줌(Recapping)

- R* + H →R-H

(수소고압 유지 시)

 

VR Hydrocracking 이란?

- 중질유분을 경질유분으로 바꿔 줄 뿐 아니라 HDS, HDM, HDCC의 기능을 함께함

- 수소와 촉매를 소모함

- 원료의 성상 제약이 Hydropressing fixed- bed reactor에 비해 적음

- 촉매 교환이 쉬우며 pressure drop이나 plugging이 거의 없음

- 주 제품은 Naph., Gasoil(Diesel), Vacuum Gas Oil, 중질유( Asphalt pitch) 

- 주요 경질 제품은 추가적인 Hydro-processing이 필요

- Conversion에 따라 bottom의 성상이 달라지므로 용도 및 시황에 따라 조절

 

LC-fining

- 수소와 feed가 섞여서 Reactor로 투입

- Feed는 reactor에서 아래에서 위로 흐르게 됨

- separator로 각 성분(gas, products)으로 분리

- Gas 부분의 수소는 PSA를 거친 후 recyle 처리됨

 

VR Hydro-Cracker

- 수소 분압 : 높을수록 반응성 좋아짐

- 온도 : 높을수록 반응성 좋아지며 크래킹 촉진되나, coking 및 촉매 노화 가능성 有

- 촉매 활성도 : 촉매 보충/활성도를 높이면 반응성이 좋아짐(HDS, HDN, HDM 증가/cracking 감소)

- 유량 속도 : 유량속도를 높이면 변환율이 올라감

- 운전 주기 : VR HydroCracker의 경우 RDS 같은 fixed-bed reactor와 다르게 지속적인 촉매 교체가 가능

 

오늘은 '감압증류 공정(vacuum Distillation Unit)'을 정리했습니다.
다음 글은 '윤활기유 공정, base oil, 기유, 윤활유, 엔진오일 종류'편입니다~

2023.05.01 - [EnergyTok/정유, 화학 Biz] - 윤활기유 공정, base oil, 기유, 윤활유, 엔진오일 종류

윤활기유 공정, base oil, 기유, 윤활유, 엔진오일 종류