LPG 생산 공정: "가스 회수 공정"과 "Merox 공정"

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘의 EnergyTok 주제는 정유사의 LPG 제조공정이자 넓은 의미의 CDU 공정이라고도 할 수 있는 "가스 회수 공정"과 "Merox 제거 공정"을 정리해보려합니다.

 

LPG 생산공정에 대해 알아보기 앞서, LPG 관련 아래 이전 발행글을 먼저 구독하시는 편을 권해드립니다.

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정유공정 상압증류탑(Atmospheric Tower)에서 분별증류된 유분들은 증류점에 따라, LPG, Naphtha, Jet/Kero, Gasoil, AR 등으로 나뉘게 되는데요. A-Tower에서 분별증류되어 막 Run-Down(생산) 된 반제품 유분은 우리가 일상생활에서 사용하는 정유제품으로 사용되기에는 부족한 점이 많아 세부적인 Fine-Tuning 작업이 꼭 필요합니다.

 

이중 C2 미만의 Off-Gas 등을 공정연료로서 회수한 이후, 제일 가벼운 유분인 LPG(C3~C4)는 주로 원유를 정제할 때 발생하는 부생가스와 천연 혼합 가스에서 제조됩니다. 원유를 분별증류 시켜 최상단에서 추출되는 것이 바로 LPG입니다. 이 LPG 안에는 유해한 유황 화합물이 섞여 있어 불순물 제거 단계가 필요합니다. 메록스 공정이라 불리는 정제 공정을 통해 유황 성분인 황화수소와 악취가 심한 머캡탄 성분을 제거하고, 이후 가스 회수공정을 통해 고순도의 프로판이나 부탄으로 분리할 수 있습니다. 분리된 프로판은 약 -42℃에서, 부탄은 -0.5℃에서 냉각, 가압하여 액체 상태로 동그란 원 모양의 고압 가스탱크에 저장합니다. LPG를 액화시킬 경우, 프로판은 약 1/270으로, 부탄은 1/240으로 부피가 줄어들어 보관이 편리하기에 압력과 온도를 관리하여 액화시켜 저장/관리하고 있습니다. 이 외에도 석유화학 공업의 또 다른 공정의 부산물로도 만들어지기도 합니다.

 

아래와 같이  LPG 생산을 위한 핵심 세부 공정인 "가스 회수 공정"과 "Merox" 공정에 대하여 알아보겠습니다.

 

 LPG 가스 회수 공정(정유사 LPG 생산) 

CDU단의 대표적인 FIne-Tuning 공정 중 먼저 "가스 회수 공정"을 간략하게 소개하고자 합니다.

 

"가스 회수 공정"의 교과서상 정의는 "CDU 및 접촉개질공정에서 생성된 LPG로부터 프로판, 부탄을 분리 회수하는 공정"입니다. 공정의 간략한 흐름은 우선 Deethanizer에서 C2 성분을 우선 분류하여 공정의 연료 등으로 사용하고, 목적 생산물인 C3, C4의 악취를 유발하는 Merox 성분을 제거한 뒤 C3(프로판)과 C4(부탄)가스를 분리하는 구조입니다.

 

LPG Gas Concentration Process Scheme

 

상기 Process Scheme과 같이, "가스 회수 공정"은 CDU로부터 나온 혼합물을 악취발생물질인 Mercaptan을 제거한 후 우리가 일상생활에서 사용하는 LPG 제품으로 분리하여 주는 공정입니다. 

 

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그렇다면 Merox 공정에서는 LPG 속 어떻게 황화수소 및 Mercaptan을 제거/전환하는 것일까요?

 메록스(Merox) 처리 공정 

1) LPG, JET(항공유)를 연료로 사용하는 엔진의 연료관 부식물질인 황화수소(H₂S)를 제거

(H₂S + 2 NaOH → Na₂S + H₂O)

 

2) 악취 발생 물질인 Mercaptan(R-SH)을  Disulfide(RSSR)로 전환(Sweetening 작업)

(2 R-SH + ½ O₂  → R-S-S-R  + H₂O)

 

​이상 LPG 생산을 위한 핵심 공정인 "가스 회수 공정"과 "Merox 공정"이었습니다.