NCC(나프타 분해 공정)

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘의 EnergyTok 주제는 국내 석유화학 공정의 출발이자 핵심인 'NCC(나프타 분해 공정)'입니다.

해당 공정을 부르는 명칭은 MFC, TC2C, NEP 등으로 회사별로 상이하나, 큰 틀에서 같은 내용으로 보시면 됩니다!

 

NCC(Naphtha Cracking Centre, 나프타 분해 설비)

 

NCC는 ‘Naphtha Cracking Center’의 줄임말로 석유화학사의 핵심인 나프타 분해 설비를 의미합니다. 일반적으로 나프타는 5개에서 12개의 탄소를 중심으로 고리를 이루고 있는 혼합물인데, NCC 공정에서는 원유를 정제하여 생산된 나프타를 [열분해공정-급랭공정-압축공정-정제공정]을 거치면서 탄소가 2개로 이루어진 에틸렌과 3개인 프로필렌, 4개인 Mixed C4 그리고 열분해 Oil로 분리하여 기초유분을 생산합니다. 

 

NCC의 Target 생산제품인 에틸렌은 무색의 기체로, 석유화학 또는 천연가스 등 탄화수소(나프타, 에탄, LPG, Gas Oil, NGL 등)를 열분해 하여 제조하는 기초유분이며 폴리에틸린(PE)과 PVC, EVA 등이 에틸렌 계열 제품 원료입니다.

NCC 세부 공정

 

 

1) 열분해 공정(온도는 ↑ 탄소 개수 ↓)

열분해 공정은 나프타에 희석 스팀을 혼합한 뒤 약 800~850℃의 높은 온도로 가열하여 분해하는 공정입니다. 높은 열을 가함으로써 나프타를 이루는 탄소 간의 결합을 끊어 탄소의 개수를 낮추어 상대적으로 적은 탄소고리를 갖고 있는 에틸렌(C2), 프로필렌(C3) 등 을 생산하고자 하는 목적입니다. 열분해 공정의 특성상 고온으로 가열하기 위해서는 많은 에너지가 필요하기 때문에 최근에는 효율적인 에너지 사용을 위해 여러 층의 단열재와 코일 설비 등 에너지 저감 및 효율화 기술이 주목받고 있습니다. 

2) 급랭 공정(고온의 가스를 30℃로 급랭)

열분해 공정을 거친 열분해 가스는 고온의 기체 상태로  열교환 설비(*)를 거쳐 최종적으로 약 30℃까지 온도를 급랭한 뒤 압축 공정으로 전달됩니다. 급랭 공정은 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 막을 뿐만 아니라 열분해 가스 내에 뒤섞여 있는 코크와 타르를 분리하며 추후 압축 공정에서의 압축 설비가 오염되는 일을 막고, 흡입온도를 낮춰 부하를 줄이는 역할을 합니다.

*열교환 설비: 칸막이로 나뉜 용기 내에서 한쪽에는 고온의 증기를, 다른 쪽에는 저온 유체를 주입해 고온에서 저온으로 열이 이동하도록 하여 고온의 증기가 원래 온도보다 냉각되어 배출될 수 있도록 하는 장치.

3) 압축 공정(경제성 ↑ )

압축 공정은 경제성을 높이기 위해 분해 가스를 압축하여 부피를 줄이는 과정입니다. 또한 앞선 열분해 공정에서 설비를 보호할 목적으로 주입한 산성 가스와 촉매의 독성 물질 등 불순물 역시 제거합니다. 압축 설비의 내부는 5단의 다단 압축 과정을 거치도록 구성되어 있고 각 단계 사이에는 냉각 설비가 있어 압축 흡입온도를 안정적으로 관리해 줍니다.

4) 분리정제 공정(Fine-Tuning 공정)

 

이전의 과정들을 통해 불순물이 제거되고 부피를 줄인 압축가스는 각각 -170℃, -135℃의 저온 상태에서 수소와 메탄으로 분리됩니다. 이는 이후 각 유분(끓는점의 차이로 분별 증류해 얻는 성분)에 특화된 설비를 통해 에틸렌과 프로필렌 등으로 분리되고 정제되며 기초유분이 최종적으로 생산됩니다. 

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ECC, CTO 공정 이란?

원유에서 정제한 나프타를 원료로 에틸렌을 생산하는 NCC(Naphtha Cracking Centre) 외에, 외국에서는 자국의 풍부한 원료를 바탕으로  천연가스의 ECC(Ethane Cracking Center) 그리고 석탄의 CTO(Coal To Olefin)까지 크게 세 방법으로 나뉩니다. 

 

ECC(Ethan Cracking Centre, 에탄 분해 공정)

 

 

ECC 공정은 셰일가스가 본격적으로 개발된 2000년대 이후부터 주목받고 있는 공정인데요. 셰일가스는 모래와 진흙 등이 단단하게 굳어진 퇴적암 지층인 셰일층에 매장되어 있는 천연가스입니다. 세계 최대 에틸렌 생산국인 미국에서 주로 쓰이며 천연가스에서 뽑아낸 압도적인 경쟁력의 에탄가스를 원료로 기초유분을 생산하는 방식입니다. ECC 공정에서는 채굴된 천연가스 중 일부인 천연가스액(Natural Gas Liquid, NGL)에서 여러 분리 공정을 통해 추출한 에탄가스로 에틸렌 메인으로 생산합니다.

 

 

CTO(Coal To Olefin, 석탄 분해 설비)

 

CTO 공정은 석탄을 원료로 기초유분을 생산하는 공정이며, 석탄이 풍부한 중국에 설비가 집중되어 있습니다.  우선 석탄을 가스화해 합성가스를 만든 후, 메탄올로 전환합니다. 이렇게 전환된 메탄올에서 올레핀을 생산하는 공정입니다. CTO 공정은 원료로 쓰이는 석탄 가격이 원유와 천연가스에 비해 낮아 원가 경쟁력 측면에서는 유리한 것이 사실이나, 공정 과정 중에 물이 많이 사용되고, 대량의 온실가스를 배출하는 등 환경오염 문제가 발생한다는 단점이 있습니다. 또한 CTO 공정은 올레핀족 외에 제품 생산이 불가능해 앞서 설명한 NCC, ECC와 비교했을 때 제품 다양성 측면에서는 가장 경쟁력이 낮습니다.  

 

 

오늘은 'NCC(나프타 분해공정)'에 대하여 알아보았습니다.
다음 글에서는 '올레핀 제품 세부 공정'에 대해 알아겠습니다.

2023.05.07 - [EnergyTok/정유·화학] - 올레핀 생산공정

올레핀 생산공정