석유화학 기초 및 계통도 이해 (1)

Chemical Plant

1 REFINERY PLANT(정유 공장)

1. REFINERY PLANT 개요
1) UNIT 개요
Refinery plant는 원유를 구성하는 성분의 비등점 차이를 이용 하여 상압 증류탑(crude distillation column) 에서 증류 하여 산업용 원료, 연료 등을 생산 하는 공장으로서 주요 생산품은 석유 액화 가스(Liquefied Petroleum Gas), Naphtha, 등유(kerosene), 경유(diesel), bunker-C 등으로 구분 된다.

상압 증류공정 에서 생산된 product은 증류(distillation), 분리(separation), 전환 (catalytic conversion), 처리(treatment) 공정 등을 거치면서 최종 생산품으로 처리 되어 저장 시설에 저장 된 후 tank lorry, marine 시설이나 rail car 등으로 출하 된다.
자세한 사항은 공정흐름도 (Refinery Plant Block Diagram)를 참조 할 것.

주요 화학 조작 공정은 다음과 같다.
① Separation ; CDU, VDU 등
② Conversion ; RFCC, HC, Delayed coker, Reforming, Alkylation 등
③ Treatment ; Hydro-treating, Amine regeneration, SWS 등

2) CRUDE OIL
① CRUDE OIL 분류 및 COMPOSITION

㉮ CRUDE OIL의 분류

일반적으로 CRUDE OIL의 성질별 분류는 다음과 같이 분류 할 수 있다.

· API GRAVITY ; HEAVY (API : < 25), LIGHT (API : > 34) and Medium
· SULFUR 함량 ; SWEET (< 0.5 wt %), SOUR (> 2.5 wt %)
· Hydrocarbon 성상 ; PARAFFIN (UOP K : 12 ~ 12.5), NAPHTHENE (UOP K : 11~11.5), ASPHALT

㉯ TYPICAL CRUDE OIL FRACTIONS

TYPICAL&nbsp;CRUDE&nbsp;OIL&nbsp;FRACTIONS

㉰ CRUDE OIL 성분

일반적으로 crude oil은 주로 탄소(84 ~ 87 wt %)와 수소(12 ~ 14 wt %) 로 구성 되어 있으며, P(paraffin), O(olefin), N(naphthene), A(aromatics)의 구성으로, 크게 Paraffine 계열이나 Naphthene 계열로 구분 된다. 아울러 sulfur, nitrogen, oxygen등과 같은 impurities 성분과 nickel, vanadium 과 같은 중금속을 포함한다.
· Paraffin 계열 ; 파라핀족의 분자식은 CnH2n+2으로 표시 되며, 가장 간단한 물질은 LNG 가스의 주성분인 methane이다.
· Olefin 계열 ; 올레핀은 파라핀의 탄소와 탄소간의 연결결합중 한 개가 이중결 합으로 존재 하는 탄화수소로서 분자식은 CnH2n 으로 표시 된다. 원유에 올레핀은 소량 함유 되어 있으며 원유가 형성되는 과장에서 고온에 장시간 체류 하여 파라핀에서 올레핀으로 변환 되어진 것으로 판단 된다.
· Naphthene 계열 ; 나프텐의 분자식은 올레핀과 동일 하지만 그 구조는 5각형 이나 6각형의 구조로 되어 있다.
· Aromatics 계열 ; 방향족 탄화수소라고도 하며 6각형 핵을 중심으로 형성 되며, 분자식은 CnH2n-6이다. Aromatic 탄화수소는 안정성이 높은 화합물질이 며, 나프텐을 탈수소 (dehydrogenation) 하면 수소 3분자를 방출 하면서 aromatic 물질을 생성 하는데 이 반응은 고온의 촉매 반응 하에서 일어난다.

㉱ IMPURITIES

원유는 주로 탄소와 수소로 구성 되어 있지만 원유 속에는 주성분 이외에 황화 합물, 질소화합물, 산소화합물 등의 불순물이 섞여 있다. 화학반응시의 반응 억제 성질을 갖는 산소화합물을 제외 하면 이들은 모두 연소 시 환경오염을 유발 시키고, 석유제품의 품질을 저하시킨다.
· 황화합물 ; 원유중의 황화합물은 원유에 따라 0.1 ~ 7 wt % 가 함유 되어 있으며 비등점의 증가에 따라 mercaptan, sulphide, thiophene, benzothiophene 등이 화합물의 형태로 존재 한다. 일반적으로 가솔린이나 윤활유 중에 포함된 황은 부식을 유발하고 악취를 나게 한다. 또 정제 과정에서 장치나 기구의 부식이라든지 반응기 내의 촉매에 해를 끼치며, 또 배기가스 속에 섞여서 대기오 염의 주요인이 되는 등 불순물 중에서 가장 해로운 물질이다.
· 질소화합물 ; 원유 중의 질소 함량은 0.01 ~ 0.9 wt % 정도 함유 되어 있으며 비등점 400 °C 이상의 유분에 다량 존재 한다. 비등점의 증가에 따라 pyridine, quinoline, pyrrole, carbazole 의 형태의 화합물로 존재 한다. 질소화합물은 인체에 대한 독성은 없으나 석유제품의 품질을 저하시키고, 또 배기가스에 의한 대기오염의 주요인의 하나로서 매우 유해한 NOx의 발생원이 된다.
· 산소화합물 ; 원유 중에는 약 0.2 wt % 정도 함유 되어 있으며 특히 asphalt와 같은 중질유분에 많이 포함 되어 있다. 반응 공정 내 촉매의 활성을 저하 시키고 이상 반응의 원인이 된다.
· 금속 염류 ; 원유 중에는 여러 가지 금속 염류가 함유 되어 있으나 함유량은 극소량이다. 인체에 대한 유독성은 없으나 탈황이나 개질공정과 같은 촉매를 사용하는 공정에서는 촉매에 유해한 물질로 작용 한다.