[석유화학] 감압증류공정 'VDU (Vaccum Distillation Unit)'

Intro

상압증류공정, CDU에서는 분별증류 시 상대적으로 부가가치가 낮은 중질유분(AR, 벙커C유)이 약 40% 정도 생산된다고 합니다. 이 중질유분을 원료로 감압증류공정, VDU을 통해 고부가 가치의 경질 유분을 추가로 생산해 낸다고 하는데요. 

 

이번에는 고도화 공정 중 하나인 '감압증류공정(VDU)'에 대해 알아보겠습니다.

---

출처 - GS칼텍스

 

▤ 목차

 

'VDU'은 무엇인가

- Vacuum Distillation Unit

- CDU(상압증류공정)에서 분리된 잔사유(residue)를 진공상태에서 Vaccum Gas Oil(VGO)과 Vaccum Residue(VR)로 분리하는 공정

- Thermal Cracking이 일어나지 않는 조건에서 상압잔사유(AR, Atmospheric Residue)와 같은 중질유를 증류하는 공정

 

즉, CDU를 통해서는 원유에서 분리해 내기 힘든 높은 끓는점(Heavy)을 가진 gas oil을 VDU를 통해 분래하는 것

---

VDU 공정 (출처 - SAYRDK님 블로그)

 

CDU(상압증류) / VDU(감압증류) 비교

출처 - wase_life 님 블로그

---

- CDU Column에서 제품 별 Boiling point를 확인하라 수 있으며, 빨간 네모는 상압잔사유(AR)의 성분임

- 대기압(상압)에 온도가 약 375℃가 넘어가면 높은 끓는 점의 Gas oil 들이 끓어서 분리되는 것이 아닌 열분해(Thermal Cracking)이 일어남

- 코코스 같은 불순물이 형성되어 공정을 망치게 되어 CDU에서는 높은 끓는 점의 Gas oil들을 분리해 내야 함에도 불구하고 높일 수 없는 현실

- 이런 이유들로 CDU는 열분해를 일으키기 않는 온도 범위에서 운전됨

- 약 350℃ TBP(Ture Boiling Point) Cut Point 까지만 분리할 수 있음

- 분별증류하지 못함 상압잔사유(AR)들은 VDU로 이동하게 됨

---

기압별 끓는점 (출처 - wase_life님 블로그)

---

- 같은 온도라도 압력을 낮추면 대기압에서 온도를 올린 것과 같은 효과를 얻을 수 있음

- 이를 통한 VDU 공정으로 값싼 AR과 같은 중질유들을 비싼 경질 제품으로 전환(conversion)할 수 있는 Feed를 생산

- VDU에서는 약 590℃ TBP Cut Point 까지 분리 가능

 

* 순수한 물은 대기압(760mmHg)에서 100℃가 되면 끓음

* 압력이 낮아져 355mmHg가 되면 80℃에서 끓고, 9mmHg가 되면 10℃, 5mmHg가 되면 1.2℃ 끓음

* 물이 0℃에서 얼게 되는데, 압력만 낮으면 오히려 1.2℃에서도 물이 끓을 수 있다는 것

* 예로 산 위에서 밥을 하게 되면 밥이 설익게 됨, 이유는 물이 100℃가 아닌 70~80℃에서 끓기 때문에 냄비에 돌을 올려 두는 것

---

I ECONOMY U

 

'VDU'에 대해 좀 더 알아보자

감압증류탑(출처 - chemcorder님 블로그)

---

01 상세내용

- 고비점 유분을 고온에서 증류하면 열분해가 발생하여 품질 및 수율저하와 가열관 내 코크스 생성, 부착에 따른 가열관 손상을 초래함

- 열분해 방지를 위해 증류탑의 압력을 감압상태로 하여 유분의 비점을 저하시켜 증류시켜야 함

- 어떠한 기체에 가해지는 압력을 낮추면 비등점(Boiling Point)이 낮아진다는 물리적 원리를 이용

- 상압증류탑에서 분리된 상압잔사유(AR)를 감압상태에서 증류하여 중질유 수첨분해 공정의 원료로 사용되는 감압경질유분(VGO)과 중질유 수첨탈활공정 및 아스팔트 산화공정의 원료로 사용되는 감압잔사유(VR)을 생산

- 감압증류탑은 상압증류탑과 구조가 비슷하지만, 타워 위쪽에 감압장치(Ejector)가 설치되어 있음

- 트레이(칸막이)의 간격이 상압증류탑보다 넓고 탑의 지름도 같은 처리능력의 상압증류탑보다 큼

 

02 특성

- CDU의 Crude column bottom(탑 상부)에서 나오는 상압잔사유(AR)를 Preheat Train(PHT, 예열기관)과 Heater를 거처 Vaccum column에서 감압경질유분(VGO)와 감압잔사유(VR)로 분리

 

03 제품

- Feedstock : 상압잔사유(AR)

- Product : Light vaccum gas oil(LVGO), Heavy vaccum gas oil(HVGO), vaccum residue(VR)

 

'VDU' 공정 과정

VDU Process (출처 - wase_life님 블로그)

---

√ Vaccum System

- 진공 펌프 또는 스팀 제트 이젝터를 사용하여 VDU 탑 내부에서 진공 조건을 생성

- 진공 조건으로 무거운 성분들이 상대적으로 낮은 온도에서 증류됨

 

√ Distillation

- 사전에 가열된 AR(상압잔사유)은 VDU 탑 하단으로 주입

- 탑을 통해 상승하면서 다양한 제품으로 분리

- VDU 탑은 다양한 증류 트레이로 구성되어 있으며, 각 트레이에서는 서로 다른 끓는점을 가진 성분들 분리

 

√ Return Product

- 탑의 상단에서는 주로 Vaccum Gas Oil(VGO) 같은 중간 증류유가 얻어지며, 탑의 바닥에서는 Vaccum Residue(VR) 같은 더 무거운 성분이 얻어짐

 

√ Return Thermal

- 증류 과정에서 발생하는 다양한 증기들은 응축기를 통해 응축

- 회수된 열은 다시 피드 가열 또는 다른 공정에서 활용

 

'VDU' 이후 공정

- VDU 제품들은 이후 고도화 공정을 거쳐 가벼운 성분으로 탈바꿈하는 공정을 또 거치게 됨

- VDU 상부(Flasher tops)에서 나오는 무거운 성분(HVGO)는 수첨탈황분해공정(HCR)으로 투입 및 윤활기유 원료로 사용

- 가벼운 성분(LVGO)은 유동상촉매분해공정(VGOFCC)의 원료로 투입됨

- 반면 VDU 하부(Flasher bottoms)에서 나오는 VR은 감압잔사유수첨탈황분해공정(VRHCR)으로 보내지거나 아스팔트 공정, Coker로 보내짐

 

END

감압증류공정 VDU에 대해 상세하게 알아보았습니다. 상압증류공정 CDU에서 분별하지 못한 잔사유들을 다시 VDU로 투입한 후 변신하는 과정들이 정말 멋있는 것 같습니다. 이게 바로 석유 정제 산업의 매력이지 않을까 생각되네요.

 

고도화 공정 중 하나인 상압증류공정(CUD)에 이어 '감압증류공정(VDU)'에 대해 조금이나마 이해와 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

 

 

 

※ 본 내용들은 다양한 사이트에서 관련 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했습니다