[석유화학] 감압경유 수첨탈황분해공정 'HCR(Hydro Cracking Unit)'

Intro

지난 포스팅에서 감압증류공정(VDU)에 대해 알아보았는데요. 감압증류공정(VDU)는 고도화 공정 중 하나로 감압경질유분(VGO)와 감압잔사유(VR)을 분리하는 과정인데요. 이후 VDU 상부에서 나오는 무거운 성분인 HVGO은 HCR 공정으로 투입 및 윤활기유 원료로 사용하게 됩니다.

 

그럼 'HCR(감압경유 수첨탈황분해공정)'은 무엇인지 특징과 공정 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

▤ 목차

 

'HCR'은 무엇인가

- Hydro Cracking Unit 

- 감압경유(VGO, Vaccum Gas Oil)를 원료로 함

- 감압증류탑에서 생산된 부가가치가 낮은 감압중질경유를 분해해 등유, 경유, LPG, 납사 등 양질의 경질유를 생산하는 공정

- 다량의 수소기체와 촉매가 함께 작용하여 중질유를 분해함

- 수소화반응(Hydrogenation)과 분해방응(Cracking)이 연속적으로 일어남

- 촉매의 종류나 온도와 압력을 어떻게 하느냐에 따라 다양한 종류의 중질유를 다룰 수 있음

 

HCR 공정타워

 

'HCR' 특징

01 Hydrogenation (수소화 반응)

- 고분자 중질유에는 다량의 벤젠고리가 있는데 이 벤젠 고리는 FRCC 공정의 Catalytic Cracking으로 분해가 되지 않음(안정적인 구조 때문)

- HCR 공정의 수소화반응을 이용하여 벤젠 고리를 깨뜨릴 수 있으며, 촉매를 이용하여 쉽게 분해할 수 있음

- 수소화반응은 불포화탄화수소를 포화탄화수소로 바꿔주는 역할을 함 (불포화탄화수소는 반응성이 커서 쉽게 변질됨)

- 수소는 분해(Cracking) 중 생기는 코크스(C)를 제거하는 역할을 함 (C+2H2 → CH4)

- 수소기체는 원료에 들어있는 불순물(황, 질소)을 제거할 수 있음 (대기오염을 유발하는 공해성 물질)

 

즉, 장점으로는 HCR은 RFCC보다 무거운 중질유를 다룰 수 있음 / 불포화탄화수소 제거로 좋은 경질유 생산 / 공정 내 코크스가 쌓아지 않음 / 황화수소(H2S)나 암모니아(NH3)를 제거함으로서 고품질 경질유 생산

 

02 고비용

- 수소화반응을 이용하기 위해 고온(420℃), 고압(20MPa)의 조건이 필요

- 위 조건으로 운영 시 많은 비용이 발생하며, 고온, 고압을 견디기 위해 규모도 커질 수 밖에 없음 (건설비 증가)

- 지속적으로 수소기체를 투입하여야 하기 때문에 상당량의 수소기체를 공급하는 시설도 필요함

 

즉, 단점으로는 운영, 건설비용, 공급시설 비용 높음

 

03 경유(디젤) 만드는데 적합한 공정

- 벤젠고리를 분해하기 때문에 탄화수소의 옥탄가는 낮아지며, 세탄가는 높아짐

- 세탄가가 높을 수록 질 좋은 경유가 나옴

 

즉, 경유를 생산하는데 적합한 공정

 

'HCR' 공정 구성

Petroleum Refining in Nontechnical Language

 

- 수소첨가분해공정(HCR)은 반응기의 개수와 배치에 따라 다른 유형이 있음

- 일반적으로 반응기 2개가 배치된 Two-stage 형태가 가장 많이 쓰임

 

① 1st Reactor : 질소와 황을 제거

- 첫번째 반응기 주 목적은 원료에 들어있는 질소 및 황의 제거

- 황은(S) 황화수소(H2S) 형태로, 질소(N)는 암모니아(NH3)로 바뀌어 제거됨

 

② HP Separator : 탄화수소와 H2 분리

- HP Separator(HP, High Pressure)은 강한 압력을 가하여 혼합물을 분리하는 역할

- 첫번째 반응기 통해 나온 제품에 강한 압력을 가하면 분자량이 큰 탄화수소는 응축하여 액체가 됨

- 분자량이 작은 물질들만 기체로 존재

- separator에 들어가면 이 기체/액체 혼합물이 분리됨

- 기체상태인 H2는 다시 반응기로 순환하여 재활용되고, 액체상태인 탄화수소는 정류탑(Fractionator)로 보내짐

 

 

③ 정류탑(Fractionator) : 끓는점에 따라 분리

- 끓는점에 따라 제품 LPG, 납사, 등유, 경유가 분리됨

- 첫번째 반응기만으로는 탄화수소의 분해가 많이 일어나지 않아 다시 분해할 필요가 있음(Recycle)

- 정류탑 바닥으로 분쟈랑이 큰, 분해가 되지 않은 탄화수소는 두 번째 반응기로 보내짐

 

 

④ 2nd Reactor : 잘게 조개지는 반응

- 정류탑 바닥에서 분리된 중질유는 다량의 수소와 함께 두 번째 반응기로 보내짐

- 중질유는 이미 첫번째 반응기를 한 번 거친 상태

- 두번째 반응기는 첫번째 반응기보다 높은 온도와 압력이 필요함

- 이를 통해 탄화수소는 촉매에 의해 Cracking 및 Hydrogenation되고, 분해된 탄화수소는 앞 과정인 Separator을 거쳐 Fractionator에서 제품으로 분리됨

 

(출처 - Chemcorder님 블로그)

 

∴ HCR 공정은 두 개의 반응기를 거쳐 감압경유(VGO)를 최종적으로 납사, LPG, 등유, 경유로 바꿈

 

감압증류공정 (VDU)

[석유화학] 감압증류공정 'VDU (Vaccum Distillation Unit)' (tistory.com)

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

 

감압증류공정에 대해 궁금하신 분들은 이전 포스팅을 참고해 주세요!!

 

END

감압증류공정 상부에서 나오는 무거운 성분인 HVGO를 HCR 공정으로 투입하여 부가가치가 높은 LPG, 휘발유, 등유, 경유로 분해하는 공정임을 확인 했습니다!

 

고도화 공정 중 하나인 '감압경유 수첨탈황분해공정(HCR)'에 대해 조금이나마 이해와 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

 

 

 

※ 본 내용들은 다양한 사이트에서 관련 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했습니다