[석유화학] '나프타, 방향족, 부타디엔' 주요 생산 공정 (feat. 기초 유분)

Intro

석유화학제품의 기초가 되는 원료를 만드는 공정들인 나프타 분해공정, 방향족 제조공정, 부타디엔 제조공정에 대해 알아보겠습니다. 각 공정별 개요, 원료, 공정, 기술선으로 나누어 정리하였습니다.

 

나프타 분해 공정

01 개요

- 석유화학공업의 기초원료인 에틸렌, 프로필렌 부타디엔 등 올리핀계 제품을 생산하는 공정

- 생산량은 한 나라의 화학공업의 수준을 평가하는 척도가 됨

- 이 공정에서 생산되는 기초유분은 합성수지, 합성섬유원료 및 합성고무공업의 기초원료로 사용

 

02 원료

- 나프타, LPG, GAS OIL, NGL 등

** NGL (천연가스액, Natural Gas Liquid) : 천연가스 중 메탄(CH4) 성분을 제거한 C2(에탄) 이상의 유분

 

03 공정

출처 - YNCC

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☞ 열분해 공정 (온도는 ↑ 탄소 개수 ↓)

- 나프타를 스팀과 함께 800℃ 이상의 고온 분해로에서 탄소수가 적은 탄화수소 화합물로 열분해 반응시키는 공정으로 고온의 분해가스의 열로 초고압 증기를 생산하고 급냉공정으로 보내짐

- 열분해 공정 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 있음

 

☞ 급냉 공정

- 분해로에서 나온 고온의 분해가스를 Quench Oil로 1차 냉각하여 중질 연료유(PFO, PGO)를 분리해 내고 Quench Water로 2차 냉각시키는 공정으로 냉각된 물질은 압축공정으로 보내짐

- 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 막을 뿐만 아니라 열분해 가스 내에 뒤셖여 있는 코크와 타르를 분리하며 추후 압축 공정에서의 압출 설비가 오염되는 일을 막고, 흡입 온도를 낮춰 부하를 줄이는 역할을 함

 

☞ 압축 공정 (경제성 ↑)

- 냉각된 분해가스를 경제적으로 분리, 정제하기 위해서 압축기를 이용하여 약 38 kg/㎠G까지 승압시키는 공정

- 산성가스와 촉매의 독성 물질 등 불순물 역시 제거함

- 압축 설비 내부는 5단의 다단 압축 과정을  거치도록 구성되어 있고 각 단계 사이에는 냉각 설비가 있으 압축 흡입온도를 안정적으로 관리해 줌

 

☞ 정제 공정

- 고압으로 압축된 가스를 초저온(-165℃)으로 냉각시킨 후 비점차에 의해 단계별로 각 성분을 분리해 내는 공정으로 수소, 에틸렌, 프로필렌, 프로판, C4유분 및 열분해 가솔린(PG) 등이 생산됩니다.

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공정별 생산 비율

 

04 기술선

- 우리나라에서 도입사용 중인 LUMMUS, KELLOGG, STONE & WEBSTER 등이 주류를 이루고 있음

- 이 외에도 IFP, LINDE AG, UNION CARBIDE, CTIP, KTI, KREBS, TECHNIP 등의 Licensor가 있음

** LUMMUS : Short resistance type htr 사용

** KELLOGG : Millisecond furance 사용

** STONE & WEBSTER : Ultra selective cracking furnace 사용

** YNCC의 경우 #1 & #3 공장은 Lummus(럼머스), #2 공장은 Stone & Webster(스톤&웹스터) 기술 도입

 

방향족 제조 공정

01 개요

- 나프타를 분해하여 올레핀 제품을 제조한 후 부생되는 Pyrolysis Gasoline(열분해 가솔린)을 이용하는 방법과, 정유공장의 Refromer에서 나오는 Reformate를 이용하는 방법으로 제조

- 열분해 가솔린(PG)을 원료로 수소첨가 반응과 추출 솔벤트인 Sulfolane을 사용하여 방향족 성분을 선택적으로 추출한 후 고순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 분리 생산함

- 방향족 제품들은 염료, 합성수지, 합성섬유, 농약 등의 제조 원료로 사용되며 또한 용제로도 사용

 

02 원료

- PG(Pyrolysis Gasoline), Reformate, Crude Benzene

 

03 공정

출처 - YNCC (#1 & #3은 IFP와 ARCO 기술 도입)

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☞ 수첨 공정

- 고순도의 방향족 제품을 생산하기 위하여 원료 중 이중결합 화합물을 수소첨가 반응시켜 포화화합물로 만들고, 황 화합물을 제거하여 추출 공정에 적합한 원료를 만드는 공정

- Raw-C5 는 C5 공장의 원료로 보내고, 수첨된 C6~C8 혼합물(Heart Cut)은 추출공정으로 보내짐

- C9+ 는 석유수지 또는 수첨탈알킬공정(HDA)의 원료나, 연료로 사용

 

☞ 추출 공정

- C6~C8 혼합물 (Heart Cut) 중에서 추출 솔벤트인 Sulfolane 에 잘 용해되는 방향족 성분(BTX)을 선택적으로 추출하는 공정

- 추출된 방향족 혼합물(Extract)은 분리공정으로 보내고, 비뱡향족 혼합물 (NA-Raffinate)은 분리하여 저장

 

☞ 분리 공정

- 추출공정 및 수첨탈알킬공정에서 도입된 방향족 혼합물로부터 비점차를 이용하여 고순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 생산

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출처 - YNCC (#2는 IFP와 HRI 기술 도입)

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☞ 수첨탈알킬공정(HDA)

- 수첨공정에서 분리된 C9+ 혼합물을 수첨분해반응(Hydrocracking)과 수첨탈알킬화반응(Hydrodealkylation)에 의해 벤젠 성분이 다량 함유된 방향족 혼합물로 전환시키는 공정으로, 벤젠 성분이 다량 함유된 방향족 혼합물은 분리공정으로 보냅니다.

 

04 기술선

- 방향족 추출공정은 P.G와 Reformate를 이용하는 방법으로 구분되는데 P.G를 이용하는 공정은 공장별로 Licensor을 달리 선정함

** UOP (PLATFORMING) : Reformate 사용, 가장 많이 사용하며 1차원 촉매 이용

** HOUDRY (HOUDRIFORMING) : Reformate 사용, 1차원 촉매 이용

** STANDARD OIL (ULTRAFORMING) : Reformate 사용, 1차원 촉매 이용

** CHEVRON (RHENIFORMING) : Reformate 사용, 2~3차원 촉매 이용

** LUMMUS : P.G 사용, 유틸리티 수소의 소요량이 많음

** IFP / UOP : P.G 사용, 유틸리티 수소의 소요량이 적음

** HOUNDRY (PYROTOL) : 톨루엔 및 크실렌 사용, 촉매 이용

** ARCO : 톨루엔 및 크실렌 사용, 촉매 이용

** HRI (HDA) : 톨루엔 및 크실렌 사용, 무촉매

** 삼릉유화 (MHC) : 톨루엔 및 크실렌 사용, 무촉매

** YNCC의 경우 #1 & #3 공장은 IFP와 ARCO 기술 도입 , #2 공장은 IFP와 HRI 기술 도입

 

부타디엔 제조 공정

01 개요

- BR, SBR, NBR 등의 합성고무 및 ABS 수지의 원료로 광범위하게 사용됨

- 제조방법으로는 나프타 분해공장의 혼합 C4 유분으로부터 추출하는 방법과 부탄 및 부텐의 탈수소화 반응에 의해 제조하는 방법

 

02 원료

- 혼합 C4 유분

 

03 공정

출처 - YNCC

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☞ 제1단계 추출증류공정

- C4유분(MC4) 중에서 추출 솔벤트인 DMF(Dimethyl Formamide)에 잘 용해되는 아세틸렌류, BD 등과 잘 용해되지 않는 부탄, 부텐류를 함유한 C4 RAFFINATE-1을 분리하는 공정

 

☞ 제2단계 추출증류공정

- 제1단계 추출증류공정에서 솔벤트와 함께 분리된 BD와 아세틸렌류 등은 제2단계 추출증류공정에서 추출 솔벤트인 DMF(Dimethyl Formamide)를 사용하여 조 부타디엔 (CRUDE BD)과 아세틸렌류를 분리하는 공정

 

☞  BD 정제 공정

- 비점차를 이용한 2개의 연속된 분리탑에서 고순도의 1,3-부타디엔을 생산하는 공정으로 가벼운 아세틸렌류는 OFF GAS로 회수하여 연료로 사용하며 무거운 2-부텐류 및 아세틸렌류는 C4 RAFFINATE-2로 분리

 

04 기술선

- 추출 용매의 종류에 따라 NMP/DMF/DMA PROCESS 등이 있음

** BASF (NMP) : 운전온도, 압력이 비교적 낮으며 용매(WMP)의 순환유량이 많음

** NIPPON ZEON (DMF) : 운전온도, 압력이 비교적 높으며 용매(DMF)의 순환유량이 적음

** UNION CARBIDE(DMA) : 용매로 DMA 사용

** JSR (ACN) : ACN(Acetonitrile) 사용

** YNCC의 경우 #1 공장은 Nippon Zeon(니폰제온) 기술 도입 , #2 공장은 JSR(일본) 기술 도입

 

END

석유화학제품의 기초가 되는 원료를 만드는 공정들인 나프타 분해공정, 방향족 제조공정, 부타디엔 제조공정에 대해 알아보았습니다. 기초 유분을 생산하는 공정에 대해 조금이나마 이해하고 도움이 되는 정보가 되었길 바랍니다.

 

 

 

※ 본 내용들은 YNCC 홈페이지 외 다양한 사이트에서 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했으며, 그 외 증권사 report를 참고하여 내용을 작성하였습니다.