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… NICE, 제34권 제5호, 2016신기술 소개
원유 가운데 비중과 점도가 높은 중질유분(비 중>1, 점도>10,000 cP)은 탄소의 개수가 30개 이 상인 아로마틱링 구조의 아스팔텐과 황, 질소, 니 켈 및 바나디움 등과 같은 불순물 함량이 일반 원 유(conventional crude oils)에 비해 높아 기존의 정 유설비를 통해 경질화할 경우 중금속에 의한 촉매 의 빠른 비활성화와 sediments, coke 생성에 따른 반응기 내 심각한 플러깅 문제를 야기시킨다. 이 를 해결하기 위해 분산촉매와 수소를 사용하여 중 질 유분을 슬러리 상태에서 개질하는 Slurry-Phase
Hydrocracking(SPH) 기술이 최근 개발되고 있다.
SPH 반응은 아래 그림1에서 보는 바와 같이 기존 의 FBR, MBR, EBR 등의 hydrocracking 방식과 달 리 매우 적은 양의 분산 촉매(첨가제 또는 촉매 전 구체 형태로 통상 나노에서 수마이크론의 입자크 기를 가지며 원료 내 0.1~3.0 wt.% 첨가함)가 원료 에 슬러리 상태로 혼합되어져 수소와 함께 반응기 에 도입되어 약 420~480℃, 100~300 bar, 0.2~1.0 h-1 LHSV 조건에서 반응을 일으킨다[1]. 특히 촉매가 원 료와 homogenous한 상태로 잘 분산되어 있기 때문
슬러리 반응기에서 중질유 고도화 기술 소개
(Upgrading technologies of heavy oils in a slurry-phase reactor)
고강석, 한국에너지기술연구원(CCP 융합연구단), ksgo78@kier.re.kr
FBR *SFB MBR EBR Slurry
Pressure, MPa 100-200 100-200 100-200 100-200 100-300
Temperature, ℃ 380-420 380-420 380-420 400-440 420-480
LHSV, h-1 0.1-0.5 0.1-0.5 0.1-0.5 0.2-1.0 0.2-1.0
Max. Conv. to 550℃, wt.% 50-70 60-70 60-70 70-80 80-95
Unit cycle length, months 6-12 Cont. opn. 12 Cont. opn. Cont. opn.
Cat. Size, mm ~1.2 x 3 ~1.2 x 3 ~1.2 x 3 ~0.8 x 3 ~0.002
*SFB: Swing Fixed-Bed
그림 1. 중질유 수첨분해 반응을 위한 다양한 반응기 종류 및 운전조건[1].
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 34, No. 5, 2016 …
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신기술 소개
에 extruded catalyst 를 사용하는 기존 공정 대비 넓 은 반응 표면적을 가지며, 거대 분자 구조의 아스팔 텐을 보다 쉽게 수소화할 수 있고, metal 등의 침적 에 따른 기공 막힘 및 아스팔텐과 coke 침적에 따른 반응기 내 plugging 문제가 발생하지 않는다. 또한, 슬러리 반응기 내부는 복잡한 internal 설비 없이 기/
액/고체의 삼상(three-phase)에서 수소 및 생성가스 의 버블 형성에 따른 열 및 물질 전달 현상을 통해 보 다 균일한 온도 조건에서 반응이 일어난다. 이러한 이유로 SPH 기술은 기존 방식보다 고온에서 thermal cracking 및 수소화 반응을 통해 90% 이상의 높은 residue(535℃ 이상 유분) 전환율을 달성할 수 있다.
SPH 기술개발은 현재까지 BP/KBR 사에 의해 개 발된 VCCTM(그림 2)과 Eni사의 ESTTM 공정(그림 3) 이 demo plant 수준으로 가장 앞서 있다. 그러나, VCCTM 기술은 저가의 산화철 촉매 또는 첨가제를 기 반으로 하는 장점대비 운전 온도와 압력(440~485℃
/220~250bar)이 높으며, 반면 ESTTM는 수소화 기능이 좋은 몰리브디니움 계열의 균일계 촉매를 활용한 완 화된 운전조건(400~450℃/150bar)을 가지나 고가의 촉매 사용에 따른 회수 및 재생에 대한 부담이 여전 히 남아 있다[2-4]. 따라서, 향후 보다 저가의 수소화 기능이 우수한 촉매의 개발과 반응특성에 기반하여 우수한 열 및 물질전달이 가능한 반응기 개발 그리
그림 2. ESTTM 공정흐름도[3].
그림 3. VCCTM 공정흐름도[4].
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… NICE, 제34권 제5호, 2016신기술 소개
고 효율적인 공정 설계 연구를 통한 기술의 발전이 예상된다.
참고문헌
1. Morel F., Kressman S., Harle V., and Kasztelan S., Stud.
Surf. Sci. Catal. 106 (1997) 1.
2. Bellussi, G., Rispoli, G., Landoni, A., Millini, R., Molinari,
D., Montanari, E., Moscotti D., Pollesel, P. (2013). Hydro- conversion of heavy residues in slurry reactors: Devel- opments and perspectives. Journal of Catalysis, 308, 189–200.
3. https://www.eni.com/docs/en_IT/enicom/publications- archive/company/operations-strategies/refining- marketing/eni_EST_esecutivo.pdf
4. http://www.kbr.com/Technologies/Refining/Veba- Combi-Cracking/
![그림 1. 중질유 수첨분해 반응을 위한 다양한 반응기 종류 및 운전조건[1].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4949859.298696/1.799.74.708.572.940/그림-중질유-수첨분해-반응을-위한-다양한-반응기-운전조건.webp)
