심층 좋은 글‖중질유 수소화 설비 개요와 공정 원리, 소장할 가치 있음!

Thread Content

1. 설비 개요
1) 설비 소개
이 설비의 명목상 생산 규모는 연간 170만 톤이며, 연간 가동 시간은 8,000시간입니다. 이 설비는 승리 파이프라인을 통해 공급되는 원유와 오만산 원유(4:6 비율)를 혼합한 원유, 직접 정제된 중질 왁스유, 촉매 분해된 왁스유를 원료로 사용합니다. 수소 공급원은 수소 생산 설비에서 얻어지는 수소입니다. 촉매 수소화 반응을 통해 황, 질소, 금속과 같은 불순물을 제거하고 탄소 함량을 낮춥니다. 이렇게 처리된 원료는 중질유 촉매 분해 설비에 공급되며, 동시에 일부 디젤도 생산됩니다. 그 외에 소량의 나프타와 건조 가스도 부산물로 생성됩니다.장치 작동 유연성은 60％～110％입니다. 이 장치는 주로 원료 부분, 반응 부분(신수소 압축기, 순환수소 압축기, 순환수소 탈황 부분을 포함), 분별 부분 및 공용공정 부분으로 구성됩니다.장치는 신공장 구역의 북쪽에 배치되어 있으며, 면적은 83×196=16268제곱미터입니다. 동쪽에는 수소 생산을 위한 장비들이 있습니다. 2. 기술적 특징: 공급되는 원료에 포함된 고체 입자들이 반응기를 막아 반응기의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하고, 설비가 장기간 안정적으로 작동할 수 있도록, 설비의 원료와 코크스화 왁스 오일 원료에 자동 세척 기능이 있는 필터가 설치되어 있습니다. 이 필터는 25마이크론보다 큰 고체 입자들을 제거해 줍니다. 원료유, 빈 암모니아 용액 및 반응용 주입수가 공기와 접촉하여 일부 원료가 산화되어 중합체와 젤이 생성되어 시스템에 스케일이 생기고 촉매의 작동에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 원료유, 빈 암모니아 용액 및 반응용 주입수 시스템에는 건조 가스나 질소를 사용하여 기밀을 유지합니다. 원료유에 스케일 억제제를 주입하여 원료유의 스케일 형성을 억제하고, 열교환 효율을 높입니다.수소화 장치의 원료유에 스케일이 생기면, 원료유 열교환기의 열전달 계수가 급격히 감소합니다. 이로 인해 반응 생성물을 냉각시키는 데 필요한 부하와 반응 가열로의 부하가 증가하며, 심한 경우 운전 주기가 단축될 수 있습니다.동시에 가동 중단 및 물질 교체 기간 동안 열교환기와 기타 장비의 점검 작업량도 줄어듭니다. 반응기는 단일 층 구조로 되어 있어 촉매의 장착 및 제거가 용이하며, 특히 촉매 제거가 쉽습니다.동종 장치의 현장 생산 경험에 따르면, 반응기에서 촉매를 제거하는 것이 상당히 어렵기 때문에, 이 장치의 반응기는 단일 층 구조로 설계되었습니다. 에너지를 최대한 회수하기 위해, 고온 고압 분리기와 고온 저압 분리기 사이에 유동식 터빈이 설치되어 있습니다. 이 유동식 터빈은 수소 공급 펌프를 구동하는 데 사용되며, 그 중 한 대는 유동식 터빈과 방폭형 비동기 모터가 함께 작동하여 구동되고, 다른 한 대는 방폭형 비동기 모터만으로 구동됩니다. 반응 부분은 열고분 공정을 채택하여 에너지 소비를 줄이고 열교환 면적도 절약합니다. 원료유는 상찌꺼기, 열분해 가스, 반응 생성유와의 열교환 네트워크를 활용하여 반응 공급유의 가열로 입구 온도를 높이고, 가열로의 부하를 줄임으로써 에너지 활용률을 향상시키고 설비의 에너지 소비를 감소시켰습니다. 반응 부분에서는 용광로 앞에서 수소를 혼합하는 방식을 채택하여 열교환 효율을 높이고 침전 현상을 완화합니다. 반응 온도 분포를 적절하게 유지하고, 반응기의 온도가 너무 높아져 촉매가 손상되는 것을 방지하기 위해, 급냉 수소를 사용하여 각 반응기의 입구 온도를 조절함으로써 설비가 장기간 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다. 수소화 과정에서 생성되는 H2S와 NH3가 특정 온도에서 NH4HS 결정을 형성하여 공냉관 내에 침전되어 시스템의 압력 상승을 유발하는 것을 방지하기 위해, 반응 유출물이 공냉기에 들어가기 전에 탈산수를 주입한다. 순환 수소 탈황탑을 설치하여 장비 및 파이프라인의 부식을 줄이고, 순환 수소의 순도를 향상시킨다. 분별 공정은 이중 탑 방식을 사용하며, 황화수소 제거를 위한 스티어링 탑에서는 3.5MPa의 과열 증기를 사용합니다. 제품 분별 탑의 경우에는 공급물을 가열하기 위해 가열로가 사용됩니다.분별탑에 중간단 회류를 설치하여 저압 증기를 발생시켜, 탑 꼭대기의 냉각 부하를 줄이고 에너지 활용률을 높입니다. 탈황수소 스팀리프팅 탑 꼭대기에는 부식억제제 주입 설비가 설치되어 있어, 탑 꼭대기에서 나오는 유체 내의 황화수소가 탑 시스템을 부식하는 것을 줄입니다. 장치의 열교환 과정을 최적화하여 에너지를 단계적으로 활용하며, 잉여 에너지를 가진 고형 폐기물로부터 저압 증기를 생성한다. 촉매제, 고압 장비 및 작업자의 안전을 보장하기 위해, 압축기 입구 파이프라인에 비상 배압 장치가 설치되어 있습니다. 二、공정 원리
석유 자원의 한계, 원유의 질 저하, 중간 분별유에 대한 수요 증가, 그리고 환경 규제의 강화와 같은 요인들로 인해, 슬래그 오일을 경량화하는 기술이 지속적으로 발전해 왔습니다. 슬래그 오일을 수소화 처리한 후, 이를 촉매 분해 장치에서 처리함으로써 대량의 양질의 경량 연료를 생산할 수 있습니다. 감압 잔유는 원유를 가공한 후 밀도가 가장 높고 불순물 함량이 가장 많은 유분으로, 상당량의 금속, 황, 질소 및 탄화물과 같은 물질을 포함하고 있습니다. 이러한 불순물들은 하류 공정의 촉매의 활성을 저하시켜, 하류 공정의 생산 주기에 심각한 영향을 미칩니다；황화물은 생산 설비의 장비와 파이프라인을 부식시킵니다；하류의 촉매분해 장치에서의 추가 가공 과정에서 잔탄은 매우 불안정하여 쉽게 침전물이 생기며, 이는 촉매분해 장치의 장기적인 운영에 영향을 미칩니다；장치 원료에 감압 중질 왁스유와 촉화 왁스유를 혼합함으로써, 슬래그 오일의 점도와 불순물 함량을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이는 촉매 수소화 반응이 원활하게 진행되도록 하며, 장치의 운영 및 장기적인 가동에도 도움이 됩니다. 이 장치는 고정층 수소화 공정을 사용하며, 적절한 온도, 압력, 수소-오일 비율 및 유량 조건 하에서 원료유와 수소가 촉매의 작용으로 반응합니다. 이를 통해 오일 내의 불순물인 황, 질소, 산화물들이 제거하기 쉬운 H2S, NH3, H2O로 전환되어 제거됩니다. 중금속 불순물들은 H2S와 반응하여 금속 황화물이 되어 촉매 위에 침전됩니다. 또한, 고리형 방향족 탄화수소와 일부 불포화 탄화수소들은 수소화되어 포화 상태가 됩니다. 이렇게 해서 하류 공정에서 사용할 수 있는 양질의 원료유가 생산되며, 동시에 일부 디젤과 나프타도 부산물로 얻어집니다. 중질유의 수소화 처리 과정에서는 많은 화학 반응들이 일어나며, 이러한 반응들은 매우 복잡합니다. 하지만 주로 다음과 같은 반응들이 일어납니다: 1) 수소화 탈황 반응 2) 수소화 탈금속 반응 3) 수소화 탈질 반응 4) 수소화 탈탄소 반응 5) 수소화 탈산소 반응 6) 방향족 화합물의 포화 반응 7) 올레핀의 포화 반응 8) 수소화 크래킹 반응 9) 축합에 의한 코크 생성 반응. 1. 수소화 탈황 반응(HDS) 중질유의 수소화 탈황 반응은 중질유의 수소화 처리 과정에서 가장 중요하게 일어나는 화학 반응입니다. 촉매와 수소의 작용에 의해, 여러 종류의 유황 함유 화합물들이 유황이 없는 탄화수소와 H2S로 전환됩니다.탄화수소는 제품에 남고, H2S는 반응물에서 제거됩니다. 원유에 포함된 황의 대부분은 중질유에 존재하며, 중질유 내의 황은 주로 방향족 화합물, 젤라틴질, 아스팔틴질에 분포해 있습니다. 그중 대다수의 황은 티오펜과 티오펜 유도체 형태로 존재합니다.수소분해 반응을 통해 이러한 대분자의 C-S 결합을 끊어 S를 H2S로 전환시킨다.피렌과 벤조피렌을 예로 들면, 수소화 탈황 반응식은 다음과 같습니다. 비아스팔틴에 존재하는 황은 수소화 조건 하에서 비교적 쉽게 제거될 수 있어 높은 전환율을 얻을 수 있습니다. 하지만 아스팔틴에 존재하는 황의 경우, 아스팔틴의 대분자 구조 때문에 제거가 매우 어렵습니다. 따라서 슬래그 오일의 수소화 탈황 과정에서의 탈황률에는 일정한 한계가 있습니다. 탈황 반응은 강한 발열 반응으로, 반응 열은 수소 소모량당 약 550kcal/m3입니다. 다양한 수소화 반응들 중에서 탈황 반응의 전환율이 가장 높기 때문에, 반응기 내 총 반응 열에 대한 기여도도 가장 큽니다. 2. 수소화 탈금속 반응(HDM) 다양한 원유에 포함된 금속의 대부분은 슬래그 오일에 존재합니다. 슬래그 오일 내의 금속(주로 Ni, V 등) 함량은 매우 적어 백만 분의 일 수준에 불과하지만, HDS, HDN, FCC 촉매를 영구적으로 중독시켜 비활성화시킬 수 있습니다.따라서, 슬래그 오일 원료에 포함된 미량의 금속 화합물을 제거해야 합니다. 중질유 수소화 탈금속 반응도 중질유 수소화 처리 과정에서 일어나는 중요한 화학 반응 중 하나입니다. 촉매의 작용에 의해 다양한 금속 화합물들이 H2S와 반응하여 금속 황화물을 형성하며, 이렇게 생성된 금속 황화물들은 촉맬 위에 침전되면서 제거됩니다. 중질유에 포함된 금속인 Ni와 V는 주로 포르피린 계열의 화합물과 아스팔틴 형태로 존재합니다(그림 2-1 참조). 이 두 가지 화합물은 구조가 매우 복잡하며, 이러한 대분자 구조 안에는 금속뿐만 아니라 S와 N과 같은 불순물도 함께 포함되어 있습니다.Ni와 V의 화합물은 수소화 반응에서 주로 수소화와 수소분해를 거쳐, 최종적으로 금속 황화물 형태로 촉매 입자 위에 침착됩니다. 금속 Ni의 황화물은 촉매 입자를 관통하는 능력이 강하여 촉매 입자의 내부와 외부 표면에 비교적 균일하게 침착되는 반면, 금속 V의 황화물은 촉매 입자를 관통하는 능력이 상대적으로 약하여 주로 촉매 입자의 구멍 주변과 외부 표면에 침착됩니다. 금속 황화물이 촉매 입자 내부에 침전될 때, 두 가지 부정적인 영향이 발생합니다. 첫째는 촉매의 활성 중심을 독화시키는 것인데, 이러한 독화 효과는 우리가 예상했던 것만큼 심각하지는 않습니다；둘째는 촉매의 미세한 구멍 입구가 막혀서, 반응물이 그 미세한 구멍 안으로 들어가는 것이 제한되어, 그 결과 전체적인 반응 활성도가 낮아지는 것입니다.금속 황화물이 촉매의 외부 표면에 침전될 때, 한편으로는 촉매의 미세한 구멍들을 막고, 다른 한편으로는 촉매층의 공극률을 낮추어 결국 촉매층의 압력 강하를 증가시킵니다.금속 황화물이 층 내에서 고르지 않게 분포할 때, 층의 압력 강하 속도가 빨라진다. 그림 2-1 X선 회절법을 이용하여 측정한 아스팔텐의 구조도
3. 수소화 탈질 반응(HDN)
원유에 포함된 질소의 약 70%~90%는 슬래그 오일에 존재하며, 슬래그 오일 내의 질소 중 약 80%는 젤라틴 및 아스팔텐에 집중되어 있습니다. 질소는 대부분 고리형 구조로 존재합니다. 슬래그 오일 내의 질화물은 알칼리성과 비알칼리성 두 가지 유형으로 나뉩니다. 대표적인 비알칼리성 질소 화합물로는 피롤, 인돌, 카르졸 등이 있으며, 대표적인 알칼리성 질소 화합물로는 피리딘, 퀴닌, 아자딘, 디페닐아자딘 등이 있습니다. 그 구조식은 다음과 같습니다.
슬래그 오일의 수소화 과정에서, 각종 질소 함유 화합물들은 촉매의 작용에 의해 수소화되어 암모니아와 탄화수소로 변환됩니다. 암모니아는 반응 생성물에서 제거되고, 탄화수소는 최종 제품에 남게 됩니다.수소화 탈질 과정의 주요 반응식은 다음과 같습니다. 질소를 그 화합물에서 분리하기 위해서는 C-N 결합을 끊어야 하는데, C-N 결합을 끊는 데 필요한 에너지는 C-S 결합을 끊는 데 필요한 에너지보다 훨씬 큽니다. 따라서 중질유의 수소화 탈질 반응은 진행되기 어렵으며, 탈질 효율도 탈황 효율에 비해 낮습니다.동시에 HDN 촉매는 강한 산성을 가져야 하지만, 촉매의 산성이 지나치게 강하면 격렬한 치환 반응이 일어나 촉매의 활성 중심이 독화될 수 있다. 중질유 수소화 탈질 반응도 강한 발열 반응으로, 반응 열은 약 650kcal/m3의 수소 소모량에 해당합니다. 하지만 반응 정도가 낮기 때문에, 전체 반응 열에 미치는 영향은 탈황 반응에 비해 적습니다. 4. 수소화에 의한 잔탄 제거 반응(HDCR)
수소화에 의한 잔탄 제거 반응도 중질유의 수소화 과정에서 중요한 반응입니다. 잔탄의 전환율은 중질유 수소화 공정의 중요한 지표가 됩니다.S, N 및 금속과 같은 불순물들과는 달리, 유제의 잔탄량은 다환 방향족 화합물, 젤라틴, 아스팔텐과 같은 고비점 성분들이 가공 과정에서 탄화되는 경향을 나타냅니다. 이는 일반적으로 잔탄값으로 표시됩니다. 화학 분석에 따르면, 5환 및 5환 이상의 축합 방향족 화합물들은 잔탄이 생성되는 전구체입니다.중질유의 젤라틴 및 아스팔텐의 잔탄값이 가장 높은데, 이는 젤라틴과 아스팔텐에 다량의 고환형 방향족 화합물과 혼합환형 방향족 화합물이 포함되어 있기 때문입니다. 중질유 수소화 반응 과정에서, 탄화물의 전구체인 다환 방향족 화합물들은 점차적으로 수소화되어 포화 상태가 되며, 그 다환 구조도 점차 줄어듭니다. 일부는 5개 루프보다 적은 수의 루프를 가진 방향족 화합물로 변하게 되는데, 이 경우 더 이상 탄화물의 전구체로 간주되지 않습니다. 5. 수소화 탈산소 반응(HDO) 석유 분획에 포함된 유기 산화물은 주로 페놀류(페놀 및 나프톨 계열 유도체)와 산소환 고리 화합물(푸란 계열 유도체)의 두 가지 범주로 나뉩니다.또한 소량의 알코올류, 카르복실산류 및 유사한 화합물들도 있습니다. 알코올류, 카르복실산류 및 그 유사한 화합물들은 수소화 탈산소 반응을 통해 해당하는 탄화수소와 물로 쉽게 전환됩니다. 한편, 카르복실산류 화합물의 경우 수소화 반응 조건에서 카르복실기가 제거되거나 메틸기로 전환됩니다.페놀류의 수소화 탈산소는 직접적인 수소화 탈산소 방법과, 먼저 고리에 수소를 첨가하여 포화시킨 다음 수소화 탈산소를 진행하는 방법이 있습니다.디벤조푸란계 다환 산화합물의 수소화 탈산소 반응 경로는 디벤조티오펜계 다환 유황합물의 수소화 탈황 반응 경로와 유사하여, 직접 수소화에 의해 탈산소될 수도 있고, 먼저 고리의 수소화 포화가 일어난 후 탈산소될 수도 있다. 6. 방향족 화합물의 수소화 충전 반응
중질유 내의 방향족 화합물의 수소화 충전 반응은 주로 다환 방향족 화합물의 수소화 과정입니다. 이러한 반응은 중질유의 수소화 처리 과정에서 일어나는 모든 수소화 반응 중에서 가장 어려운 유형에 속합니다. 단환 방향족 화합물의 경우도 수소화 충전이 어렵습니다. 나프탈렌과 피리딘의 수소화 충전 반응을 예로 들면, 그 반응식과 327℃ 및 427℃에서의 화학 평형 상수는 다음과 같습니다:
http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/35JHtweQnntuvGKt9kw95ia9GCLhroeYZj06yh5YQk0sjO1wl3miblr6c32n5IZVGQW9922bMuB1GYlJMPsib59aw/0?wx_fmt=jpeg
다환 방향족 화합물의 수소화 반응의 특징은 다음과 같습니다: (1) 순차적으로 각 고리에 수소가 추가되며, 고리가 많아질수록 수소화가 더욱 어려워집니다；(2) 각 고리의 수소화 반응은 모두 가역 반응이며, 평형 상태에 있습니다；(3) 고밀도 방향족 화합물의 수소화 정도는 종종 화학 평형에 의해 제한된다；(4) 벤젠 고리에 치환기가 결합해 있으면 방향족 탄화수소의 수소화 충만이 더욱 어려워지며, 치환기의 수가 많아질수록 그 어려움은 더욱 커진다. 높은 수소 분압과 낮은 반응 온도에서는 방향족 화합물의 수소화 포화 반응의 화학 평형이 우측으로 이동하여, 방향족 화합물의 수소화 포화 반응이 진행되는 데 유리하다.반대로, 수소 분압이 낮고 반응 온도가 높을 경우, 방향족 화합물의 포화 화학 평형은 왼쪽으로 이동합니다. 이는 카르본원의 탈수 축합 반응을 촉진하여 다환 방향족 화합물을 형성하게 하며, 이들이 더욱 축합되어 코크스가 생성됩니다. 이 코크스들이 촉매 위에 침착되면서 촉매의 활성도가 저하됩니다.따라서 슬래그 오일의 수소화 처리 과정에서는 가능한 한 높은 수소 분압을 유지해야 하며, 동시에 HDN 촉매의 온도는 너무 높아서는 안 되어 아로마틱 화합물의 수소화 및 포화가 원활하게 이루어질 수 있도록 해야 합니다. 7. 올레핀의 수소화 포화 반응
올레핀의 수소화 포화 반응은 모든 슬래그 오일의 수소화 처리 과정에서 가장 빠른 반응 속도를 보입니다. 이 속도는 수소화 탈금속 반응의 속도에 이어 두 번째로 빠릅니다. 수소화 탈황 반응이 일어나는 온도에서는 올레핀의 수소화 반응이 거의 완전히 진행됩니다.전형적인 올레핀 수소화 포화 반응식은 다음과 같습니다: http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/35JHtweQnntuvGKt9kw95ia9GCLhroeYZceTVmQxrcm5PKDgCH9htKLC8wDIWqP0aZ1icKojTSROeCFl6lOawlXw/0?wx_fmt=jpeg 올레핀 수소화 포화는 강한 발열 반응입니다. 하지만 슬래그 오일에 포함된 올레핀의 양이 적기 때문에, 비록 올레핀 수소화 반응의 속도가 빠르고 발생하는 열량도 많지만, 전체 반응에서 차지하는 비중은 그리 크지 않습니다. 8. 수소화 크래킹 반응
수소화 크래킹이란, 수소와 촉매가 존재하는 상태에서, 공급되는 유기분자들을 더 작은 분자로 변환시키는 반응입니다. 알칸과 알렌을 예로 들면, 전형적인 수소화 크래킹 반응식은 다음과 같습니다:
CnH2n+2 + 2H2 → CmH2m+2 + Cn-mH2(n-m)
또한, CnH2n+2 + 2H2 → CmH2m+2 + Cn-mH2(n-m)
수소화 크래킹의 정도는 전환율을 통해 측정됩니다.일반적인 운전 조건에서 슬래그 오일의 전환율은 30%～38%이며, 주로 VGO가 생성되고 그 다음으로 디젤이 생기며, 소량의 나프타와 가스도 생성됩니다. 수소화 크래킹 반응은 발열 반응으로, 반응 열은 수소 소비량당 약 450kcal/m3이며 전체 반응 열에 상당한 기여를 한다. 전환율은 반응 온도가 상승함에 따라 증가하지만, 운전 말기에는 촉매의 심각한 불활성화로 인해 이러한 온도 상승 효과는 약화된다.또한, 고온에서의 수소화 크래킹은 촉매상의 치환 반응을 심화시키고 방향족 화합물의 포화 반응이 역전되게 하여, 탈질 및 탈황 반응의 진행에 부정적인 영향을 미치므로 온도 상승 범위는 제한적입니다. 9. 축합에 의한 침전 반응: 중질유의 수소화 과정에서 다양한 반응이 진행됨에 따라 일정한 축합에 의한 침전 반응이 발생합니다. 이로 인해 촉매 입자의 외부 표면과 내부 표면에 탄소가 침전되어 촉매가 독화되고 비활성화됩니다.촉매상의 탄소 침적은 주로 촉매의 예비 유황화가 끝나고 중질유 원료로 전환하는 15일 이내에 발생한다.후속 운전 과정에서 촉매상의 탄소 침적은 완만해질 것입니다.따라서 슬래그 오일 수소화 설비가 가동되어 원료를 교체할 때는, 촉매의 활성과 안정성을 최대한 발휘할 수 있도록 반드시 천천히 진행해야 합니다. 10. 슬래그 오일 수소화 과정의 특징
슬래그 오일의 고정층 수소화 처리 공정을 연구하여 다음과 같은 특징들을 도출할 수 있었습니다. 첫째, 서로 다른 반응층이나 동일한 층 내의 서로 다른 부분들 사이에는 차이가 있습니다. 1) 수소화 처리 반응은 발열 반응이며, 산업용 반응기에서는 동일한 층 내에 온도 상승 현상이 나타나는데, 즉 층의 하부에서 반응 온도가 더 높다. 2) 반응이 쉬운 물질은 먼저 층의 상부나 첫 번째 층에서 반응하며, 반응이 어려운 물질은 층의 하부나 그 다음 층에서 반응한다. 3) 침상 상부의 반응물 농도는 높은 반면, 침상 하부의 반응물 농도는 낮다.즉, 침상층 상부의 반응 전환율이 높고 부하가 크다. 4) 수소화 처리 반응은 수소를 소모하여 황화수소와 암모니아를 생성하므로, 층의 상부와 하부에서 H2, H2S, NH3의 농도가 다릅니다. 둘째, 슬래그 오일에는 다량의 불순물과 이상적이지 않은 성분들이 포함되어 있으며, 평균 분자량이 크고 점도가 높아 반응성이 낮습니다. 또한 촉매도 쉽게 비활성화됩니다. 따라서 슬래그 오일의 수소화 처리 과정에서는 압력과 온도가 높고, 공기 유량은 낮은 엄격한 조건이 요구됩니다. 셋째, 고정층 수소화 처리 과정에서 중질유로부터 다량의 코크와 금속 황화물과 같은 고체 물질들이 생성됩니다. 이러한 고체 물질들이 층 내에 축적되면 층의 압력 차이가 증가하여 설계 한도에 도달하게 되고, 그 결과 설비는 가동을 중단해야 합니다. 넷째, 슬래그 오일 수소화 처리 과정에서는 반드시 촉매 조합 충전 기술을 사용해야 합니다. 11. 중질유 수소화 촉매
1) 촉매의 구성과 원리
2) 촉매의 조합식 장착(CCS)
3) 촉매 보호
4) 탈금 촉매
5) 탈황 촉매
6) 탈질 촉매
7) 사용 과정에서의 촉매 품질 변화가 생산에 미치는 영향 및 조절 방법
8) 신규 촉매를 사용하기 전에 거쳐야 하는 처리 과정
9) 촉매의 비활성화

12. 중질유 수소화에 영향을 미치는 주요 요인들
공정 파라미터를 결정하고 조절하는 목적은 원료를 합격된 제품으로 전환시키는 것입니다.하나의 공정 파라미터가 변하면 종종 다른 여러 파라미터들도 조정되어야 하므로, 다양한 공정 파라미터들 간의 상호작용과 그것이 제품의 특성에 미치는 영향을 반드시 이해해야 합니다. 1) 원료유의 특성 2) 반응 압력 3) 수소 분압 4) 공급량 5) 순환 수소 6) 반응 온도 3. 공정 흐름 개요 1. 반응 부분 혼합된 원료유는 레벨 및 유량의 계단식 제어 하에 원료유 버퍼 탱크 V101로 들어간다.원료유는 원료유 버퍼 탱크 V101의 바닥에서 나와, 원료유 압력 펌프 P101에 의해 압력이 높아진 후 분별 공정으로 들어갑니다. 그곳에서 수소화 슬래그 오일/원료유 열교환기 E101A/B/C/D를 통해 수소화 슬래그 오일과 열을 교환합니다. 그 다음 원료유 필터 SR101을 거쳐, 원료유 내에 있는 25μm보다 큰 이물질들이 제거됩니다.여과된 원료유는 여과 후 원료유 버퍼 탱크 V102로 들어갑니다. 원료유는 V102의 바닥에서 나온 후, 수소 공급 펌프 P102에 의해 압력이 상승합니다. 압력이 상승한 원료유는 E104를 통해 예열된 혼합 수소와 혼합된 뒤, 열분리/혼합 공급 열교환기 E103 및 반응 유출물/반응 공급 열교환기 E102를 거쳐 예열됩니다. 그 후 반응에 필요한 온도까지 가열된 원료유는 제1 반응기 R101로 들어갑니다. 제1 반응기의 입구 온도는 반응 공급 가열로의 연료량을 조절함으로써 제어됩니다. 그 다음 원료유는 순차적으로 나머지 세 개의 반응기인 R102, R103, R104로 들어가 각각 촉매 수소화 반응이 일어나며, 황, 질소, 금속 등이 제거됩니다.각 반응기의 입구 온도는 반응기들 사이의 파이프라인에 주입되는 냉수소의 양을 조절함으로써 제어됩니다.R104에서 나온 반응 생성물은 반응 유출물/반응 원료 열교환기 E102를 통해 열교환된 후, 고압 분리기 V103으로 들어갑니다. 반응 유출물은 열고압 분리기 V103에서 기체와 액체로 분리되며, 상부에서 나오는 고온 고압 가스는 각각 고온 고압 가스/혼합 공급물 열교환기 E103과 고온 고압 가스/혼합 수소 열교환기 E104를 거쳐 고온 고압 가스 공냉기 A101로 들어간다. 여기서 냉각된 후에는 저온 고압 분리기 V105로 들어가 기체, 오일, 물의 3상 분리가 이루어진다.열고압 분리기 바닥에서 나오는 열고분액은 유량 제어 하에 유동 터빈 HT101을 통해 에너지를 회수한 뒤, 열저압 분리기 V104로 들어가 기체와 액체로 분리됩니다. 저온에서 암모늄염이 침전되어 배관이 막히는 것을 방지하기 위해, 가열 분리 공냉기 A101 앞에 주입펌프 P103을 통해 압력이 높아진 탈산수를 주입하여 암모늄염을 용해시킨다. 냉간 고압 분리기 상단에서 나오는 냉간 고분압 가스(순환 수소)는 순환 수소 탈황탑의 입구에 위치한 분액 탱크 V107으로 들어가, 그 안에 포함된 액체 탄화수소를 제거함으로써 순환 수소 탈황탑의 거품 발생 가능성을 줄입니다.순환수소 탈황탑 T101의 탈황 용매로는 메틸디에탄올아민(MDEA) 용액이 사용됩니다. 열악한 아민 농도를 가진 액체는 열악한 아민 액체 버퍼 탱크 V113에서 추출된 후, 고압 열악한 아민 액체 펌프 P104를 통해 압력이 상승하여 순환수소 탈황탑의 상부로 들어갑니다. 탑의 하부에서 나오는 고농도의 아민 액체는 고농도 아민 액체 플래시 탱크 V114에서 가스가 제거된 후 설비 밖으로 배출됩니다. 순환수소는 H2S를 제거한 후 순환수소 압축기의 입구에 위치한 분리탱크 V108으로 들어가, 그곳에서 함께 섞여 있던 액체 방울들을 제거합니다. 탱크 상단에서 나온 순환수소는 순환수소 압축기 C101로 들어가 압력이 높아집니다. 압력이 높아진 순환수소는 두 부분으로 나뉘는데, 한 부분은 신규 수소 압축기 C102에서 나온 신규 수소와 혼합된 후 다시 반응부로 보내집니다；다른 일부는 급냉 수소로서 반응기 입구 온도를 제어하는 데 사용되며(운전 종료 시 일부 폐수소를 저압 탈황 부분으로 배출해야 함).순환 수소 압축기는 배압식 터빈이 구동하는 원심식 압축기입니다. 냉간 고압 분리기 V105의 하부에서 나오는 냉간 고분액은 유량 제어를 통해 압력이 낮아진 후, 열간 저압 분리기 V104에서 냉각된 열간 저분기와 혼합됩니다. 그 후 이 혼합물은 냉간 저압 분리기 V109로 들어가 기체와 액체로 분리됩니다. 냉간 저분액은 유량 제어에 따라 탱크 하부에서 배출되어, 열간 저분기/냉간 저분유 열교환기 E105, 디젤/냉간 저분유 열교환기 E201/ABC를 거쳐 스티어링 타워 T201로 들어갑니다.V109 상단에서 나오는 차가운 저분압 가스는 압력 제어 하에 스티레이팅 탑 상단의 리플러스 탱크 V201의 가스와 혼합된 후, 240만 톤 규모의 경유/디젤 수소화 설비의 가스 탈황 부분으로 공급됩니다. H2S와 NH3가 포함된 산성수는 산성수 탈기탱크 V115에 들어가 집중적으로 탈기된 후 외부로 배출됩니다. 열저분유는 유위 제어 하에 V104 탱크 바닥에서 배출된 후 분별 공정으로 이동합니다.열저분압 가스는 열저분압가스/냉저분압오일 열교환기 E105에서 열교환을 거친 후, 열저분압가스 공냉기 A102에서 냉각된 다음 냉저압 분리기 V109로 들어가 기체와 액체로 분리됩니다. 저온 상태에서 암모늄염이 침전되어 배관이 막히는 것을 방지하기 위해, 열저분압가스 공냉기 앞에 간헐적으로 물을 주입하여 암모늄염을 용해시킵니다. 신수소는 전체 공장의 수소망을 통해 공급되며, 신수소 압축기 C102로 들어가 세 단계에 걸쳐 압축된 후 순환수소 압축기의 출구에서 나오는 순환수소와 혼합됩니다. 이렇게 혼합된 수소는 각각 자신이 속한 반응 부분으로 다시 보내집니다.새로운 수소 압축기는 2대가 설치되어 있으며, 하나는 가동 중이고 다른 하나는 예비용입니다. 각 압축기는 3단계로 압축됩니다. 각 단계의 입구에는 입구 분리 탱크가 있으며, 단계들 사이에는 냉각기와 분리 탱크가 설치되어 있습니다. 2. 분별 정제 부분 분별 정제 부분은 3개의 탑과 1개의 가마로 구성되며, 즉 황화수소 제거 스티어링 탑, 분별 탑, 디젤 스티어링 탑, 그리고 분별 탑의 공급물을 가열하는 가마입니다. 반응 부분에서 나온 저분자량 오일은, 사전 예열된 저분자량 액체와 함께 황 제거 스티어링 탑 T201로 들어갑니다.탑 바닥은 중압 수증기 스티어링을 사용한다.탑 꼭대기의 기상은 스티어링 탑 상부 공냉기 A201을 통해 응축된 후, 스티어링 탑 상부 리플러스 탱크 V201로 들어가 기체와 액체가 분리됩니다. V201에서 나온 기체는 240만 배럴 규모의 휘발유/디젤 수소화 설비의 가스 제거 부분으로 보내집니다；V201의 바닥에서 나오는 액체는 스팀리프팅 탑의 상부에 위치한 재순환 펌프 P201을 통해 압력이 높아진 후 두 부분으로 나뉩니다. 한 부분은 탑의 상부로 다시 재순환되고, 다른 한 부분은 재순환 탱크의 액위를 조절하여 외부로 배출됩니다.탑 꼭대기의 파이프와 열교환기의 부식을 줄이기 위해, 산화방지제 펌프를 사용하여 산화방지제를 압력을 가해 스티어링 타워의 꼭대기 파이프에 주입합니다. 스팀리프트 탑의 바닥 오일은 분별탑 공급 가열로 F201에서 적절한 온도까지 가열된 후 분별탑 T202로 들어갑니다. 분별탑에는 디젤유를 추출하기 위한 사이드 라인과 중간 단계의 리플러스가 있습니다. 탑 꼭대기의 기체는 분별탑 꼭대기 공냉기 A202를 통해 응축된 후, 분별탑 꼭대기 리플러스 탱크 V202로 들어가 기체와 액체가 분리됩니다. 리플러스 탱크는 연료 가스를 이용한 기밀 장치로 구성되어 있습니다；리플로우 탱크 V202의 바닥에서 나오는 액체는 분별탑 꼭대기에 있는 리플로우 펌프 P202를 통해 압력이 높아진 후 두 부분으로 나뉩니다. 한 부분은 탑 꼭대기로 다시 돌아가고, 다른 한 부분은 리플로우 탱크의 액위를 조절하여 E206을 통해 냉각된 후 설비 밖으로 배출됩니다.리플로우 탱크 바닥의 워터 팩에서 배출된 유분이 포함된 오수는 유분 처리 펌프 P203을 통해 압력이 높아진 후, 공정용 주입수로서 주입 탱크 V106으로 들어갑니다. 측선 디젤은 분별탑에서 뽑혀 나와 디젤 스티어링 탑 T203으로 들어갑니다. 디젤 스티어링 탑의 바닥에는 재가열기 E203이 있으며, 이 재가열기는 분별탑 바닥의 오일을 열원으로 사용합니다. 탑 꼭대기의 가스는 다시 분별탑으로 돌아갑니다.디젤은 탑 바닥에서 뽑혀나와 디젤 펌프 P204를 통해 압력이 상승한 후, 디젤/냉각 저분별기 E201, 수냉식 쿨러 E208, 디젤 공냉식 쿨러 A203을 거쳐 50℃까지 냉각된 뒤 설비 밖으로 배출됩니다. 중간 회류유는 분별탑의 집유 탱크에서 중간 회류 펌프 P206을 통해 뽑아져 나오며, 압력이 상승한 후 중간 회류유 증기 발생기 E202를 거쳐 열을 얻은 뒤 다시 분별탑으로 돌아갑니다. 분별탑 바닥의 오일(수소화 슬래그 오일)은 분별탑 바닥 펌프 P205를 이용해 탑 바닥에서 끌어올려집니다. 그 후 압력이 상승하고, 먼저 수소화 슬래그 오일/디젤 스티어링 타워의 재비등기관 E203을 거친 다음, 수소화 슬래그 오일/원료유 열교환기 E101을 통과합니다. 그 다음에는 수소화 슬래그 오일 증기 발생기 E204로 들어가며, E209를 통해 170℃까지 냉각된 후 중유 촉매 분해 장치로 보내집니다. 또는 E210을 통해 90℃까지 더욱 냉각된 후 저장 탱크로 보낼 수도 있습니다. 3. 가스 탈황 부분: 외부에서 유입된 저압 암모니아 용액은 저압 암모니아 용액 버퍼 탱크 V113으로 들어가며, 고압 암모니아 용액 펌프 P104를 통해 압력이 상승한 후 순환 수소 탈황 탑 T101로 들어갑니다；냉각 저압 분리기 V109에서 나오는 저분압 가스는, 스티어링 탑의 상부 리플로우 탱크 V201에서 나오는 가스, 풍부한 암모니아가 포함된 액체의 플래시 증발 탱크 V114의 상부 가스, 그리고 산성수 탈기 탱크 V115에서 나오는 산성 가스와 혼합된 후, 240만 배럴 규모의 디젤유 수소화 설비의 건조 가스 탈황 부분으로 보내집니다