과학 상식으로 알아보는 지연 촉매 화학에 대한 정보, 저장해두면 좋습니다!

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지연 촉화 delayed coking는 열분해 공정의 일종입니다.그 주된 목적은 고잔탄소의 잔유를 경질유로 전환하는 것입니다.사용되는 장치는 순환 작동이 가능하여, 중유의 촉화 증류액 중 무거운 분획을 순환유로 사용하며, 장치 내에서 머무는 시간이 길다. 1. 기술 개요
지연 촉화는 석유의 2차 가공 기술로, 수소가 적은 중질유를 원료로 하여 고온(약 500℃)에서 심도 있는 열분해 및 축합 반응을 거쳐 풍부한 가스, 원유, 경유, 왁스 오일, 코크스를 생산하는 기술입니다.이는 세계적으로 경질유를 심층 가공하는 주요 방법 중 하나로, 그 처리 능력은 전체 경질유 처리 능력의 3분의 1을 차지합니다. 소위 지연이란, 코크스 오일(원료유와 순환유)을 가열로에서 가열하여 코크스화 반응 온도까지 빠르게 온도를 높인 다음, 반응로 내부에서는 코크스가 생성되지 않도록 하고 코크스 탑으로 보내서 그곳에서 코크스화 반응을 진행시키는 것을 말합니다. 이러한 특성 때문에 ‘지연 코크스화 기술’이라고 불립니다.일반적으로는 1개의 가열로와 2개의 코크스화 탑, 또는 2개의 가열로와 4개의 코크스화 탑을 사용합니다. 가열로에서는 연속적으로 원료가 투입되고, 코크스화 탑에서는 순차적으로 작업이 이루어집니다. 이는 반연속식 공정 방식입니다.원료유(감압 탈황유 또는 탈유 아스팔트, 정제유, 심지어 오염된 유분과 같은 기타 중질유)는 495~505℃까지 가열된 후 코크스 탑으로 들어간다. 열을 받은 원료유는 코크스 탑 내에서 코킹 반응을 거치며, 그 결과 생성된 경질 제품들은 탑의 상부에서 나와 분별 탑으로 들어간다. 그곳에서 부가스, 원유, 디젤유, 중질 분별유가 분리된다.중질 분별유는 추가적인 가공을 위해 사용될 수 있으며(예: 촉매분해나 수소화분해의 원료로), 전부 또는 일부가 원료유 시스템으로 다시 순환될 수도 있습니다.코크스가 점차 채워지면(일정한 공간은 남겨둠), 원료는 다른 코크스 타워로 옮겨집니다. 코크스 타워에 남아 있는 코크스는 수력을 이용해 제거됩니다.코크스 탑이 공탑 상태로 돌아간 후에 열원료를 투입합니다.이 공정에서 코크스의 수율은 일반적으로 원료유의 콘스탄트-코크스 잔류물(CCR)의 변화에 따라 달라지며, 부가 가스의 생산량은 대체로 10%(질량 기준) 정도입니다(가스 생산률% = 7.8 + 0.144×CCR). 나머지는 순환비에 따라 달라지지만, 경유/증기 비율은 1보다 큽니다. 지연 촉화 원료는 중유, 슬래그 오일, 심지어 아스팔트일 수 있다.지연 촉화 생성물은 가스, 휘발유, 디젤, 왁스 오일, 그리고 코크스로 나뉩니다.국내에서 생산되는 슬래그 오일의 경우, 가스 수율은 7.0~10%, 원유의 수율은 8.2~16.0%, 디젤의 수율은 22.0~28.66%, 왁스 오일의 수율은 23.0~33.0%, 코크스의 수율은 15.0~24.6%이며, 그 외의 성분의 비율은 1~3.0%입니다.코크스 가솔린과 코크스 디젤은 지연 코크싱의 주요 제품이지만, 그 품질은 낮습니다.코크스 가솔린의 옥탄가는 매우 낮아, 보통 51~64(MON)입니다. 반면 디젤의 옥탄가는 비교적 높아, 보통 50~58입니다.하지만 두 종류의 오일은 올레핀 함량이 높고, 황, 질소, 산소와 같은 불순물 함량도 높아 안정성이 낮습니다. 따라서 이들은 반제품이나 중간 제품으로만 사용될 수 있으며, 정제 처리를 거친 후에야 휘발유나 경유의 혼합 성분으로 사용될 수 있습니다.촉화 왁스 오일은 황, 질소 화합물, 젤라틴, 잔탄 등의 함량이 높아 2차 가공용으로 쓰이는 저품질의 왁스 오일입니다. 2014년까지는 주로 촉매나 수소화 분해 공정의 원료로 사용되었습니다.석유코크스는 지연 촉매화 공정의 중요한 제품 중 하나로, 품질에 따라 전극, 야금용 재료 및 연료 등으로 사용될 수 있습니다.코크스 가스는 탈황 처리를 거친 후 수소 생산 원료로 사용되거나, 연료망을 통해 연료로 공급될 수 있습니다. 二、장점과 단점 지연 촉화법은 탄소와 금속 함량이 매우 높은 저품질 원료도 처리할 수 있으며, 경질유의 수율과 탈탄 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 연속적인 운전이 가능하고, 처리량이 많으며, 유연성이 뛰어나고, 탈탄 효율이 높다는 장점이 있다. 반면, 투자 및 운영 비용이 낮다는 장점도 있다. 단점은 저가치 제품인 코크스의 생산량이 많고, 액체 제품의 품질이 낮다는 것입니다. 삼. 지연 촉화 공정
지연 촉화는 열분해와 유사하지만, 단시간 내에 촉화 반응에 필요한 온도까지 가열한 뒤, 원료가 반응관 내에서 분해 반응을 일으키지 않도록 조절합니다. 대신 분해 반응은 별도로 마련된 코크스 타워에서 이루어집니다. 바로 이러한 특징 때문에 ‘지연 촉화’라는 이름이 붙은 것입니다.지연 촉매화 장치는 주로 8개의 부분으로 구성됩니다: 1. 촉매화 부분 – 주요 장비는 가열로와 코크스 타워입니다.하나의 용광로에 두 개의 탑이 있는 경우도 있고, 두 개의 용광로에 네 개의 탑이 있는 경우도 있습니다. 또한 다른 장치들과 직접 연동되는 경우도 있습니다. 2. 분별 공정의 주요 장비는 분별탑이며, 지연 촉화 공정에서는 일반적으로 소포제/억촉제/액상 수율 증가제와 같은 화학물질을 첨가해야 합니다. 3. 코크스 가스 회수 및 탈황의 주요 장비는 흡수탑, 탈흡수탑, 안정탑, 재흡수탑 등입니다. 4. 수력 탈초 부분: 중질 잔유의 탄화수소 비율이 높아 쉽게 침전물이 생긴다는 특성을 고려하여, 원료유를 매우 높은 온도(480~500℃)로 빠르게 가열합니다. 그 결과 중질 잔유는 관형 가열로 내에서 반응할 시간조차 없이 중공 형태의 용기(코크스 타워라고 함)로 보내집니다. 그곳에서 가열된 유분이 분해 및 축합 반응을 일으키는데, 가열과 침전물 생성이 동시에 일어나지 않기 때문에 이를 지연 침전이라고 합니다.코크스 탑 내에서의 열분해 반응으로 생성된 415℃의 고온 유가가 코크스 탑의 꼭대기에서 빠져나와 주분별탑의 하부 공급구역으로 들어갑니다. 그곳에서 세척판(인자형 장벽)을 통해 함께 운반된 코크스 입자들이 제거된 후, 증발 구역을 통해 위로 올라가 왁스 오일 수집탱크 위에서 증류 분리가 이루어집니다. 그 결과 가스, 휘발유, 디젤, 그리고 경질 및 중질 왁스 오일 등이 분리됩니다. 한편, 코크스 탑 내에서의 축합 반응으로 생성된 코크스는 그대로 코크스 탑에 남아 있습니다. 코크스 탑 내의 코크스가 일정 수준까지 쌓이면, 다른 코크스 탑으로 전환하여 계속해서 코크스를 생산하게 되며, 기존의 코크스 탑은 청소 작업을 거칩니다.일반적으로 한 코크스화 설비에는 2~4개의 코크스 탑이 사용됩니다.탄소 제거는 수력 제거법을 사용하는데, 먼저 탄층 중앙에 드릴로 구멍을 뚫고, 위에서 아래까지 계속 뚫어줍니다. 그런 다음 아래에서 위로 12~30MPa의 고압수를 주입하여 물의 충격력을 이용해 코크스를 밑으로 내려보냅니다. 고압 수펌프로 공급된 고압수는 상수관, 호스, 드릴파이프를 거쳐 수력 절삭기 노즐로 이동합니다. 절삭기 노즐에서 분출된 고압수는 고압 제트류를 형성하며, 이 강력한 충격력을 이용해 석유코크스를 잘라냅니다.드릴 파이프는 탄소가 완전히 제거될 때까지 계속해서 위아래로 움직이며 회전합니다. 5. 수력 제거 장비로는 고압 워터펌프, 제거 제어 밸브, 윤활유 시스템, 공압 밸브, 윈치 및 궤도 장치, 신형 제거용 호스, 수력 터빈 감속기, 자동 전환식 복합 드릴링/제거 장치, 탑 상부 커버 자동 로딩/언로딩 기계, 탑 하부 커버 로딩/언로딩 기계, 엘리베이터, 드릴파이프 조립체, 그리고 그래플 크레인 등이 있습니다. 6. 코크스의 탈수 및 저장·운송 코크스의 탈수와 저장·운반. 7. 공기 배출 시스템 공기 배출 시스템. 8. 증기 발생 부분: 증기를 생성하는 열원으로는 일반적으로 분별탑의 사이드 라인에서 나오는 디젤유, 중질 왁스 오일, 탑 바닥에서 순환되는 오일이 사용됩니다. 9. 코크스 소성 부분 코크스 소성 부분.국내에서는 용광로의 출구 온도를 495~500℃로 설정하고, 코크스 탑의 상부 압력은 0.15~0.2 Mpa로 정합니다. 넷, 빠른 발전: 지연 촉매화의 위와 같은 장점들 때문에, 중국에서는 지연 촉매화가 빠르게 발전할 수 있었습니다. 그 주된 이유는 다음과 같습니다: ⑴ 지연 촉매화는 석탄과 가솔린의 공급과 수요 사이의 불균형을 해결하는 효과적인 방법입니다.이는 중국의 원유가 전반적으로 무거운 편이고 왁스 함량이 높아 디젤 생산 효율이 낮기 때문이며, 국내 원유의 디젤 분획 수율은 해외 원유의 평균보다 5~7%포인트 낮습니다.그래서 지금까지 2014년까지 중국은 매년 약 80×10톤의 디젤을 수입해왔으며, 국내 공급과 수요의 균형을 맞추기 위해 30×10톤의 휘발유를 수출해야 했습니다.둘째, 중국의 정유 기업들은 2차 가공 시 주로 촉매 분해를 사용하기 때문에, 경유와 휘발유의 비율이 낮습니다(지연 촉매 분해의 경우 1.94, 촉매 분해의 경우 0.56). 따라서 지연 촉매 분해 기술을 발전시키는 것은 경유와 휘발유의 공급과 수요 불균형 문제를 해결하고 경유 생산량을 늘리는 효과적인 방법입니다.⑵지연경화는 수소화 분해에 비해 경질유 제품의 안정성이 낮고 운영 비용이 저렴하다(가공비가 수소화 분해의 약 1/2~1/3 수준)는 단점이 있음에도 불구하고, 이러한 장점 덕분에 강력한 경쟁력을 가진다. 지연 촉화는 투자 비용이 적고, 운영 비용이 낮으며, 전환 효율이 높다는 장점이 있어, 슬래그 오일을 경량화하는 데 가장 주요한 처리 방법 중 하나로 자리 잡았습니다.따라서 2014년 기준으로 중국은 자금이 부족했으며, 경유 제품, 특히 경유와 디젤 연료의 공급과 수요 사이의 불균형이 심각한 상황이었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 비교적 적절한 방법 중 하나가 지연 촉매화였습니다. 이 글의 자료는 인터넷에서 가져온 것으로, 부정확한 부분이 있으면 정정해 주시기 바랍니다(석화연이 정리함. 재게시할 때는 출처를 명시해 주세요)