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디젤은 석유 정제 제품으로서, 각국의 연료 구성에서 상당한 비중을 차지하며 중요한 동력 연료가 되었습니다. 세계 경제의 급속한 발전과 디젤을 연료로 사용하는 차량의 증가에 따라, 앞으로 디젤에 대한 수요는 점차 증가할 것입니다. 하지만 디젤이 연소될 때 발생하는 배기가스는 환경에 미치는 해로움도 점점 심각해지고 있습니다. 이에 따라 세계의 주요 산업 선진국들은 디젤의 품질에 대한 요구가 점점 더 엄격해지고 있습니다. 앞으로 디젤의 품질은 황 함량을 점차 줄여서 결국은 황이 전혀 없는 상태로 만들고, 방향족 화합물과 다환방향족 화합물의 함량도 줄이는 방향으로 발전할 것입니다. 동시에 디젤의 밀도도 낮아지고, 옥탄가는 높아질 것입니다. 경유의 황 함량을 줄여 경유의 품질을 향상시키는 데 있어 핵심적인 요소는 바로 경유의 황 함량을 낮추는 기술입니다. 이러한 기술에는 수소화 탈황, 산화 추출, 생물학적 탈황, 흡착 탈황 등이 있습니다. 그중에서도 경유의 수소화 처리는 현재 단계에서 초저황 경유를 생산하는 데 가장 주요하고 효과적인 기술입니다.야보, 스탠더드, 톱소, 액슨모빌, 어드밴스드 리파이닝 테크놀로지스, 그리고 중국석화를 포함한 세계의 주요 석유회사들은 유럽 IV 이상의 배출 기준을 충족시키는 디젤 연료를 생산하기 위해 디젤 분획의 수소화 처리 기술을 적극적으로 개발해왔습니다. 그중 대표적인 기술로는 엑손모빌의 DODD 디젤 초심층 탈황 기술, 알베마를의 디젤 초심층 수소화 탈황 기술, 셸의 SMDH 중간 분획유 수소화 기술, IFP의 Prime-D 디젤 심층 수소화 탈황 기술 등이 있습니다. 또한 톱소, IFP, 크라이테리온, UOP, 엑손모빌, 체브론, 알베마를과 같은 회사들이 개발한 귀금속을 활용한 이중 단계 디젤 심층 수소화 탈황 기술도 있습니다. 최근 몇 년간 디젤의 심층 탈황 분야에서 중국석화 푸슝석유화학연구원(약칭 FRIPP)과 석유화학과학연구원(약칭 RIPP)은 여러 새로운 공정 기술을 개발했으며, 그중 일부 신기술은 이미 산업적으로 활용되고 있습니다. FCSH 디젤 역류 수소화 심층 탈황 탈아로마틱 공정. FCSH 공정은 단일 단계의 역류 작동 방식을 사용할 수도 있고, 1단계는 병렬로, 2단계는 역류 방식으로 하는 직렬 방식을 사용할 수도 있습니다. 이 공정의 특징은 신선한 수소나 순환 수소 탈황탑에서 나온 수소가 반응기의 하부에서 들어가고, 원료유는 반응기의 상부에서 들어가서 오일과 가스가 서로 반대 방향으로 접촉하면서 반응이 일어난다는 것입니다. 가스가 위로 상승하면서 반응 과정에서 생성된 유해 가스인 H2S와 NH3가 촉매층 밖으로 빠져나가므로, 반응이 가장 어려운 물질들도 비교적 깨끗한 반응 조건에서 반응할 수 있게 됩니다. 이를 통해 수소화 탈황 및 수소화 탈아로마틱 반응의 효율이 향상됩니다.동시에, 일반적인 기체-액체 혼합 흐름 공정에서는 수소화 반응으로 인한 발열로 인해 반응기 출구에 가까울수록 반응물의 온도가 높아지게 되며, 이는 디젤유의 깊은 정도의 방향족 화합물 제거에 부정적인 영향을 미칩니다. 반면, 역류형 반응기의 경우 반응기로 들어가는 것이 차가운 수소이기 때문에, 반응기 내 온도가 위에서 아래로 갈수록 점차 낮아지는 경향을 보여 이러한 단점을 효과적으로 극복할 수 있습니다.따라서 역류 수소화는 현재 초저황 디젤을 생산하는 효과적인 방법으로 자리 잡았으며, 전 세계 주요 석유 회사들이 경쟁적으로 개발하고 있는 새로운 정제 기술이 되었습니다. FCSH 단계적 연속 공정은 일반 공정에 비해 초심층 탈황 효과, 방향족 화합물 포화 능력, 밀도 감소 및 옥탄가 상승 측면에서 뚜렷한 장점이 있어, 유럽 V 배기가스 기준을 충족하는 디젤을 생산하는 데 더욱 효과적입니다. FDAS 2단계법 깊은 탈황 탈아로마틱 공정 FRIPP가 개발한 FDAS 2단계법 깊은 탈황 탈아로마틱 공정은 가공 밀도가 높고 아로마틱 함량이 많으며 옥탄가가 낮은 촉매 디젤을 처리하기 위해 개발된 새로운 공정으로, 그 주요 목적은 아로마틱을 제거하고 밀도를 낮추며 옥탄가를 높이는 것입니다.FDAS 기술은 중간 압력 조건에서 첫 단계에서는 일반 촉매를 사용하여 수소화 정제를 진행하고, 두 번째 단계에서는 비귀금속 촉매를 사용하여 보다 깊은 수소화 처리를 통해 디젤유의 황과 방향족 분자를 제거하며, 옥탄가를 높여 저황·저방향족 디젤유를 얻을 수 있습니다.수소화 정제 과정에서 생성되는 질화물의 흡착 활성 중심은 방향족 화합물의 흡착 활성 중심과 동일하며, 질화물이 촉매 활성 중심에 흡착되는 강도는 방향족 화합물보다 훨씬 크다. 이로 인해 질화물과 방향족 화합물 사이에 흡착 경쟁이 일어나고, 그 결과 방향족 화합물의 포화 반응이 억제된다. 2단계 공정을 사용하면, 2단계에서는 유기 질화물, 암모니아, 황화수소 등의 함량이 현저히 줄어들어 방향족 화합물의 포화 반응에 유리해진다. FDAS 2단계법을 이용한 심층 탈황·탈아로마틱 공정의 탈황 효과, 아로마틱 화합물의 포화 능력, 그리고 옥탄가 상승 폭은 일반적인 수소화 정제 공정에 비해 현저히 높았습니다. 또한 아로마틱 화합물의 포화 능력과 옥탄가 상승 폭은 단일 단계의 2가지 첨가제를 사용하는 MCI 공정보다도 우수했습니다. SRH 디젤 액상 순환 수소화 공정은 FRIPP가 개발한 것으로, SRH 하류식 디젤 액상 순환 수소화 기술입니다. 이 공정에서는 반응 부분에 수소 순환 시스템이 설치되어 있지 않으며, 대량으로 순환하는 액상 제품에 포함된 용해된 수소를 활용하여 수소화 반응에 필요한 수소를 공급합니다. 반응기는 드랍렛 베드 반응기와 유사한 구조를 가지고 있습니다.SRH 액상 순환 수소화 기술의 장점은 촉매의 습윤 계수 영향을 제거할 수 있다는 것입니다.순환 오일의 비열용량이 크기 때문에, **반응기의 온도 상승을 줄이고 촉매의 활용 효율을 높일 수 있으며, 분해와 같은 부반응도 감소시킬 수 있다.**고압 장비가 적어 열 손실이 작으며, 투자 비용과 운영 비용도 일반 수소화 정제에 비해 낮아, 저비용으로 유제 품질을 향상시킬 수 있는 기술 중 하나입니다. 디젤 연속 액상 순환 수소화 공정인 RIPP가 개발한 연속 액상 순환 수소화 기술의 주요 반응 메커니즘 및 공정 분별 영역은 FRIPP가 개발한 SRH 상류식 액상 수소화 기술과 유사하다. 주된 차이점은 두 가지로, 1) 상향식 반응기를 사용한다는 점, 2) 열고압 스티어링 세퍼레이터가 추가된다는 점이다. (1) 상행식 반응기: 연속 액상 수소화 공정에서 수소화 반응이 원활하게 진행되도록 하면서 순환 오일의 유량을 줄이기 위해서는, 반응기 내 액상에 용해된 수소의 포화도를 가능한 한 높여야 합니다. 따라서 반응기 출구에서는 소량의 수소가 기체 상태로 존재해야 합니다.이때 반응기 내의 액상은 연속상이고 기상은 분산상이며, 분산상인 기체가 반응기의 특정 부위에 집중되어 반응물의 기상 및 액상 흐름의 균일성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 상승식 반응기가 최적의 선택입니다.상향식 반응에서는 반응물 유체의 기체 및 액체 상이 아래에서 위로 촉매층을 통과하며, 매질의 흐름 방향은 가스 확산 방향과 일치하여 반응기 내부에서 가스가 국소적으로 축적될 가능성을 최대한 줄여주고, 소량의 수소를 균일하게 분배하는 데 도움을 줍니다.동시에, 하향식 반응기와 비교할 때 상향식 반응기의 층간 거리가 더 작아 내부 부품의 필요량도 적으며, 촉매 충전률이 높습니다. 또한 점검 및 설치 작업도 줄어들어 장비 투자와 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 아울러 반응기의 압력 강하도 적어 에너지 소비도 줄어듭니다. (2) 열고압 스티레이션 분리기: 연속 액상 수소화 기술에서는 수소화 반응 생성물이 반응기를 떠난 후 열교환을 통한 냉각 과정을 거치지 않고 바로 열고압 스티레이션 분리기로 들어갑니다. 이를 통해 열교환 과정에서의 열 손실을 줄일 수 있으며, 동시에 고온 상태에서도 수소의 용해도를 높일 수 있습니다.전통적인 열고압 분리기에 소량의 특수 탑판을 추가하고, 필요한 경우(예: 고유황 원유를 가공하여 초저유황 디젤 제품을 생산할 때) 열수소를 이용한 스티어링 과정을 병행함으로써, 순환 오일 내에서 반응을 억제하는 H2S와 NH3의 함량을 줄일 수 있습니다. 또한, 열고압 스티어링 분리기는 일정한 높이의 베이스를 가지고 있기 때문에, 그 하부에 위치한 반응 생성물 순환 펌프가 기포로 인해 공동 현상이 발생하지 않습니다. RTS 디젤 초심층 수소화 탈황 공정 RIPP가 개발한 RTS 디젤 초심층 탈황 기술은 비귀금속 계열의 수소화 정제 촉매를 하나 또는 두 가지 사용하며, 2단계 일회 통과 공정을 통해 디젤의 초심층 수소화 탈황을 두 개의 반응기에서 수행합니다.제1 반응기에서는 높은 온도에서 심층적인 탈황 및 탈질 반응이 이루어지며, 제거가 용이한 황화물들과 거의 모든 질화물들이 첫 번째 반응기에서 제거됩니다. 질화물들이 제거된 후의 제2 반응기에서는 낮은 온도에서 남아 있는 황화물들을 완전히 제거하고, 석유의 색상을 개선합니다. RTS 기술을 활용하여 공정 흐름과 운전 조건을 최적화함으로써, 고황 함량을 가진 직접 정제된 디젤유를 원료로 사용할 경우, 일반적인 수소화 정제 공정보다 50% 이상 높은 유속에서도 황 함량이 50μg/g 미만, 심지어 10μg/g 미만인 초저황 디젤유를 생산할 수 있습니다.