정유플랜트 이야기
원유를 하역하면 spm(single point mooring) / jetty 라는 설비에 저장하게 된다.
spm은 해상 저장고이고 jetty는 부두에 설치된 구조물이다.
원유는 하역한뒤 가압펌프를 지나 원유 저장탱크로 들어가게 되는데 보통 frt를 사용하는데
이는 유증기가 여유공간에 차 있을 경우 폭발의 위험이 있기 때문이다. 그래서 유증기는 탱크 상단의 파이프를 통해
배출되고, 아래에 가라앉은 물은 탱크 하단에 설치된 파이프를 통해 배출된다.
탱크에서 가압펌프를 통해 이송이 시작된다.
탈염기 전단에 열교환기를 위치하는데 그 이유는 원유 점도를 변화하여 탐염과정에 효율을 높이기 위함과
증류탑 이후 제품들의 온도를 낮춤으로써 냉각비용을 줄이기 위함이다.
열교환기 이후 탈염기에 들어가게 되는데 탈염기의 목적은 원유에 섞여있는 물에 포함된 염화물 제거에 있다.
shell & tuble heat exchanger에 scale로 축적, heater에 coke 형성, 가수 분해로 인한 염산 형성으로 공정부식등의
문제를 야기하기 때문에 원유 처리 공정 전에 염화물을 제거하는데 목적이 있다.
세척수와 유화제를 혼합시켜 원유와 함께 탈염기에 feed한다. 그럼 베슬 하단에 염분과 퇴적물이 쌓이고 원유는 상단에
위치하게 되는데 걸러진 퇴적물은 폐수처리 공정으로 보내지고 탈염된 원유는 후공정으로 보내진다.
이후 가열로에서 약 340~360도로 가열되는데 이때 가벼운 성분은 기체가 되고 무거운 성분은 액체로 cdu에 feed된다.
cdu란 crude distillation unit 상압증류공정이다.
flash zone에 feed되면 증발와 응축을 통해 성분별로 나뉘어 지게 된다.
가벼운 성분은 증발되고, 증발되지 않은 중질분이나 아스팔트분은 밑으로 내려간다.
약 45~95cm 간격으로 tray가 수십단 설치되어 있다. tray에는 bubble cap이라는 장치가 설치되는데 상부로 갈수록
낮아지는 온도로 인해 응축되는 무거운 성분이 bubble cap에서 응축되어 밑으로 떨어지게 되고, 가벼운 성분은
증발되어 올라가게 된다.
즉 각 tray에서의 원유는 비등점에 맞게 응축되어 모이게 된다. 넘친 응축액은 downcomer를 통해 아래로
내려간다. 내려간 중질유는 위로 올라오는 증기와 다시 접촉하여 열교환을 통해 응축과 증발 현상이 다시한번 일어나게
된다. 이 과정을 무한히 겪게 되면서 정교한 분리가 일어나게 된다.
여기서 보면 무거운 성분인 잔사유는 증류탑 하부에 모이게 되고, c1, c2와 같은 가벼운 성분은 상부로 모이게 된다.
여기서 제품의 순도를 높이기 위한 장치로 condensor와 reboiler가 존재한다. 원유를 순환시켜 순도를 높이는
역할을 하는데, 증류탑 최상단에는 가장 가벼운 성분이 제품(product)로 나온다. 하지만 증류과정간 무거운 성분이
함유될 수 있는데 condensor를 통해서 응축시켜 다시 증류탑으로 보내는 과정을 환류(reflux)과정이라 한다.
반대로 하부에 위치한 reboiler가 열을 가함으로써 증발시켜 가벼운 성분은 각자에 맞는 tray에 안착할 수 있게 하여
순도를 높이는 과정을 거친다. 여기서 남은 잔사유에서 제품을 뽑아내기 위해 한번더 증류과정을 거치게 되는데 이걸
vdu(감압증류공정)이라고 한다.
그림1에서 알수 있듯이 원유는 furnace에서 가열하고 증류탑에서는 열을 가하는 장치가 따로 없다
(condensor, reboiler 제외). 따라서 제품의 수율과 순도를 높이기 위해서는 적절한 열을 가해야 한다.
이유는 증류탑 내부 온도가 낮으면 증발이 제대로 되질 않아 가벼운 성분들의 제품의 생산량을 줄어들고,
반대의 경우가 발생하기 때문이다. 상부와 하부는 condensor와 reboiler를 통해 온도 조절이 가능하지만 중간 부분은
운도 조절을 위해 따로 pump-around를 설치하기도 한다. pump-around란 증류탑 중간에서 원유를 빼내어 다른 층으로
순환시켜 열교환 하는 방식인데 internal reflux라고 하기도 한다.
CDU를 통해 생산되는 제품 도식표이다.
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