기계공학 취준일기 #18 개질, 크래킹

석유화학공장은 대규모 장치산업으로 다양한 콤비나트로 건설됩니다. 

 

1. 개질 (REFORMING)

 

개질공정은 주로 나프타를 원료로 합니다. 흔히 촉매를 활용하여 접촉 또는 촉매개질법으로 화학구조를 바꿔

 

방향족 화합물인 BTX와 양질의 가솔린을 얻는데 주 목적이 있다.

 

원유->분별증류->나프타->촉매(접촉)개질->가솔린+BTX로 설명된다. 보통 나프타는 사슬형 파라핀인 포화탄화수소와

 

고리형 파라핀과 방향족 탄화수소를 포함한다. 나프타 중에 탄소수가 6이하인 경질나프타와, 그 이상인 중질나프타로

 

구분한다. 그 중 경질 나프타는 ISOMERIZATION공정을 거쳐 석유화학 원료로 FEED되고, 중질 나프타는 접촉개질에 

 

주로 사용된다. 

 

분별증류에서도 가솔린을 얻지만, 연소효율이 좋은 옥탄가가 높은 가솔린을 얻지 못한다. 그래서 접촉(촉매)개질에는

 

백금과 레늄촉매를 알루미나등의 운반체에 실어 화학반응을 일으켜 옥탄가가 높은 가솔린을 제조한다. 

 

사슬형 파라핀을 고리화 시키고 탈수소화 시켜 방향족 화합물들을 만들기도 하고, 고리형 파라핀을 이성질체화

 

및 탈수소화를 통해 방향족 화합물 등을 제조한다. 또한 사슬형 파라핀이 이성질화 분해반응, 수소화 분해반응을 거쳐

 

가지형 탄화수소로 만들어진다. 

 

2. 크래킹 (CRACKING)

 

리포밍은 양질의 가솔린과 BTX 등을 얻는데 주 목적이 있는데 반해, 크래킹은 고분자공업에 중요한

 

에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소부틸렌 등을 얻기 위해 사용하는 분해공정법이다.

 

크래킹도 원료에 따라 가솔린, LPG, 디젤 등을 얻기도 한다. 석화공정에서 탄화수소의 탄소와 탄소결합을 끓는 반응을 

 

크래킹이라고 하며, 원료 및 크래킹 조건에 따라 여러가지 생성물을 얻는다. 

 

크래킹에는 스팀크래킹과 촉매크래킹이 있다. 

 

스팀 크래킹에서는 나프타, LPG, 에탄 같은 기체상이나 액체상의 탄화수소를 스팀(수증기)와 섞어 고온에서

 

짧게 반응시키고 산소는 철저히 제거된 환경에서 진행된다. 이때 만들어지는 생성물의 종류나 양은 사용원료의

 

조성, 스팀의 양, 크래킹 온도와 노속에 반응물이 머무르는 시간 등에 의존한다. 

 

예를들어 에탄, LPG, 경질나프타를 크래킹하면 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔과 같은 저분자량 알켄이 생성되지만, 

 

중나프타를 스팀 크래킹하면 가솔린이나 연료류에 사용하기 적합한 탄화수소와 방향족 화합물이 생성된다.

 

고온 크래킹에서는 에틸렌과 벤젠이, 저온 크래킹은 프로필렌, C-4 탄화수소와 액체 탄화수소가 많이 생성된다.

 

촉매 크래킹에서는 실리카-알루미다와 제올라이트등과 같은 산성의 촉매를 사용한다. 촉매를 유동화시켜

 

670~760도 정도의 높은 온도에서 중유 등 고분자량 오일을 크래킹하면 LPG, 가솔린, 디젤유 등을 얻는다.