기계공학 취준일기 #5 RFCC

저번시간에 고도화공정중에 HCR에 대해 알아보았다.

 

오늘은 RFCC에 대해 알아보겠다. RFCC란 RESIDUE FLUID CATALYTIC CRACKING이다.

 

중질유를 경질유로 탄소결합을 쪼개는 CRACKING과정을 거쳐야 하는데 촉매를 이용한 것이다.

 

즉 접촉분해이다. 접촉개질이란 공정도 있는데 두개는 서로 다른거다. 다음시간에 접촉개질공정이 어떤건지 하겠다.

 

CDU에서 나온 PRODUCT를 FEED 하여 촉매와 접촉시켜 CRACKING하는 공정이 RFCC이고, 

 

VDU에서 나온 VGO를 FEED하여 촉매와 접촉시켜 CRAKING 하는 공정이 VGO RFCC이다. 

출처 - GS칼텍스

위 그림으로 직관적으로 알아볼 수 잇다. 자세히 알아보자.

 

출처 위키피디아

 

한마디로 정리하자면 OIL FEED, 촉매, STREAM을 혼합하여 REACTOR RISER에서 유동층을 형성하고, OIL을 CRACKING

 

하여 LIGHT한 HYDROCARBON으로 CONVERSION하는 공정.

 

출처 https://www.researchgate.net/figure/Fluid-catalytic-cracking-process_fig1_233294455

 

위키피디아 그림은 너무 복잡하다 간단하게 가보자  

 

크게 반응기 (REACTOR), 재생기(REGENERATOR), 정류탑(분별증류 FRACTIONATOR)로 나뉜다.

 

1. REACTOR(반응기)

 

하단의 RAW OIL CHARGE에서 중질유가 FEED된다. 그 OIL은 REGENERATOR에서 나온 촉매(제올라이트)와

 

고온의 증기와 함께 RSIER로 투입된다. 이때 증기는 온도를 약 480~590까지 올려주는 역할을 하게 된다.

 

분해반응(CRACKING)은 이 RISER에서 일어나게 된다. 분해된 탄화수소와 촉매는 반응기 내부로 유입되는데,

 

반응기 내부에는 탄화수소와 촉매의 분리가 일어난다. 위 공정도에 CATALYST STRIPPER가 있는데, 촉매(고체)와

 

탄화수소(증기)가 원심작용으로 분리가된다. 그리고 촉매는 REGENERATOR로 빠지고,

 

탄화수소는 FRACTIONATOR(정류탑)으로 흘러간다.

 

2. REGENERATOR(재생기)

 

재생탑은 촉매를 재생하는 곳이다. 반응기를 거친 촉매 표면에는 탄소(COKES)가 달라 붙는다.

 

촉매에 탄소가 달라붙으면 반응성이 떨어지기 때문에 탄소 제거과정을 겪는다. C+02 -> C02/C0

 

재생탑 하부로 590도의 고온 공기가 ㅌ ㅜ입되는데, 공기중 산소가 촉매표면에 붙은 탄소를 연소한다. 

 

생성된 연소가스(CO/CO2)와 재생된 촉매는 재생탑 내부에서 원심작용에 의해 분리된다. 재생된 촉매는 다시 RISER로

 

보내져 1과정을 순환하고, 연소가스는 배출된다. 배출된 고온의 연소가스는 그 열을 재활용하여 REACTOR에 투입되는

 

STEAM생성에 사용되기도 한다.

 

3. 정류탑

 

정류탑에는 분별증류가 일어난다. 끓는점에 따라 GAS, 휘발유, RUDDB 그리고 SLURRY OIL가 분리된다.

 

SLURRY OIL은 CDU에서 나온 중질유와 혼합되어 다시한번 위 과정을 순환하게 되거나 아니면 CLARIFIED SLURRY로 

 

분류된다. RFCC의 정류탑에서 분리된 제품들은 일반 증류탑에서 분리된 제품들과는 다른 특징이 있다.

 

(휘발유 비중이 높고 다음과 같은 차이점이 있다)

 

4. 차이점

 

4.1 불포화탄화수소 (OLEFIN) : 석유화학의 쌀

 

단순 증류를 통해 얻은 GAS는 포화탄화수소 (PARAFFIN, C-C)로 이루어져 있지만, CRACKING 과정에서

 

불포화탄화수소가 생기기 때문에 RFCC 정류 과정을 통해 얻은 GAS는 불포화탄화수소(OLEFIN, C=C)가 있다. 

 

불포화탄화수소는 쓰임새가 다양하다. 에틸렌(OLEFIN의 종류)는 석유화학 공정의 주요 원료로 쓰이고, 프로필렌이나

 

부틸렌은 ALKYLAYION공정의 원료로 쓰인다. 즉 RFCC는 OLEFIN(불포화탄화수소)의 주요 생산시설중 하나다. 

 

4.2 방향족탄화수소 (AROMATIC) : 높은 옥탄가, 좋은 휘발유

 

RFCC를 통해 얻은 휘발유나 경유는 AROMATIC함량이 높다. 중질유는 많은 방향족 고리가 있는데, CRACKING과정에서

 

방향족 고리와 그 가지 사이의 결합이 분해된다. 그 결과 RFCC를 통해 얻은 휘발유는 일반 증류를 통해 얻는 휘발유보다

 

벤젠 함유량이 많고, HCR과 반대로 높은 옥탄가를 갖게 된다, (HCR은 옥탄가가 낮고 세탄가가 높다). 

 

5. RFCC 특징

 

중질유 유동상촉매 분해공정 (RFCC) 특징은 순환이다. 촉매는 순환하며 탄화수소를 CRACKING하고, COKES제거를 통해

 

재생산된다. 비싼 촉매의 수명을 늘려서 사용할 수 있다는 거다. 그리고 열이 순환한다.

 

반응기에서 일어나는 CRACKING은 흡열반응이고, 재생탑에서 일어나는 반응은 발열반응이다.

 

즉, 재생탑에서 발생하는 열을 재활용하여 반응기에 사용할 수 있다. 재생탑에서 발열하여 뜨거운 촉매는

 

RISER로 가서 원료와 합류하면서 열을 제공하고, 연소가스로 부터 열을 회수해서 STEAM을 데울 수 잇다.

 

즉, 열 효율이 좋다.