KR101399207B1 - 미전환유를 이용한 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법 - Google Patents

미전환유를 이용한 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소화분해 반응공정으로부터 얻어진 미전환유(UCO)를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소화처리 반응공정(HDT) 및 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)으로부터 얻어진 미전환유(UCO)를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 순환시켜 고급 윤활기유의 공급원료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명에 따르면, 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)로부터 제조된 저급이면서 처리가 어려운 성질의 코커가스유(CGO) 또는 탈아스팔트유(DAO)를 감압가스유(VGO)와 혼합하여 상기 반응을 진행함으로써 보다 경제적이고 효율적인 고급 윤활기유 공급원료의 제조가 가능하게 되는 효과가 있다.
코커가스유, 탈아스팔트유, 미전환유, 수소화처리반응, 수소화분해 반응, 코킹, 탈아스팔트, 윤활기유

Description

미전환유를 이용한 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법{Method for producing feedstocks of high quality lube base oil from unconverted oil}
본 발명은 연료유 수소화 반응의 미전환유(UCO)를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 감압가스유(VGO) 또는 감압가스유와 코커가스유(CGO) 또는 탈아스팔트유(NAO)의 혼합물을 공급원료로 하여 원료유 수소화 처리공정 및 제1 수소화 분해공정을 수행하고 이로부터 발생되어지는 미전환유(UCO)를 제2 수소화 분해공정을 통하여 재순환시킴으로써 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 연료유 수소화 분해공정과 연계하여 윤활기유 공급원료를 제조하는 공정은 감압증류공정(V1)에서 생산된 감압가스유(VGO)를 수소화분해하면서 발생되는 미전환유(UCO)를 이용하는 방법으로, 먼저 유분 속에 포함된 황, 질소, 산소 및 금속성분 등의 불순물을 제거하는 수소화처리 반응공정(HDT)을 거친 후, 주 반응공정인 수소화분해 반응공정(HDC)을 통과하면서 경질 탄화수소로 상당량이 전환되고, 일련의 분별증류공정(Fs)을 거치면서 분해된 각종 오일 및 가스를 분리하여 경질 유분을 제품화한다. 상기 반응에 있어서, 일반적으로 패스당 반응 전환율이 40%정 도로 설계되며, 패스당 전환율을 100%로 운전하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 마지막 분별증류공정에서는 항상 미전환유(UCO)가 발생하게 되며, 이를 일부 외부로 빼내어 윤활기유의 원료로 사용하고 나머지를 수소화분해 반응공정으로 리싸이클한다.
공급되는 감압가스유(VGO)에 다량 포함된 방향족 화합물, 황화합물, 산호 화합물 및 질소화합물 등은 수소화처리 반응공정을 거치면서 거의 대부분 수소에 의해 포화되기 때문에 부산되는 미전환유(UCO)의 90% 이상은 포화 탄화수소가 되므로 윤활기유 성상에서 가장 중요한 특성의 하나인 점도지수가 높은 오일이 된다.
이에 본 출원인은 한국 특허공고 제96-13606호에서 감압가스유(VGO) 연료유 수소화 분해공정의 리싸이클 모드 오퍼레이션에서 직접 미전환유(UCO)를 빼내어 윤활기유 생산용 공급원료로 제공함으로써 제1 감압증류공정(V1, 상압잔사유 감압증류공정)에 리싸이클시킬 필요가 없이 상기 제1 감압증류공정(V1), 및 수소화처리 및 수소화분해 반응공정(R1 및 R2)의 요량(부하)을 감소시켜 효과적인 연료유 및 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법을 제시하였다. 이에 따라 비효율성을 크게 제거하면서 100N, 150N 등급의 점도를 갖는 고급 윤활기유 공급원료를 제조할 수 있게 되었으나, 이는 감압가스유(VGO) 만을 사용하도록 설계된 것으로, 저가이면서 불순물의 농도가 높고, 산화안전성이 낮은 코커가스유(CGO) 또는 탈아스팔트유(DAO)를 함께 사용하고 미전환유(UCO)를 리싸이클링 함으로써 고급 윤활기유의 공급원료를 보다 경제적으로 제조하는 것에 대해서는 고려된 바가 없으며, 수소화분해 공정이 단순하게 하나의 단으로 이루어지게 되어 요구되는 반응기의 크기가 커질 뿐 아니라, 운전의 가혹도로 인해 운전비용이 상승하는 단점이 있었다.
이에 본 출원인은 전술한 고급 윤활기유의 공급원료를 제조하는 방법의 효율과 경제성을 극대화하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 감압가스유 또는 감압가스유와 코커가스유(CGO) 또는 탈아스팔트유(DAO)의 혼합물을 공급원료로 하는 수소화처리 및 수소화분해 반응으로부터 발생되는 미전환유(UCO)를 별도의 수소화분해 반응 공정을 통하여 재순환시킴으로써 효율적으로 고급 윤활기유의 공급원료를 생산할 수 있는 방법을 제시하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 연료유 수소화 분해공정의 미전환유(UCO)를 제2 수소화분해 반응공정을 통하여 재순환시킴으로써 효율을 극대화하는 한편, 사용가치가 적은 코커가스유(CGO) 또는 탈아스팔트유(DAO)를 활용함으로써 경제성을 현저하게 개선할 수 있는 고급 윤활기유 공급원료의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미전환유(UCO)를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법은, 상압잔사유(AR)를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO)를 얻고 상기 감압가스유(VGO)를 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 단계; 상기 수소화처리 반응공정(HDT)을 통하여 불순물을 제거하는 단계; 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 통하여 경질 및 중질의 탄화수소를 얻는 단계; 상기 경질 및 중질의 탄화수소를 분별증류공정(Fs)에 공급하여 오일제품 및 미전환유로 분리하는 단계; 상기 분리된 미전환유 일부를 제2 감압증류공 정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료 및 잔량의 미전환유를 얻는 단계; 상기 분별증류공정(Fs)으로부터 분리된 나머지 미전환유 및 제2 감압증류공정(V2)으로부터 얻어진 미전환유를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하는 단계; 및 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 얻어진 경질 및 중질의 탄화수소를 상기 분별증류공정(Fs)에 재순환시키는 단계로 이루어진다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미전환유를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법은, 상압잔사유(AR)를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO), 및 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하며, 상기 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)은 분별증류공정(Fs')을 통해 코커드럼으로 공급하여 코킹공정을 수행한 후 분별증류공정(Fs')을 통하여 코커가스유(CGO)를 얻고, 얻어진 코커가스유(CGO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 단계; 상기 수소화처리 반응공정(HDT)을 통하여 불순물을 제거하는 단계; 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 통하여 경질 및 중질의 탄화수소를 얻는 단계; 상기 경질 및 중질의 탄화수소를 분별증류공정(Fs)에 공급하여 오일제품 및 미전환유로 분리하는 단계; 상기 분리된 미전환유 일부를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료 및 잔량의 미전환유를 얻는 단계; 상기 분별증류공정으로부터 분리된 나머지 미전환유 및 제2 감압증류공정(V2)로부터 얻어진 미전환유를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하는 단계; 및 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 얻어진 경질 및 중질의 탄화수소를 상기 분별증류공정(Fs)에 재순환시키는 단계로 이루어진다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미전환유를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 방법은, 상압잔사유를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO) 및 감압잔사유(VR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하며, 상기 감압잔사유(VR)는 용매 탈아스팔트 장치(SDA)에 공급하여 아스팔트 및 불순물이 제거된 탈아스팔트유(DAO)를 얻고, 얻어진 탈아스팔트유(DAO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 단계; 상기 수소화처리 반응공정(HDT)을 통하여 불순물을 제거하는 단계; 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 통하여 경질 및 중질의 탄화수소를 얻는 단계; 상기 경질 및 중질의 탄화수소를 분별증류공정(Fs)에 공급하여 오일제품 및 미전환유로 분리하는 단계; 상기 분리된 미전환유 일부를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료 및 잔량의 미전환유를 얻는 단계; 상기 분별증류공정으로부터 분리된 나머지 미전환유 및 제2 감압증류공정(V2)으로부터 얻어진 미전환유를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하는 단계; 및 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 얻어진 경질 및 중질의 탄화수소를 상기 분별증류공정(Fs)에 재순환시키는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 감압가스유(VGO) 또는 감압가스유와 코커가스유(CGO) 또 는 탈아스팔트유(DAO)의 혼합물을 공급원료로 하여 수소화처리 반응공정(HDT) 및 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 진행하고, 이로부터 얻어진 미전환유(UCO)를 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 재순환시킴으로써 보다 효율적인 고급 윤활기유 공급원료의 생산이 가능하며, 저급이면서 처리가 어려운 성질의 코커가스유(CGO) 및 탈아스팔트유(DAO)를 활용하여 보다 경제적이고 고부가인 고급 윤활기유 공급원료의 제조가 가능하게 되는 효과가 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하면서 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 감압가스유(VGO)를 공급원료로 하는 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 공정도로서, 제1 감압증류공정(V1)으로부터 분리된 감압가스유(VGO)를 수소화처리 반응공정(HDT)에 공급하여 황, 질소, 산소 및 금속성분 등의 불순물을 제거하고, 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 통하여 경질유분을 생산하고 이에 수반되는 미전환유(UCO)를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하여 이를 순환시킴으로써 고급 윤활기유 공급원료를 생산하는 방법을 나타낸다.
본 발명은 종래 1단의 수소화분해 반응공정과는 달리, 1단의 수소화처리 및 분해 반응공정(HDT, HDC1)을 거친 후 분별증류공정(Fs)을 통하여 분리된 미전환유를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 고급 윤활기유 및 잔량의 미전환유를 얻고, 상기 제2 감압증류공정(V2)으로부터의 잔량의 미전환유를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 도입하여 디젤 및 경질유분을 추가로 생산한 후, 생산된 상기 디젤 및 경질유분을 상기 분별증류공정(Fs)으로 재순환시키는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 2단의 수소화분해 반응공정(HDC1, HDC2)의 경우에는 종래의 1단으로만 이루어진 수소화분해 반응공정과는 달리 2개의 반응기에 나누어 수소화분해 반응을 진행하게 되므로, 반응기의 크기를 줄일 수 있으며, 운전 가혹도를 줄일 수 있고, 수소화분해(Hydrocracking) 반응의 조절이 용이하여 디젤을 최대로 생산할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 1회 통과(one-through)의 2단의 수소화분해 반응공정의 경우에는 낮은 전환율로 운전되므로 하층 유분인 미전환유(UCO)의 다환고리방향족 성분이 높고 전체적으로 미전환유(UCO)의 품질이 1단의 수소화분해 반응공정을 채용한 경우에 비하여 떨어지기 때문에 고급 윤활기유의 공급원료로는 사용하기 어려운 문제가 있었으나. 본 발명에서는 2단의 수소화분해 반응공정을 통한 미전환유(UCO)의 재순환을 통하여 필요한 원료를 최대한 회수하고, 남은 미전환유(UCO)를 재순환시켜 반응 전환율을 높임으로써 품질을 개선하는 한편, 물량의 증산도 가능하게 하는 효과가 있다.
수소화처리 반응공정(HDT)은 공급원료에 포함된 황, 질소, 산소 및 금속성분 등의 불순물을 제거하는 공정이며, 수소화처리 반응공정(HDT)을 거친 후 제1 수소 화분해 반응공정(HDC)의 수소화 분해 과정을 통하여 경질 탄화수소로 전환된다.
제1 수소화분해 반응공정(HDC1)을 통하여 생성된 경질 및 중질의 탄화수소를 분별증류공정(Fs)에 공급하여 오일제품 및 미전환유(UCO)로 분리한다. 분리된 미전환유(UCO)의 일부를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료를 분리하고 잔량의 미전환유(UCO)를 얻게 된다.
상기 제2 감압증류공정(V2)으로부터의 잔량의 미전환유(UCO)는 상기 분별증류공정(Fs)으로부터의 나머지 미전환유(UCO)와 함께 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되고, 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 생성된 경질 및 중질의 탄화수소가 상기 분별증류공정(Fs)에 재순환된다.
이때, 상기 분별증류공정(Fs)에서 생성되는 미전환유에 대한 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되는 미전환유의 비는 1:2 ~ 1:5가 바람직하며, 상기 제2 감압증류공정(V2)으로 공급되는 미전환유에 대한 상기 제2 감압증류공정(V2)으로부터 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되는 미전환유의 비는 1:1.5 ~ 1:1.2가 바람직하다.
상기 제2 감압증류공정(V2)은 320 ~ 350 ℃의 탑저온도 및 140 ~ 160 mmHg의 탑저압력, 75 ~ 95 ℃의 탑정온도 및 60 ~ 80 mmHg의 탑정압력으로 운전되며, 상기 제2 감압증류공정(V2)에서 얻어진 소정의 점도 등급을 갖는 윤활기유 공급원료에 대해서는 탈왁스 공정 및 안정화 공정이 더욱 진행될 수 있다.
도 2는 감압가스유와 코커가스유를 공급원료로 하는 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실 시예에 따른 개략 공정도로서, 좀 더 구체적으로 도 2를 살펴보면, 본 발명은 상압증류공정(CDU)로부터 분리된 상압잔사유(AR)를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO), 및 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하며, 상기 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)을 분별증류공정(Fs'), 코커드럼을 통한 코킹공정 후, 다시 분별증류공정(Fs')을 통하여 코커가스유(CGO)를 얻는다. 이렇게 얻어진 코커가스유(CGO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하여 상기의 본 발명에 따른 2단의 수소화분해 공정을 진행한다.
상기 코커가스유(CGO) 생산과정을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 감압증류공정(V1)에서 분리된 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)은 분별증류공정(Fs')을 거쳐 일부 비점이 낮은 성분을 분리하고, 남은 유분이 코커드럼에 투입되며, 코커드럼에서 코크스를 형성할 수 있는 충분한 온도까지 급격하게 가열되는데, 이때 히터코일(Heater coil) 내에서의 최소 속도 및 체류시간을 유지하고 코크스 형성을 억제하기 위하여 스팀이 함께 공급된다. 코커드럼에 잔류하는 액체는 코크스 및 경질 탄화수소 기체로 전환되고 모든 기체는 코커드럼 상단으로 유출된다. 이러한 과정을 수행하기 위해서는 최소 2개의 코커드럼이 필요하며, 하나의 드럼에 코크스가 형성되는 도중에 나머지 하나에는 오일의 흐름을 중지하고 코크스를 제거하는 작업이 진행된다. 이러한 코킹공정을 통하여 생산되는 코커가스유(CGO)는 색채 안정성이 좋지 않고, HPNA(High Poly-Nuclear Aromatic hydrocarbon) (방향족 고리 7개 이상)의 함량이 높아서, 이를 수소화처리 및 분해 반응공정에 공급하여 생산하는 미전환유(UCO)는 고급 윤활기유의 원료로 부적당하다. 그러나 본 발명에 따른 방법과 같이 미전환유(UCO)를 별도의 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 재순환하는 경우에는, HPNA 함량이 낮고, 안정성이 확보된 고품질의 미전환유(UCO) 확보가 가능하고, 고급 윤활기유의 원료로 사용가능한 100D 및 150D 등급의 윤활기유 원료가 최대로 생산될 수 있으며, 기존에 벙커C유(B-C)로 활용되거나 DSL로 활용되었던 코커가스유(CGO)를 고급윤활기유의 원료로 사용될 수 있게 함으로써 고부가화에 따른 경제성이 개선되는 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 방법에 있어서의 코킹공정의 구체적인 조건은 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
운전조건, 단위 범위
히터방출온도, ℃ 480~500
코커드럼 온도, ℃ 500~600
상단-코커드럼 압력, psig 15~30
순환비, 순환부피/공급부피 0.05~0.2
코킹공정으로부터 생산된 코커가스유(CGO)는 감압가스유(VGO)와 혼합되어 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급되는데, 이때 코커가스유(CGO)와 감압가스유(VGO)의 혼합에 있어서 감압가스유(VGO)의 함량이 높아지면 고급 윤활기유의 생산량이 높아지지만 생산 비용이 증가하고, 코커가스유(CGO)의 함량이 높아지면 생산비용이 절감되는 잇점은 있으나, 코커가스유(CGO)의 성상이 감압가스유(VGO)에 비하여 좋지 않기 때문에, 감압가스유(VGO)와 코커가스유(CGO)의 혼합부피비(VGO/CGO)는 2~9가 바람직하다.
감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물 (VR/AR) 로부터 약 20~50 부피%까지 코커가스유(CGO)를 추출하여 감압가스유(VGO)와 혼합하고, 수소화처리 및 분해 반응공정(HDT, HDC)의 원료로 사용할 수 있으므로, 같은 양의 상압잔사유(AR)가 제1 감압증류공정(V1)에 공급되었을 경우, 감압가스유(VGO)만을 공급원료로 사용한 경우에 비하여 약 10 ~ 50 % 정도의 상압잔사유(AR)를 부가가치가 높은 경질유분 및 고급 윤활기유의 공급원료로 더 전환할 수 있는 장점을 갖는다.
도 3은 감압가스유(VGO)와 탈아스팔트유(DAO)를 공급원료로 하는 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 공정도로서, 본 발명에 따르면, 상압잔사유(AR)를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO) 및 감압잔사유(VR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하며, 상기 감압잔사유(VR)는 용매 탈아스팔트장치(SDA)에 공급하여 아스팔트 및 불순물이 제거된 탈아스팔트유를 얻고, 이렇게 얻어진 탈아스팔트유(DAO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하여 상기의 본 발명에 따른 2단의 수소화분해반응을 동일하게 진행한다.
상기 탈아스팔트유(DAO)의 생산과정을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 탈아스팔트유(DAO)는 제1 감압증류공정(V1)에서 생성된 감압잔사유(VR)가 용매 탈아스팔트 공정(SDA)의 원료로 투입되어 아스팔트 및 불순물이 적절하게 제거되어 제조된다. 상기 용매 탈아스팔트 공정(SDA)에 사용되어지는 용매로는 주로 탄소수가 3개 내지 6개인 노말 또는 이소 파라핀계 용매가 주로 사용되어지며, 구체적으로는 노말프로판, 노말부탄, 이소부탄, 노말펜탄 및 노말헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또한 원료인 감압잔사유(VR) 대비 탈아스팔트유(DAO)의 수율은 운전조건 및 용매에 따라 변화되는데 용매의 탄소수가 많을수록 커지는 경향을 보이며, 일반적으로 약 15 ~ 80 %이다.
이러한 용매탈아스팔트공정을 통하여 생산되는 탈아스팔트유(DAO)는 금속 및 잔류탄소의 함량은 낮으나, 높은 방향족 비율, 높은 증류점 유분이 포함되어 있기 때문에 고급윤활기유의 원료로 활용되기 어렵다. 그러나 본 발명에 따른 방법과 같이 미전환유(UCO)를 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하여 재순환하는 경우에는, 방향족의 함량을 낮출 수 있고, 높은 증류점을 갖는 유분의 제거가 가능하여 고급윤활기유의 원료로 사용될 수 있으며, 이러한 탈아스팔트유(DAO)를 활용함으로써 고급 윤활기유의 원료유의 제약이 완화되어 고부가화에 따른 경제성이 개선되는 효과를 갖는다.
감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)로부터 약 10~50 부피%까지 탈아스팔트유(DAO)를 추출하여 감압가스유(VGO)와 혼합하고, 수소화처리 및 분해 반응공정(HDT, HDC)의 원료로 사용할 수 있으므로, 같은 양의 상압잔사유(AR)가 제1 감압증류공정(V1)에 공급되었을 경우, 감압가스유(VGO)만을 공급원료로 사용한 경우에 비하여 약 10 ~ 50% 정도의 상압잔사유(AR)를 부가가치가 높은 경질유분 및 고급 윤활기유의 공급원료로 더 전환할 수 있는 장점을 갖는다.
탈아스팔트유(DAO)와 감압가스유(VGO)의 혼합에 있어서 감압가스유(VGO)의 함량이 높아지면 고급 윤활기유의 생산량이 높아지지만 생산 비용이 증가하고, 탈아스팔트유(DAO)의 함량이 높아지면 생산비용이 절감되는 잇점은 있으나, 탈아스팔트유(DAO)의 성상이 감압가스유(VGO)에 비하여 좋지 않기 때문에, 감압가스유(VGO)와 탈아스팔트유(DAO)의 혼합부피비(VGO/DAO)는 2~9가 바람직하다.
본 발명에 따른 수소화처리 반응공정(HDT)에 공급되는 감압가스유(VGO), 코커가스유(CGO) 및 탈아스팔트유(DAO)의 대표적인 성상을 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112007060790564-pat00001
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
상압잔사유(AR)를 원료로 하여 제1감압증류공정(V1)에서 분리된 감압가스유(VGO)는 상기 표 2에 나타난 성상을 가지고 있으며, 수소화처리 반응공정(HDT)에서 LHSV(Liquid Hourly Space Velocity) 3.881 hr-1, 압력 2417 Psig, 온도 389℃, 수소유입속도 1374 Nm3/m3의 조건에서, 촉매로 KF-848(Albemarle사 제품)를 이용하여 수소화 처리를 하고, 이를 다시 제 1 수소화분해 반응공정(HDC1)에서 LHSV 1.068 hr-1, 압력 170bar, 온도 395℃, 촉매는 DHC-8(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1050 nm3/m3의 조건으로 처리한 후, 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 410℃이하인 디젤 및 경질제품 일부를 회수하고 후술하는 리사이클된 UCO와 함께 LHSV 1.613 hr-1, 압력 170 bar, 온도 403℃로 DHC-8촉매(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1028 nm3/m3의 조건으로 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)에서 처리하였다. 이어서 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 410℃ 이하인 디젤 및 경질제품을 회수하고 전술한 표 2에 나타난 성상을 지닌 미전환유(UCO)를 얻었으며 이를 UCO 감압증류공정(V2)에 주입하여 탑정압력 75 mmHg, 탑정온도 80℃ 및 탑저압력 150 mmHg, 탑저온도 325℃로 감압증류하여 하기 표 3과 같은 경질추출물(Light Distillate) 20LV%, 100N 추출물 32LV%, 중간추출물(Middle Distillate) 22LV% 및 150N 추출물 4LV%, 탑저제품 22LV% 등을 얻었다.
이중 100N 및 150N 추출물만 중간제품으로 공급량(V2로 공급되는 UCO양)의 36%(즉 100N: 32% 및 150N: 4%)만 빼내고 나머지(공급량의 64%)는 모두 합하여 제 2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 리사이클하였다. 이로써 하기 표 3에 나타난 것과 같은 100N 및 150N 등급의 고점도 지수, 저휘발도의 고급 윤활기유 원료를 생산하였고, UCO의 36%를 빼냄으로써 내화성 성분과 다핵 방향족 화합물의 누적방지기능은 이루면서 반응 전환율을 높여 품질의 개선하고 V1과 R1의 여유용량을 제공함으로써 윤활기유 원료 생산량만큼의 추가처리용량을 제공하여 시설을 매우 효율적으로 활용할 수 있음이 입증되었다.
Figure 112007060790564-pat00002
실시예 2
상압잔사유(AR)를 원료로 제1감압증류공정(V1)에서 분리된 감압잔사유(VR)는 분별증류공정(Fs')을 통해 일부 비점이 낮은 성분을 분리하고, 500℃로 가열되어 코커드럼으로 투입된다. 코커드럼에서는 온도 550℃, 상단 코커드럼 압력 25 Psig 조건에서 가열되어 드럼에 잔류하는 액체는 코크스 및 경질 탄화수소 기체로 전환되고 모든 기체는 분별증류공정(Fs')을 통해 LPG, Gas, 나프타, 코커가스유(CGO)로 분리된다. 코커가스유(CGO)와 감압가스유(VGO)는 상기 표 2에 나타난 성상을 가지고 있으며 수소화처리 반응공정(HDT)에서 LHSV 3.56 hr-1, 압력 2417 Psig, 온도 384℃, 수소유입속도 962 Nm3/m3의 조건에서, 촉매로 UF-210STARS(UOP사 제품)를 이용하여 수소화 처리를 하고, 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)에서 LHSV(Liquid Hourly Space Velocity) 1.246 hr-1, 압력 170 bar, 온도 395℃, 촉매는 UF-210STARS/DHC-32(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1180 Nm3/m3의 조건으로 처리한 후, 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 370℃이하인 디젤 및 경질제품 일부를 회수하고 후술하는 리사이클된 UCO와 함께 LHSV 1.613 hr-1, 압력 170 bar, 온도 398℃로 DHC-8촉매(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1028 Nm3/m3의 조건으로 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)에서 처리하였다. 이어서 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 370℃ 이하인 디젤 및 경질제품을 회수하고 하기 표 4에 나타난 성상을 지닌 미전환유(UCO)를 얻었으며 이를 UCO 감압증류공정(V2)에 주입하여 탑정압력 75 mmHg, 탑정온도 80℃ 및 탑저압력 148 mmHg, 탑저온도 330℃로 감압증류하여 하기 표 4와 같은 경질추출물(Light Distillate) 30LV%, 100N 추출물 35LV%, 중간추출물(Middle Distillate) 18LV% 및 150N 추출물 4LV%, 탑저제품 13LV% 등을 얻었다.
이중 100N 및 150N 추출물만 중간제품으로 공급량(V2로 공급되는 UCO의 양)의 39%(즉 100N: 35% 및 150N: 4%)만 빼내고 나머지(공급량의 61%)는 모두 합하여 제 2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 리사이클하였다. 따라서 하기 표 4에 나타난 것과 같은 100N 및 150N 등급의 고점도 지수, 저휘발도의 고급 윤활기유 원료를 생산하였고, UCO의 39%를 빼냄으로서 다핵 방향족 화합물의 함량이 낮고 안정성이 확보된 고품질의 미전환유 확보가 가능하고 윤활기유 원료 생산량만큼의 추가처리용량을 제공하여 시설을 매우 효율적으로 활용할 수 있을 뿐 아니라 기존에 B-C로 활용되거나 DSL로 활용되었던 코커가스유(CGO)를 고급윤활기유의 원료로 사용될 수 있게 함으로써 고부가화에 따른 경제성이 개선되는 효과가 있다.
Figure 112007060790564-pat00003
실시예 3
상압잔사유(AR)를 원료로 제1감압증류공정(V1)에서 분리된 감압잔사유(VR)는 탈아스팔트장치(SDA)에 공급되어, 아스팔트 및 불순물이 적절하게 제거된다. 이때 탈아스팔트의 용매로 노말 프로판(N-C3)이 사용되었으며 압력은 45.7 kg/cm2g, 아스판텐 분리 온도는 83℃에서 탈아스팔트유(DAO)는 39%의 수율로 제조된다. 상기 표 2에 나타난 성상을 지닌 감압가스유(VGO)와 탈아스팔트유(DAO)는 3~5의 혼합부피비(VGO/DAO)로 수소화처리 반응공정(HDT)에 공급되어 수소화처리 반응공정(HDT)에서 LHSV 3.01 hr-1, 압력 2488 Psig, 온도 395℃, 수소유입속도 1125 Nm3/m3의 조건에서, 촉매로 UF-210STARS(UOP사 제품)를 이용하여 수소화 처리를 하고, 이를 제 1 수소화처리 반응공정(HDC1)에서 LHSV(Liquid Hourly Space Velocity) 1.208 hr-1, 압력 170 bar, 온도 405℃, 촉매는 UF-210STARS/DHC-32(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1250 Nm3/m3의 조건으로 처리한 후, 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 370℃이하인 디젤 및 경질제품 일부를 회수하고 후술하는 리사이클된 UCO와 함께 LHSV 1.405 hr-1, 압력 170 bar, 온도 403℃로 HC-215촉매(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1200 Nm3/m3의 조건으로 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)에서 처리하였다. 이어서 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 370℃ 이하인 디젤 및 경질제품을 회수하고 하기 표 5에 나타난 성상을 지닌 미전환유(UCO)를 얻었으며 이를 UCO 감압증류공정(V2)에 주입하여 탑정압력 70 mmHg, 탑정온도 80℃ 및 탑저압력 150 mmHg, 탑저온도 345℃로 감압증류하여 하기 표 5와 같은 경질추출물(Light Distillate) 17LV%, 100N 추출물 30LV%, 중간추출물(Middle Distillate) 20LV% 및 150N 추출물 4LV%, 탑저제품 29LV% 등을 얻었다.
이중 100N 및 150N 추출물만 중간제품으로 공급량(V2로 공급되는 UCO양)의 34%(즉 100N: 30% 및 150N: 4%)만 빼내고 나머지(공급량의 66%)는 모두 합하여 제 2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 리사이클하였다. 따라서 하기 표 5에 나타난 것과 같은 100N 및 150N 등급의 고점도 지수, 저휘발도의 고급 윤활기유 원료를 생산하였고, UCO의 34%를 빼냄으로서 다핵 방향족 화합물의 함량이 낮고 높은 증류점을 갖는 유분의 제거가 가능하여 고품질의 미전화유 확보가 가능하고 윤활기유의 원료유 제약이 완화되어 고부가화에 따른 경제성이 개선되는 효과가 있다.
Figure 112007060790564-pat00004
비교예
상압잔사유(AR)를 원료로 하여 제1감압증류공정에서 분리하여 상기 표 2에 나타난 성상을 지닌 감압가스유(VGO)를 수소화처리 반응공정에서 LHSV(Liquid Hourly Space Velocity) 3.429 hr-1, 압력 2397 Psig, 온도 385.8℃, 촉매는 UF-210STARS(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 842 Nm3/m3의 조건으로 처리한 후, 후술하는 리사이클된 UCO와 함께 LHSV 1.241 hr-1, 압력 2397 Psig, 온도 395.2℃로 UF-210/HC-115/UF-100 촉매(UOP사 제품)를 이용하여 수소유입속도 1180 Nm3/m3의 조건으로 수소화분해 반응공정에서 처리하였다.
이어서 통상의 분리기 및 여러 개의 분별증류공정을 거쳐 비점이 350℃ 이하인 디젤 및 경질제품을 회수하고 하기 표 6에 나타난 성상을 지닌 미전환유(UCO)를 얻었으며 이를 제2 감압증류공정에 주입하여 탑정압력 75 mmHg, 탑정온도 80℃ 및 탑저압력 150 mmHg, 탑저온도 325℃로 감압증류하여 하기 표 6과 같은 경질추출물(Light Distillate) 32.5LV%, 100N 추출물 34.8LV%, 중간추출물(Middle Distillate) 14.6LV% 및 탑저제품인 150N 추출물 18.1LV% 등을 얻었다.
이중 100N 및 150N 추출물만 중간제품으로 공급량(제2 감압증류공정으로 공급되는 UCO의 양)의 52.9%(즉 100N: 34.8% 및 150N: 18.1%)만 빼내고 나머지(공급량의 47.1%)는 모두 합하여 수소화분해 반응공정으로 리사이클하였다. 따라서 하기 표 6에서 나타난 것과 같은 100N 및 150N 등급의 고점도 지수, 저휘발도의 고급 윤활기유 원료를 생산하였다.
Figure 112007060790564-pat00005
도 1은 감압가스유를 공급원료로 하는 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 공정도이다.
도 2는 감압가스유와 코커가스유를 공급원료로 하는 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 공정도이다.
도 3은 감압가스유와 탈아스팔트유를 공급원료로 연료유 수소화반응공정의 리싸이클 모드를 이용하여 고급 윤활기유 공급원료를 제조하는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
CGO: 코커가스유 DAO: 탈아스팔트유
VGO: 감압가스유 UCO: 미전환유
AR: 상압잔사유 VR: 감압잔사유
V1: 제1 감압증류공정 V2: 제2 감압증류공정
HDT: 수소화처리 반응공정
HDC 1: 제1 수소화분해 반응공정
HDC 2: 제2 수소화분해 반응공정 Fs: 분별증류공정
Fs': 코킹공정의 분별증류공정 SDA: 용매 탈아스팔트 공정

Claims (7)

  1. 삭제
  2. (a) 상압잔사유(AR)를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO) 및 감압잔사유(VR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 한편, 상기 감압잔사유(VR) 또는 상압잔사유와 감압잔사유의 혼합물(VR/AR)을 분별증류공정(Fs')을 거쳐 코커드럼으로 공급하여 상기 코커드럼에서 코크스 및 탄화수소 기체를 생성하는 코킹공정을 수행한 후, 상기 탄화수소 기체를 다시 상기 분별증류공정(Fs')으로 이송하여 (i) LPG, 가스 및 나프타를 포함하는 경질 성분 및 (ii) 코커가스유(CGO)를 분리하고, 상기 분리된 코커가스유(CGO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 단계;
    (b) 상기 수소화처리 반응공정(HDT)을 통하여 상기 감압가스유(VGO) 및 상기 코커가스유(CGO) 내의 불순물을 제거하는 단계;
    (c) 상기 불순물이 제거된 감압가스유(VGO) 및 코커가스유(CGO)를 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)에 의하여 경질 및 중질의 탄화수소로 전환시키는 단계;
    (d) 분별증류공정(Fs)에 의하여 상기 단계 (c)에서 전환된 경질 및 중질의 탄화수소를 오일 제품 및 미전환유로 분리하는 단계;
    (e) 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 일부를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료 및 잔량의 미전환유를 얻는 한편, 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 나머지 일부를 상기 제2 감압증류공정(V2)로부터 얻어진 잔량의 미전환유와 함께 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하는 단계; 및
    (f) 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 나머지 일부 및 상기 제2 감압증류공정(V2)로부터 얻어진 잔량의 미전환유를 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 경질 및 중질의 탄화수소로 전환시키고, 이를 재순환시켜 상기 단계 (c)에서 전환된 경질 및 중질의 탄화수소와 함께 상기 분별증류공정(Fs)으로 공급하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 분별증류공정(Fs)에서 분리된 전체 미전환유에 대한 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되는 미전환유의 비가 1:2보다 크고 1:5 이하이고, 그리고
    상기 수소화처리 반응공정(HDT)에 공급되는 감압가스유(VGO) 및 코커가스유(CGO)의 혼합 부피비(VGO/CGO)가 2~9인 것을 특징으로 하는 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법.
  3. (a) 상압잔사유를 제1 감압증류공정(V1)에서 증류하여 감압가스유(VGO) 및 감압잔사유(VR)로 분리하고, 상기 감압가스유(VGO)는 직접 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 한편, 상기 감압잔사유(VR)를 용매 탈아스팔트 장치(SDA)에 공급하여 아스팔트 및 불순물이 제거된 탈아스팔트유(DAO)를 얻고, 상기 얻어진 탈아스팔트유(DAO)를 상기 감압가스유(VGO)와 함께 수소화처리 반응공정(HDT)으로 공급하는 단계;
    (b) 상기 수소화처리 반응공정(HDT)을 통하여 상기 감압가스유(VGO) 및 상기 탈아스팔트유(DAO) 내의 불순물을 제거하는 단계;
    (c) 상기 불순물이 제거된 감압가스유(VGO) 및 탈아스팔트유(DAO)를 제1 수소화분해 반응공정(HDC1)에 의하여 경질 및 중질의 탄화수소로 전환시키는 단계;
    (d) 분별증류공정(Fs)에 의하여 상기 단계 (c)에서 전환된 경질 및 중질의 탄화수소를 오일 제품 및 미전환유로 분리하는 단계;
    (e) 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 일부를 제2 감압증류공정(V2)에 공급하여 소정의 점도등급을 갖는 고급 윤활기유 공급원료 및 잔량의 미전환유를 얻는 한편, 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 나머지 일부를 상기 제2 감압증류공정(V2)로부터 얻어진 잔량의 미전환유와 함께 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급하는 단계; 및
    (f) 상기 분별증류공정(Fs)에 의하여 분리된 미전환유의 나머지 일부 및 상기 제2 감압증류공정(V2)로부터 얻어진 잔량의 미전환유를 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)을 통하여 경질 및 중질의 탄화수소로 전환시키고, 이를 재순환시켜 상기 단계 (c)에서 전환된 경질 및 중질의 탄화수소와 함께 상기 분별증류공정(Fs)으로 공급하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 분별증류공정(Fs)에서 분리된 전체 미전환유에 대한 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되는 미전환유의 비가 1:2보다 크고 1:5 이하이고, 그리고
    상기 수소화처리 반응공정(HDT)에 공급되는 감압가스유(VGO) 및 탈아스팔트유(DAO)의 혼합 부피비(VGO/DAO)가 2~9인 것을 특징으로 하는 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 감압증류공정(V2)에 공급되는 미전환유에 대한 상기 제2 감압증류공정(V2)으로부터 상기 제2 수소화분해 반응공정(HDC2)으로 공급되는 미전환유(UCO)의 비가 1:1.2 ~ 1:1.5인 것을 특징으로 하는 고급 윤활기유 공급원료의 제조 방법.
KR1020070084507A 2007-08-22 2007-08-22 미전환유를 이용한 고급 윤활기유 공급원료의 제조방법 KR101399207B1 (ko)

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