KR20100091403A - 질소를 이용한 스트리핑 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FCC 공정에서 주분류탑의 중간단에서 생산된 유분을 질소를 사용하여 스트리핑함으로써 인화점 및 외관 규격을 총족시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 인화점 규격 총족과 동시에 수분을 포화 수준 미만으로 낮추는 것이 가능하여 근본적으로 외관 문제를 해결할 수 있으며 인화점의 조절이 용이하여 유분을 등유 및 경유 제품에 직배합을 가능케 한다. 또한, 이외의 설비가 필요치 않고, 기존의 통상적인 분리기에 적용하는 경우에도 질소 주입 배관의 연결만으로도 본 발명의 방법을 적용할 수 있어 비용적인 면에서 큰 이점을 지닌다.
질소, 분리기, FCC, 스트리퍼, 인화점.

Description

질소를 이용한 스트리핑 방법{THE METHOD OF STRIPPING BY USING NITROGEN}
본 발명은 정유 및 석유 화학 공장의 주분리탑 중간단에서 생산된 유분의 스트리핑에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 RFCC 공정에 있어서 분리탑 중간단의 생성물을 스트리퍼 하부에 주입된 질소의 분압에 의하여 경질 유분 및 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다.
중질유 유동상촉매 분해공정(RFCC, Residue Fluid Catalystic Cracking)은 중질유 탈황공정에서 생산된 저유황 연료유와 저유황 상압 잔사유를 원료로 유동상 촉매분해를 통해 휘발유 원료 등을 생산하는 공정이다. FCC 공정의 주분리탑의 중간 단에서 등유, 디젤 등의 배합에 필요한 유분을 생산하는데, 이 유분을 일반적으로 사이드컷(side cut)이라고 한다. 사이드컷 유분의 성분은 주로 HCN 및 LCO 유분을 포함한다. 주분리탑에서 생산된 HCN(Heavy Catalytic Naphtha)유분과 LCO(Light Cycle Oil) 유분의 경우, 디젤의 제품에 배합용으로 사용하기 위해서는 인화점 및 외관 규격이 충족 되어야 한다. 인화점은, 국내 경유 제품의 경우 40 ℃ 이상이며, 외관은 B&C로 관리하고 있다.
이를 위해 보조 분리탑(side stripper)에서 경질 유분 및 수분의 제거가 요구된다. 이를 위한 보조 분리탑으로는 통상적으로 리보일러(reboiler)를 이용하는 형식, 진공 스트리핑 형식, 스팀 스트리핑 형식이 있었다.
일반적으로 가장 대표적으로 쓰이고 있는 스팀을 이용한 공정은. 도 1에서 보듯이 주분리기(100)의 중간 단에서 사이드컷(side cut)이 사이드컷도입관(115)을 통하여 스팀이용분리기(110)으로 도입되고, 스팀주입부(115)를 통하여 주입된 스팀에 의하여 분리가 일어난다. 이후 분리된 유분은 관3(119)을 따라 추가적인 수분분리기(120)로 도입되고 여기서 분리된 수분은 수분배출관(121)을 따라 배출되고 관4(123)로 수분이 제거된 유분이 도출되는 공정을 거친다.
상기의 스팀 스트리핑 형식을 이용하는 경우에도, 인화점의 규격을 충족하는데 문제점이 없으나, 수증기의 주입으로 인하여 제품 내에 수분 함량이 높아지므로 외관이 흐리게 되는 문제점을 지고, 이러한 문제점의 해결을 위하여 추가적인 수분의 제거를 위한 장치, 예를 들어 Coalesver, Salt Drier 등을 설치하는 방법이 있으나, 효과에 비하여 과다한 설비가 필요하며 추가적인 비용의 부담이 있다.
미국 특허 제4,606,816호 등에서도 원유의 증류에 관한 공정에 대한 발명이나 보조 분리기에서 스팀을 이용한 분리만을 개시하고 있고, 이에 대한 효과의 증대나 개선 방안 등을 제시하지 않고 있다.
리보일러 형식의 경우 인화점 조절 및 수분으로 인한 외관 문제는 해결이 가능하나, 리보일러 설치가 필요하고 리보일러의 적절한 열 매체가 없어 고온의 Heavy Oil을 열 매체로 사용하는 경우 리보일러의 파울링이 과도하게 되어 설비의 유지 및 보수에 시간과 비용의 문제가 있었다.
또한, 진공 스트리핑 형식은 진공 설비, 응축기, 리시버, 펌프 등의 많은 설비를 요하므로 고비용이라는 문제점이 있었다.
이에 상술한 문제를 해결하기 위한 연구를 수행한 결과, 보조 분리기 하부에 질소를 주입하는 경우, 인화점 및 외관의 충족과 동시에 수분을 포화 수준 미만으로 낮추는 것이 가능함을 발견하였고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기의 FCC 공정에 있어서 주분리탑 중간단의 생성물을 보조 분리기에서 분리하는데 사용되는 적합한 기체로서 질소가 바람직함을 발견하였고, 질소를 이용하여 경우 인화점 규격 총족 및 외관의 문제를 해결하고 동시에 수분을 포화 수분이하로 낮추는 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구체예에서는, FCC 공정에 있어서, 180℃ 내지 360℃의 비점을 갖는 HCN 및 LCO가 주분리탑에서 분리된 후 디젤 제품에 혼합되기 이전에 질소가스에 의하여, 경질 유분 및 수분을 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 유분의 스트리핑 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 구체예는 FCC 공정에서 본 방법을 사용하는 보조 분리기 를 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 구체예들의 상세한 사항은 이하의 상세한 설명에서 더 자세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따르면, 기존에 사용된 방법에 비하여, 보조 분리기 이외의 추가적인 설비가 없어 비용적인 면에서 유리함을 지니고, 기존의 통상적인 보조 분리기에 적용시 질소 주입 배관의 연결만으로 상기 언급한 효과를 달성하는 것이 가능하다는 이점이 있다. 질소를 사용하는 것이 비용이나 설비의 간소함 이외에도 효과적인 측면에서도 인화점 규격 충족과 동시에 수분을 포화 수준 미만으로 낮추는 것이 가능하여 외관 문제를 근본적으로 해결할 수 있으며, 인화점의 조절이 용이하여 중간단에서 분리된 유분을 등유 및 디젤 제품에 직배합을 가능케한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 스트리퍼에 질소를 주입하여 질소의 분압을 이용하여 경질 유분 및 수분을 동시에 제거할 수 있다. 본 발명의 일구체예인 도 2에서 개시된 바와 같이 주분리기(100)의 중간 단에서 생성된 사이드컷(side-cut) 유분은 사이드컷 도입관(105)을 따라 질소이용스트리퍼(200)에 도입된다. 질소는 질소 주입부(201)를 따라 질소이용스트리퍼(200)에 도입된다. 질소의 주입 압력은 질소가 스트리퍼에 충분히 주입될 수 있도록 스트리퍼 압력보다 높게 설정하여야한 다. 스트리퍼의 압력은 각각의 경우마다 다를 수 있으나, 당업자에게 자명한 사항이다. 이후 질소는 분리기에 주입되어 주입된 지점에서 분리기 내부의 압력과 동일하게 된다. 이때 질소의 주입량의 범위는 0.1 kgmole/m3(oil) 내지 0.4 kgmole/m3(oil)이고, 바람직하게는 0.2 kgmole/m3(oil) 내지 0.3 kgmole/m3(oil)이다. 질소의 주입량이 0.1 kgmole/m3(oil) 이하인 경우, 질소의 분압에 의한 분리 효과가 미미해지는 문제점이 있고, 주입량이 0.4 kgmole/m3(oil) 이상인 경우는 질소가 과다하게되어 질소에 대한 비용이 과다해지는 문제점 및 주분리탑의 압축기가 과부하되는 등의 문제점을 지닌다. 분리기에서 제거된 경질 유분 및 수분은 관2(203)를 통하여 주분리탑으로 다시 회수된다. 상기 분리기에서 경질 유분과 수분이 제거된 유분은 관1(205)을 따라 저장탱크로 보내어진다.
각각의 사용되는 제품에 따라 상이하기는 하나, 통상 국내 경유 제품의 경우 40℃ 이상의 인화점을 규격으로 하고 있는데, 상기 스트리퍼에서 분리된 유분은 60 내지 68 ℃의 인화점을 갖는다. 또한, 외관의 경우도 B&C(Bright & Clear)를 만족한다. 외관 규격은 육안으로 판단하며, 투명한 시료병에 빛을 투과시켜 표준사진과 비교하여 가장 비슷한 표준사진을 선택하여 결정된다. 여기의 표준 사진은 기술분야에서 널리 알려져 있는 것으로, B&C(Bright & Clear), Slight Hazy, Hazy, Free Water, Sediment, Suspended Solid의 6가지 등급으로 분류된다. 상기 분리기에서 분리된 유분은 스팀을 이용한 경우와 달리, 추가적인 수분 제거가 없이, 등유 및 디젤 제품에 배합용으로 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 종래 스팀을 사용한 기술에 비하여 향상된 본 발명의 효과를 알아보도록 한다.
실시예1
일반적으로 사용되는 RFCC 공정에서 본 발명에 따른 질소를 주입하는 것을 특징으로 하는 스트리퍼를 사용하였다. 질소의 주입압력은 7 kg/cm2g이었으며, 스트리퍼의 운전온도는 200℃이고, 질소 주입량은 0.23 kgmole/m3(oil)이었다.
실시예1의 결과를 질소에 의한 스트리핑 이전의 상태와 비교한 것을 표 1에 나타내었다.
비교항목 질소 스트리핑 이전 질소 스트리핑 이후
수분함량, wppm 220 이상 60
외관 Hazy B&C
인화점, ℃ 시험불가(상온 이하) 60~64
실시예2
질소 사용량을 0.15 kgmole/m3(oil)로 변경한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 실시를 반복하였다.
비교예1
스트리퍼에 질소 대신 0.28 kgmole/m3(oil)의 스팀을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 실시를 반복하였다.
상기 실시예1와 비교예1의 결과를 하기의 표에 나타내었다.
비교 항목 비교예1(Steam Stripping) 실시예1(N2 Stripping)
주입량 Steam : 0.28 kgmole/m3(oil) N2: 0.23kgmole/m3(oil)
수분함량, wppm 400 60
외관 Hazy B&C
인화점, ℃ 64~66 60~64
상기 표에서 보듯이, 인화점은 비슷한 범위에서 형성되었으나, 질소를 사용한 경우의 수분함량이 스팀을 사용한 것에 비하여 훨씬 적은 것을 알 수 있다. 또한 외관에서도 수분의 경우, hazy한 것에 비하여 질소를 사용한 경우에 B&C를 만족함을 알 수 있다. 따라서, 질소를 사용함이 스팀의 사용시 추가적으로 요구되는 수분 제거 공정의 추가가 필요없을 뿐더러 외관의 만족을 위한 추가적인 공정 또한 요구되지 않음을 알 수 있다.
실시예3
실시예1를 질소 주입량을 0.1 kgmole/m3(oil)인 것을 제외하고는 동일하게 반복하였다.
비교예2
실시예1를 질소를 주입하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 반복하였다.
상기 실시예와 비교예를 하기의 표 3에 나타내었다.
비교 항목
 Steam 주입
(비교예 1)
 질소 주입
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
주입량
(kgmole/m3(oil))		 0.28 0.23 0.15 0.1 0
수분 함량, wppm 400 60~120 40~105 50~55 220~271
외관 Hazy B&C B&C B&C Hazy
인화점, ℃ 64~66
(Min. 64)		 60~64
(Min. 64)		 53~58
(Min. 64)		 46~48
(Min. 64)		 실험불가
(상온이하)
상기 표에서 알 수 있듯이, 스팀 주입의 경우는 수분 함량이 과다하여 추가적으로 수분을 제거하는 장치 또는 공정이 요구되어 적당치 않고, 질소 주입량이 0.1 kgmole/m3(oil) 이하인 경우 외관 규격을 만족하지 못할 뿐더러, 인화점 또한 상당히 낮아, 적합하지 않았다. 질소 주입량이 0.4 kgmole/m3(oil) 이상인 경우에는 외관 및 인화점은 향상될 것으로 예측되나, 상세한 설명에서 언급했던 바와 같이 질소의 비용과다, 및 압축기 과부하 등의 문제점을 지닌다.
도 1은 종래의 FCC공정에서 스팀 스트리퍼가 사용된 것을 나타낸 것이다.
도 2는 FCC 공정에서 질소가 사용된 스트리퍼를 나타낸 것이다.
※도면의 주요 부분의 설명
100: 주분리기 101: 상부생성물배출관
103: 하부생성물배출관 105: 사이드컷 도입관
110: 스팀이용스트리퍼 115: 스팀주입부
117: 관5 119: 관3
120: 수분분리기 121: 수분배출관
123: 관4 200: 질소이용스트리퍼
201: 질소주입부 205: 관1
203: 관2

Claims (4)

  1. 중질유 유동상촉매 분해공정에 있어서, 180℃ 내지 360℃의 비점을 갖는 HCN 및 LCO가 주분리탑에서 분리된 후 디젤 제품에 혼합되기 이전에 질소가스에 의하여, 경질 유분 및 수분을 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유분의 스트리핑 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 질소의 주입 압력은 주분리탑과 보조 분리탑 압력 이상인 것을 특징으로 스트리핑 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 질소의 주입량은 0.1 kgmole/m3(oil) 내지 0.4 kgmole/m3(oil)인 것을 특징으로 하는 스트리핑 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 FCC 공정의 보조 분리기(stripper).
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