정유(Oil refinery)란 다양한 비점을 가지는 탄화수소의 혼합물인 원유(Crude oil)를 증류하여 석유 제품과 중간 제품을 만들어 내는 공정임.
크게 Topping refinery, Hydro-skimming refinery, Conversion refinery로 분류함.
Topping refinery
원유를 끓는점의 차이에 따라 분리함. Crude distillation unit (CDU)에서 LPG, 납사, 등유, 경유 등과 같은 성분으로 분리함. 이때 생산된 제품은 황, 질소, 금속류 같은 불순물이 많아 연료유로 바로 사용할 수 없음.
Hydro-skimming refinery
Topping 과정에서 나온 제품들의 품질 향상을 위한 공정.
- Hydrotreating: 불순물(황 등)을 제거
- Reforming: 이성화(isomerization), 납사 개질(naphtha reforming)
Conversion refinery (Cracking)
무거운 성분(중질유분)들을 촉매나 수소, 열을 첨가해서 가벼운 성분(경질유분)으로 전환하는 공정. 따라서 Heavy oil upgrade (HOU) 공정이라고도 함.
[참고] CDU에서 경질 유분을 뽑고 남은 하부의 잔사유를 상압 잔사유(Atmospheric residue, AR)라고 함. CDU 하부는 350도 정도로, AR을 분리하기 위해서 350도 보다 더 높은 온도로 가열을 하면 cokes가 생성되는 문제가 있음.
압력이 낮아지면 끓는점이 낮아지므로 30~80 mmHg 정도로 압력, 150도의 저온 저압에서 AR을 증류시킬 수 있음. 이를 감압 증류(Vaccum distillation unit, VDU)라고 함. VDU로부터 비교적 가벼운 성분인 vaccum gas oil (VGO)과 여전히 남은 감압잔사유(vaccum residue, VR)를 얻을 수 있음.
CDU에서 경질 유분을 뽑고 남은 상압잔사유(Atmospheric Residue, AR)가 VDU에서 VGO와 VR로 나눠짐.
상대적으로 가벼운 VGO는 hydrocracking (HCR) 또는 fluid catalytic cracking (FCC)를 사용하여 경질 유분으로 전환할 수 있음. VR은 delayed coking 또는 visbreaking으로 전환함.
| 수첨분해(HCR) | 유동상접촉분해(FCC) |
| VGO를 고온, 고압 상태의 촉매 반응기에 수소 첨가하여 분해. | VGO를 고온의 촉매 반응기에서 유동 상태로 분해. |
| 수소 첨가로 불순물이 제거됨. | 수소를 첨가하지 않기 때문에 중질유탈황이 필요함. |
| 디젤 수율이 높음. | 가솔린 수율이 높음. |
Delayed coking: VR을 고온에서 수소 없이 열분해. 납사, 디젤 등을 생산함.
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