증기 균열

Steam cracking
독일 루드비히샤펜에 있는 BASF 사이트의 스팀크래커 II

증기 균열은 포화 탄화수소가 더 작고 종종 불포화 탄화수소로 분해되는 석유화학 공정이다. 이것은 에틸렌(또는 에틸렌)과 프로펜(또는 프로필렌)을 포함한 더 가벼운 알케네(또는 흔히 올레핀)를 생산하기 위한 주요 산업 방법이다. 증기 크래커 유닛은 나프타, 액화석유가스(LPG), 에탄, 프로판, 부탄 등의 공급원료가 증기 크래킹로에 증기를 사용하여 열적으로 균열되어 가벼운 탄화수소를 생산하는 설비다. 프로판 탈수 과정은 다른 상업적 기술을 통해 이루어질 수 있다. 이들 각각의 주요 차이점은 채택된 촉매, 원자로 설계 및 더 높은 전환율을 달성하기 위한 전략에 관한 것이다.[1]

올레핀은 무수한 제품의 유용한 전구체다. 증기 균열은 에틸렌과 프로필렌과 같은 가장 큰 규모의 화학 공정을 지원하는 핵심 기술이다.[2]

공정설명

일반

증기 균열에서는 나프타, LPG, 에탄과 같은 기체 또는 액체 탄화수소 사료를 증기로 희석하고 산소가 없을 때 용광로에서 잠깐 가열한다.[3] 일반적으로 반응 온도는 약 850 °C로 매우 높다. 그 반응은 빠르게 일어난다: 거주 시간은 밀리초이다. 유속이 음속에 접근한다. 균열 온도에 도달한 후, 기체를 빠르게 취입하여 전환 라인 열 교환기 또는 취입 오일을 사용하여 취입 헤더 내부에서 반응을 정지시킨다.[2]

반응에서 생산된 제품은 공급의 구성, 탄화수소 대 증기 비율, 균열 온도 및 용해로 거주 시간에 따라 달라진다. 에탄, LPG, 나프타 등 경탄화수소 사료는 주로 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등 가벼운 알케인을 준다. 더 무거운 탄화수소(풀 레인지 및 헤비 나프타, 기타 정유 제품) 사료는 이러한 동일한 제품 중 일부를 제공하지만 가솔린이나 연료 오일에 포함하기에 적합한 방향족 탄화수소와 탄화수소가 풍부한 제품도 제공한다.[citation needed]

균열 온도(심각도라고도 함)가 높을수록 에테인과 벤젠의 생산을 선호하지만, 심각도가 낮을수록 프로펜, C4-수소탄소 및 액체 제품이 더 많이 생산된다. 이 과정에서 탄소의 일종인 코크스가 원자로 벽에 천천히 침전되는 결과를 초래하기도 한다. 이는 원자로의 효율을 떨어뜨리기 때문에 반응조건은 이를 최소화하도록 설계된다. 그럼에도 불구하고, 증기 분쇄로는 보통 탈코킹 사이에 한 번에 몇 달 동안만 달릴 수 있다. 디코크에는 용해로를 프로세스에서 격리한 후 증기 흐름 또는 증기/공기 혼합물이 용해로 코일을 통과하도록 요구한다. 이것은 단단한 고체 탄소층을 일산화탄소와 이산화탄소로 변환시킨다. 이 반응이 완료되면 용광로를 다시 사용할 수 있다.[citation needed]

공정내역

에틸렌 공장의 영역은 다음과 같다.

  1. 증기 균열로:
  2. 1차 및 2차 열 회수(쿼치 포함)
  3. 용해로와 취출 시스템 사이의 희석 증기 재활용 시스템;
  4. 균열 가스의 1차 압축(압축 3단계)
  5. 황화수소 및 이산화탄소 제거(기체 제거)
  6. 이차 압축(1단계 또는 2단계);
  7. 균열된 가스의 건조
  8. 극저온 치료
  9. 차갑게 갈라진 가스 흐름은 모두 탈착기 타워로 간다. 데메타나이저 타워에서 나오는 머리 위 하천은 갈라진 가스 흐름 속에 있던 모든 수소와 메탄으로 이루어져 있다. 이 오버헤드 스트림을 처리하는 극저온(-250°F(-157°C)은 수소와 메탄을 분리한다. 메탄 회수는 에틸렌 공장의 경제적인 운영에 매우 중요하다.
  10. 데메타나이저 타워에서 아래쪽 스트림이 디탄나이저 타워로 간다. 디탄나이저 타워에서 나오는 오버헤드 스트림은 갈라진 가스 스트림에 있던 모든 C2로 이루어져 있다. C2 스트림에는 200kPa(29psi) 이상의 폭발성이 있는 아세틸렌이 들어 있다. 아세틸렌의 부분 압력이 이 값을 초과할 것으로 예상되면 C2 스트림은 부분적으로 수소가 된다. C2는 C2 스플리터로 이동한다. 제품 에틸렌은 주탑의 오버헤드에서 가져오고 스플리터 바닥에서 나오는 에탄은 용해로로 재활용되어 다시 균열이 발생한다.
  11. 탈윤기 탑에서 바닥 스트림은 탈환기 탑으로 간다. 디프로파나이저 타워에서 나오는 오버헤드 스트림은 갈라진 가스 스트림에 있던 모든 C3로 이루어져 있다. C3 스플리터에 C3를 공급하기 전에, 스트림을 수소화하여 메틸아세틸렌과 프로파디엔(알렌) 혼합물을 변환시킨다. 그리고 나서 이 스트림은 C3 스플리터로 보내진다. C3 스플리터에서 나오는 오버헤드 스트림은 제품 프로필렌이며, 하단 스트림은 균열을 위해 용해로로 보내지거나 연료로 사용되는 프로판이다.
  12. 디프로파나이저 타워의 아래쪽 스트림은 디프로파나이저 타워로 공급된다. 데뷔작에서 나오는 오버헤드 스트림은 갈라진 가스 스트림에 있던 C4의 모든 것이다. 시판기에서 나오는 아래쪽 스트림(약열분해 가솔린)은 C5 이상의 갈라진 가스 스트림에 있는 모든 것으로 구성된다.

에틸렌 생산은 에너지 집약적이기 때문에 용광로를 떠나는 가스의 열을 복구하는 데 많은 노력을 기울였다. 갈라진 가스로부터 회수되는 에너지의 대부분은 고압(1200psig(8300kPa) 증기를 만드는 데 사용된다. 이 증기는 갈라진 가스, 프로필렌 냉동 압축기, 에틸렌 냉동 압축기를 압축하기 위한 터빈을 구동하는 데 사용된다. 에틸렌 공장은 일단 가동되면 증기 터빈을 구동하기 위해 증기를 수입할 필요가 없다. 대표적인 세계 규모의 에틸렌 공장(연간 약 15억 파운드(680KTA))은 균열 가스 압축기, 3만 hp(2만 2천 kW) 프로필렌 압축기, 1만 5천 hp(1만 1천 kW) 에틸렌 압축기를 사용한다.

증기 균열 발전소 내부의 철저한 에너지 통합에도 불구하고, 이 과정은 극복할 수 없는 양의 이산화탄소를 배출한다. 에틸렌 1톤당 1 - 1.6톤의 이산화탄소(공급원료에 따라 달라짐)가 생산되고 있다.[4] 그 결과 매년 대기 중으로 배출되는 이산화탄소는 3억톤이 넘는데, 70-90%는 화석연료의 연소에 직접 기인한다. 지난 수십 년 동안, 증기 균열 기술의 에너지 효율을 높이기 위해 몇 가지 발전이 실행되었다. 이러한 변화에는 옥시 연료 연소, 새로운 버너 기술, 3D 원자로 기하학적 구조가 포함된다.[4] 그러나 성숙된 기술 내에서 흔히 볼 수 있듯이, 이러한 변화는 에너지 효율의 한계적 이득으로 이어질 뿐이었다. 증기 균열의 온실가스 배출을 획기적으로 억제하기 위해, 전기화는 예를 들어 저항성 및 유도성 난방에 의해 재생 가능한 전기가 열로 직접 변환될 수 있기 때문에 해결책을 제공한다.[4] 그 결과 여러 석유화학 회사들이 힘을 합쳐 나프타나 가스증기균열차가 화석연료 연소 대신 재생전기를 이용해 어떻게 가동될 수 있는지를 조사하기 위해 연구개발 노력을 병행하는 여러 공동협약을 개발하게 되었다.[5][6]

증기 균열로 사용 허가자

주어진 설계의 증기 균열 장치를 건설하고 운영하고자 하는 석유 정제 회사가 설계 개발자로부터 구입해야 하는 면허에 따라 몇 가지 독점 설계를 이용할 수 있다.

주요 증기 균열로 설계자 및 라이센스 제공업체:

참고 항목

참고 및 참조

  1. ^ Giovanni Maggini (2013-04-17). "Technology Economics: Propylene via Propane Dehydrogenation, Part 3". Slideshare.net. Retrieved 2013-11-12.
  2. ^ a b Zimmermann, Heinz; Walzl, Roland (2009). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a10_045.pub3.
  3. ^ Amghizar, Ismaël; Vandewalle, Laurien A.; Van Geem, Kevin M.; Marin, Guy B. (2017). "New Trends in Olefin Production". Engineering. 3 (2): 171–178. doi:10.1016/J.ENG.2017.02.006.
  4. ^ a b c "Dream or Reality? Electrification of the Chemical Process Industries". www.aiche-cep.com. Retrieved 2021-07-05.
  5. ^ "BASF, SABIC and Linde join forces to realize the world's first electrically heated steam cracker furnace". www.basf.com/.
  6. ^ "Petrochemical companies form Cracker of the Future Consortium and sign R&D agreement". www.borealisgroup.com/.
  7. ^ "Pyrolysis/Steam Cracking Lummus Technology". www.lummustechnology.com. Retrieved 2020-07-16.
  8. ^ "Ethylene - Technip Energies plc". www.technipenergies.com. Retrieved 2021-10-27.
  9. ^ "Cracking furnace technology". Linde Engineering. Retrieved 2020-01-13.
  10. ^ "Petrochemical Technologies KBR". www.kbr.com. Retrieved 2020-01-27.