네, 열분해유는 정제될 수 있습니다. 하지만 이는 기존 원유를 정제하는 과정과는 근본적으로 다르며 훨씬 더 어려운 과정입니다. 귀중한 연료나 화학 물질을 얻기 전에 고유의 불안정성, 높은 산소 함량 및 부식성을 관리하기 위해 특수 전처리 및 화학적 업그레이드가 필요합니다.
열분해유 정제의 핵심 과제는 단순한 분리가 아니라 제염 및 안정화 과정입니다. 산소 및 산과 같은 공격적인 오염 물질을 제거하는 중요한 업그레이드 단계(가장 일반적인 수소처리)를 통해 그 가치가 발현되며, 이를 통해 추가 공정에 적합하게 됩니다.
열분해유가 원유와 다른 점은 무엇인가요?
정제에 대해 논의하기 전에, 바이오 크루드 오일이라고도 불리는 열분해유는 화석 원유의 직접적인 대체품이 아니라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 그 고유한 화학적 구성은 몇 가지 주요 장애물을 제시합니다.
높은 산소 함량
거의 전적으로 탄화수소(수소와 탄소)로 이루어진 원유와 달리, 열분해유는 무게 기준으로 최대 40%의 산소를 포함할 수 있습니다. 이 산소는 산, 알데히드, 페놀과 같은 분자에 결합되어 있어 오일을 불안정하게 만들고 시간이 지남에 따라 중합(슬러지로 농축)되기 쉽습니다.
상당한 수분 함량
열분해유는 종종 15~30%에 달하는 상당한 양의 물을 포함합니다. 이 물은 오일 내에 미세하게 유화되어 에너지 밀도를 낮추고 공정 및 연소에 어려움을 야기합니다.
산성도 및 부식성
유기산, 특히 아세트산과 포름산의 존재로 인해 열분해유는 매우 산성(pH 2-3)을 띱니다. 이로 인해 표준 강철 파이프, 펌프 및 저장 탱크에 심각한 부식을 일으키므로 특수하고 더 비싼 재료가 필요합니다.
고형물 존재
원유 열분해유에는 열분해 반응기에서 넘어온 미세한 차르(char) 및 재 입자가 포함되어 있습니다. 이러한 고형물은 다운스트림 장비의 오염 및 촉매 피독을 방지하기 위해 여과를 통해 제거해야 합니다.
정제 경로: 다단계 업그레이드 공정
열분해유 정제는 단순한 증류라기보다는 업그레이드라고 불리는 화학적 변환에 가깝습니다. 목표는 기존 정유 공장에서 공동 처리될 수 있는 안정적이고 에너지 밀도가 높으며 부식성이 없는 합성 원유를 만드는 것입니다.
1단계: 물리적 전처리
첫 번째 단계는 항상 기계적인 단계입니다. 여기에는 여과 또는 원심 분리기를 사용하여 원유에서 부유하는 차르 및 재 입자를 제거하는 작업이 포함됩니다.
2단계: 화학적 안정화 (선택 사항이지만 권장됨)
오일의 고유한 불안정성을 관리하기 위해 에스테르화(산을 알코올과 반응시키는 것)와 같은 완만한 업그레이드 단계를 사용할 수 있습니다. 이는 부식성을 줄이고 저장 또는 가열 중 오일이 농축되는 것을 방지합니다.
3단계: 수소처리 (핵심 업그레이드 단계)
이것이 가장 중요하고 에너지 집약적인 단계입니다. 오일은 촉매와 다량의 수소 존재 하에 고압에서 가열됩니다. 수소탈산소화(HDO)로 알려진 이 공정은 세 가지 필수 목표를 달성합니다:
- 산소 원자를 제거하여 유기 화합물을 안정적인 탄화수소로 전환합니다.
- 불안정한 화학 결합을 포화시켜 오일의 보존 기간을 늘립니다.
- 황 및 질소와 같은 기타 오염 물질을 제거합니다.
이 단계의 산출물은 화석 원유와 특성이 훨씬 더 가까운 안정화된 탈산소 합성 원유입니다.
4단계: 분별
오일이 업그레이드되면 기존 원유와 유사한 방식으로 증류(분별)될 수 있습니다. 이 공정은 합성 원유를 끓는점에 따라 나프타(휘발유 혼합용), 등유(제트 연료용), 디젤과 같은 다른 유분으로 분리합니다.
주요 과제 및 기술적 장애물
기술적으로 실현 가능하지만, 열분해유 업그레이드는 이해하는 것이 중요한 상당한 경제적, 기술적 장애물에 직면해 있습니다.
촉매 코킹 및 비활성화
원유 열분해유의 반응성 화합물은 수소처리 시 사용되는 고가 촉매를 빠르게 오염시키고 비활성화시킬 수 있습니다. 이러한 급속한 "코킹"은 촉매의 빈번한 재생 또는 교체가 필요하므로 운영 비용을 증가시킵니다.
높은 수소 소비량
수소처리는 수소가 비용이 많이 드는 산업용 상품이기 때문에 비싼 공정입니다. 열분해유의 높은 산소 함량은 업그레이드 중 매우 많은 양의 수소가 소비됨을 의미하며, 이는 주요 운영 비용을 구성합니다.
재료 및 인프라 비용
원유 바이오 크루드의 부식성과 수소처리에 필요한 고압은 스테인리스강과 같은 내식성 재료의 사용을 요구하여 전체 시설의 자본 비용을 증가시킵니다.
경제적 타당성
궁극적으로 수소 소비, 촉매 교체 및 자본 지출로 인해 발생하는 높은 업그레이드 비용이 가장 큰 장벽입니다. 최종 제품은 기존 화석 연료와 가격 경쟁력을 가질 수 있어야 하는데, 이는 여전히 상당한 과제입니다.
목표에 맞는 올바른 선택하기
열분해유 처리의 최적 전략은 최종 시장과 경제적 제약 조건에 전적으로 달려 있습니다.
- 저급 산업용 연료 생산에 중점을 두는 경우: 기본 여과 및 안정화만 고려하십시오. 이는 산업용 보일러 및 용광로에서 크루드 연소가 허용되는 곳에 적합한 재생 연료유(RFO)를 생산합니다.
- 고부가가치 수송용 연료 생산에 중점을 두는 경우: 정제 준비가 된 합성 원유를 만들기 위해 강력한 다단계 수소처리를 중심으로 하는 전체 업그레이드 경로에 투자해야 합니다.
- 특수 화학 물질 추출에 중점을 두는 경우: 수지, 접착제 및 향료에 사용하기 위해 페놀 화합물을 분리하기 위해 주요 업그레이드 전에 분별 증류 및 용매 추출을 사용하는 전략을 취해야 합니다.
열분해유 정제의 성공은 도전적인 폐기물 유래 중간체를 체계적으로 화학적 복잡성을 해결하여 안정적이고 가치 있는 상품으로 변환하는 데 달려 있습니다.
요약표:
| 공정 단계 | 주요 목표 | 주요 과제 |
|---|---|---|
| 물리적 전처리 | 고형물(차르, 재) 제거 | 장비 오염 방지 |
| 화학적 안정화 | 산성도 및 불안정성 감소 | 오일 중합 관리 |
| 수소처리 (HDO) | 산소 제거, 안정적인 탄화수소 생성 | 높은 수소 비용, 촉매 코킹 |
| 분별 | 연료 유분(예: 디젤, 나프타)으로 분리 | 안정화되고 업그레이드된 오일 투입 필요 |
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