열분해 온도는 특정 공정 및 원하는 결과에 따라 약 450°C에서 900°C(840°F에서 1650°F) 이상까지 다양합니다. 스팀 크래킹과 같은 공정은 매우 짧은 시간 동안 극도로 높은 온도를 사용하여 경질 올레핀을 생산하는 반면, 점도 저하(visbreaking) 공정은 더 낮은 온도에서 더 긴 시간 동안 점도를 낮추어 중유의 점도를 줄입니다.
이해해야 할 핵심 원칙은 열분해에 단일 온도가 존재하지 않는다는 것입니다. 대신, 온도, 체류 시간 및 압력 사이의 정밀하게 제어되는 균형을 통해 큰 탄화수소 분자를 더 작고 가치 있는 특정 혼합물로 분해하도록 조작됩니다.
열분해란 무엇인가?
근본적인 메커니즘
열분해는 고온과 고압을 사용하여 크고 복잡한 탄화수소 분자를 더 작고 분자량이 낮은 분자로 분해하는 정제 공정입니다. 이는 석유 산업에서 가장 오래되고 가장 기본적인 전환 공정 중 하나입니다.
열에너지를 사용하여 장쇄 분자를 가솔린, 등유 및 에틸렌 및 프로필렌과 같은 경질 올레핀과 같은 더 가치 있는 제품 혼합물로 "분해"하는 것이라고 생각할 수 있습니다.
필요성
원유에는 다양한 탄화수소가 포함되어 있으며, 이 중 다수는 가솔린과 같은 고부가가치 제품으로 직접 사용하기에는 너무 크고 무겁습니다. 열분해를 통해 정유업체는 저가치 중유 및 잔류물을 보다 수익성 있는 제품군으로 전환할 수 있습니다.
주요 열분해 공정 및 온도
특정 작동 온도는 처리되는 원료의 유형과 가장 원하는 제품에 맞게 조정됩니다.
스팀 크래킹 (Steam Cracking)
스팀 크래킹은 기본적인 석유화학 빌딩 블록을 생산하는 데 사용되는 고강도 공정입니다. 주요 제품은 경질 올레핀, 특히 에틸렌과 프로필렌입니다.
- 작동 온도: 800°C - 900°C (1470°F - 1650°F) 이상.
- 체류 시간: 매우 짧으며, 종종 밀리초에서 1초 범위입니다.
- 핵심 세부 사항: 원료에 증기를 첨가하여 탄화수소의 분압을 낮추어 코크스 생성을 억제하고 가치 있는 올레핀 생산을 촉진합니다.
지연 코킹 (Delayed Coking)
지연 코킹은 가장 무거운 정제 잔류물("배럴 바닥")을 더 가치 있는 액체 및 가스 제품으로 업그레이드하고 고체 석유 코크스를 남기도록 설계된 심각한 형태의 열분해입니다.
- 작동 온도: 원료를 가열로에서 480°C - 520°C(900°F - 975°F)로 가열합니다.
- 체류 시간: 가열된 원료는 대형 "코크스 드럼"에 장기간(24-48시간) 머무르면서 코크스만 남을 때까지 분해 반응이 계속됩니다.
점도 저하 (Visbreaking)
점도 저하(점도 파괴)는 더 온화한 열분해 공정입니다. 주요 목표는 대량의 가솔린을 생산하는 것이 아니라 중유의 점도를 낮춰 더 유동적이고 판매 가능하게 만드는 것입니다.
- 작동 온도: 450°C - 500°C (840°F - 930°F).
- 체류 시간: 스팀 크래킹보다 상대적으로 길며, 일반적으로 몇 분입니다.
중요한 상충 관계 이해
열분해의 효율성과 수익성은 반응 조건과 운영 제약 조건 사이의 섬세한 균형 관리에 달려 있습니다.
수율 대 강도 (Severity)
강도(Severity)라는 용어는 주로 온도와 체류 시간에 의해 결정되는 분해 조건의 강도를 나타냅니다.
강도(예: 더 높은 온도)가 높을수록 더 광범위한 분해가 일어나 에틸렌과 같은 경질 가스의 수율이 증가합니다. 그러나 강도를 너무 높이면 분자가 "과도하게 분해"되어 과도한 양의 저가치 메탄과 고체 코크스가 생성될 수 있습니다.
코크스 생성 및 장비 오염
코크스는 열분해의 피할 수 없는 탄소질 부산물입니다. 이는 가열로 튜브 내부 및 기타 장비에 침전됩니다.
이러한 오염은 열 전달 효율을 감소시키고 압력 강하를 증가시켜 주기적인 청소 정지를 유발합니다. 코크스 생성 속도를 관리하는 것은 모든 열분해 장치에서 가장 중요한 운영 과제입니다.
목표에 맞는 올바른 선택
최적의 온도와 공정은 전적으로 경제적 목표와 사용 가능한 원료에 의해 결정됩니다.
- 석유화학 제품을 위한 에틸렌 및 프로필렌 최대화에 중점을 둔다면: 스팀 크래킹의 특징인 매우 높은 온도와 짧은 체류 시간을 사용해야 합니다.
- 무거운 점성 잔류물을 더 가벼운 연료로 업그레이드하는 데 중점을 둔다면: 지연 코커의 심각한 가열 및 긴 체류 시간이 적절한 선택입니다.
- 단순히 중유의 점도를 낮춰 판매 가능하게 만드는 데 중점을 둔다면: 점도 저하와 같은 저온의 온화한 공정이 가장 경제적인 해결책입니다.
궁극적으로 열분해에서 온도를 제어하는 것은 가장 수익성 있는 제품군을 향해 화학 반응을 정밀하게 유도하는 것입니다.
요약표:
| 공정 | 주요 목표 | 일반적인 온도 범위 (°C) |
|---|---|---|
| 스팀 크래킹 | 에틸렌/프로필렌 생산 | 800°C - 900°C+ |
| 지연 코킹 | 중질 잔류물 업그레이드 | 480°C - 520°C |
| 점도 저하 | 중유 점도 감소 | 450°C - 500°C |
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