알킬화 단위

Alkylation unit
"알킬레이트"가 여기로 리디렉션된다. 알킬화의 프로세스에 대해서는 알킬화를 참조하십시오.

알킬화 단위(alky)는 석유 정제소에서 사용되는 전환 과정 중 하나이다. 이소부탄과 저분자 중량 알케네(주로 프로펜과 부틴의 혼합물)를 고옥탄 가솔린 성분인 알킬레이트(alkylate)로 변환하는 데 사용된다. 이 과정은 촉매로서 황산(HSO24)이나 불산(HF)과 같은 산이 존재하는 곳에서 일어난다. 사용하는 산에 따라 황산알킬화단위(SAAU) 또는 불산알킬화단위(HFAU)라고 한다. 한마디로 알키는 산성 촉매제가 존재하는 곳에서 이소부탄소와 프로필렌이나 부틸렌 등 가벼운 올레핀을 혼합해 이소부탄소 분자 2개를 긴 체인 가솔린 레인지 분자로 결합해 고품질의 가솔린 블렌딩 스톡을 생산한다.[1]

원유가 일반적으로 가솔린 계열의 탄화수소 성분을 10~40%만 함유하고 있기 때문에 정제소에서는 일반적으로 FCCU를 사용하여 고분자량 탄화수소를 더 작고 휘발성 화합물로 변환하고, 그 다음 액체 가솔린 크기의 탄화수소로 변환한다. FCC 프로세스의 부산물은 바람직하지 않은 다른 낮은 분자량 알케인과 ISO-파라핀 분자를 생성하기도 한다. 알킬화는 이러한 부산물을 옥탄수가 높은 더 큰 ISO-파라핀 분자로 변형시킨다. FCCU는 현대 정유회사에서 매우 흔한 단위지만, 정유회사가 알킬화 단위를 갖는 것은 흔한 일이 아니다. 실제로 2010년 현재 세계에는 알킬화 단위가 설치되지 않은 나라가 있다.

이 유닛의 제품인 알킬레이트(alkylate)는 고옥탄, 브랜치 체인 파라핀 탄화수소(대부분 이소헥탄과 이소옥탄)의 혼합물로 구성되어 있다. 알킬레이트(Alkylate)는 뛰어난 안티크녹 특성을 갖고 있으며 깨끗하게 연소되기 때문에 프리미엄 가솔린 블렌딩 스톡이다. 알킬라인의 옥탄 숫자는 주로 사용되는 알케인의 종류와 작동 조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 이소부탄과 부틸렌을 이소부탄과 결합하여 얻은 이소옥탄의 결과는 정의상 옥탄 등급이 100이다. 그러나 알킬산 배출물에는 다른 제품들이 있기 때문에 옥탄 등급은 그에 따라 달라질 것이다.[2]

용량 설치 및 사용 가능한 기술

최초의 알킬화 장치는 1940년에 가동되었다. 2009년에는 전세계적으로 하루 약 160만 배럴의 용량이 설치되었고,[3] SAAU와 HFAU 기술의 경우 하루 80만 배럴의 동일한 점유율이 설치되었다. 석유 가스 저널에 따르면 2016년 1월 1일 전세계적으로 설치된 알킬화 용량은 하루 205만6,035배럴이었다. 2009년 이후 추가 설치 용량의 90% 이상이 SAAU 기술에 기반했다.

2016년 1월 1일 석유·가스저널에 따르면 미국 내 정유시설은 총 121개소로 하루 1809만6987배럴에 이른다. 이들 정유소에는 하루 113만8,460배럴의 알킬화 용량이 있었다.

알킬라이트는 방향제와 올레핀이 없기 때문에 가솔린에서 선택되는 성분이다. 미국의 휘발유 겨울 풀의 약 11%는 알킬산염으로 이루어져 있다. 가솔린 서머풀에서는 리드 증기압력(RVP)이 낮아지면 부탄 혼합 가능성이 낮아지기 때문에 알킬레이트 함량이 15%까지 높아질 수 있다.

안전상의 이유로, SAAU는 현재 보편적인 선택 기술이다. 실제로 1996년 설치 용량의 약 60%가 HF에 기반했지만,[4] 그 이후 이 비율은 감소하고 있다. 왜냐하면 지난 10년 동안 10개의 새로운 알킬화 장치에 위탁되어 있던 10개의 새로운 알킬화 장치 중 8개 이상이 SAAU였기 때문이다.

HFAU 공정의 양대 허가자(시장 점유율이 비슷한 것)는 허니웰의 소유하에 UOP로 결합되어 있는 UOP와 코노코필립스였다. SAAU에 사용되는 주요 기술은 듀폰이 면허한 STRATCO 공정이며, 이어 엑손모빌이 보유한 EMRE 기술이 그 뒤를 잇고 있다. 지난 10년간 전 세계적으로 추가된 SAAU 용량의 85% 이상이 STRATCO DuPont 기술을 활용했다.

촉매

알킬화 공장 건설 여부를 결정하는 데도 적절한 촉매의 가용성이 중요한 요소다.

황산

황산(HSO24) 알키에는 상당한 양의 산이 사용된다. 신선한 산의 공급과 사용후산의 처리를 위해서는 적합한 식물에 대한 접근이 필요하다. 알킬화 장치를 지원하기 위해 특별히 황산 공장을 건설하는 것은 자본에 대한 초기 요건과 지속적인 운영 비용 모두에 상당한 영향을 미친다. 사용후산을 재생하기 위해 WSA Process 유닛을 설치할 수 있다. 가스의 건조는 일어나지 않으며, 이는 산성의 손실도 없고, 산성 폐기물도 없으며, 재가열 공정에서 열이 손실되지 않는다는 것을 의미한다. WSA 콘덴서의 선택적 응축은 재생된 신선산이 습한 공정 가스에서도 98%의 중량을 유지하도록 보장한다. 황화수소를 연료로 사용함으로써 사용후산 재생과 황화수소의 폐기를 결합하는 것이 가능하다.[5]

불산

일반적인 불산(HF) 알킬화 단위는 같은 양의 알킬산염을 얻기 위해 황산 단위보다 훨씬 적은 산을 필요로 한다. HF 공정은 원자로에서 지속적으로 제거되고 소비된 HF가 보충되는 소량의 오르가노플루오린 측면 제품만을 생성한다. HF 알키유닛은 프로필렌과 부틸렌으로 보다 광범위한 경량엔드 피드스톡을 가공할 수 있으며, 황화식물보다 옥탄가 등급이 높은 알킬레이트도 생산할 수 있다. 단, HF와 함께 작업하거나 HF 주변에서 작업할 때는 극도로 주의를 기울여야 한다. 그 위험성 때문에 산은 극소수의 장소에서 생산되고 운송은 엄격하게 관리되고 규제된다.

고체산

알킬화의 고체 촉매 영역에 대한 연구는 여러 해 동안 진행되어 왔다. 다양한 촉매, 촉매 지지 및 프로세스에 대한 수많은 특허가 존재한다. 루이스산은 알킬화 반응을 촉진시킬 것이다(HCl로 촉진된 염화알루미늄을 사용하여 올레핀을 사용한 이소부탄의 알킬화가 발견되었다). 현재 선호하는 고체 촉매 중 몇 개는 HF의 소금을 사용한다: 붕소 3불화화합물(BF3) 또는 안티몬 5불화합물(SBF5). 모든 알킬화 과정이 무거운 중합체를 생성하기 때문에 고체 촉매들은 빠르게 반칙을 하는 경향이 있다. 따라서 고체 촉매 공정에는 촉매 수명과 촉매 재생이라는 두 가지 주요 장애물이 있다.

고체알킬화촉매 기술은 2015년 8월 18일 중국 산둥성 원풀제련소에서 알키유닛의 성공적인 창업으로 처음 상용화됐다. 이 유닛은 Albemarle Corporation, CB&I, 네스테오일이 공동으로 개발한 AlkyClean® 공정기술을 사용하고 있으며, 알킬레이트 생산의 스트림일당 2,700배럴의 용량을 보유하고 있다. 알키클린 공정은 알베말의 알키스타 촉매와 함께 알킬레이트 제조 공정에서 액체산 촉매 없이 고품질 알킬레이트 제품을 생산한다.[6]

이오닉 액체

알킬화촉매로서 HF와 HSO를24 사용하는 것의 대안은 이온화 액체(IL)의 사용이다. ILs는 용해점이 100 °C 미만인 액체 소금이다. 이들은 강한 산성 성질을 보여 기존의 액체산을 사용하지 않고도 산성 촉매로 사용할 수 있다. 이온성 액체는 액체 상태의 염류로, 대부분 C4 파라핀과 다른 올레핀을 우수한 가솔린 레인지 혼합 제품으로 전환시키는 이온으로 구성되어 있다.[7]

많은 매개변수가 특정 용도에 대한 IL 특성을 미세 조정하는데 사용할 수 있으며, 양이온과 음이온의 선택은 용해점, 점도, 밀도, 수용성 및 반응성과 같은 IL의 물리적 특성에 영향을 미친다. 클로로알루민산염 IL은 알킬화 반응을 촉진하는 능력으로 문헌에서 연구되어 왔다. 그러나 순수 클로로알루민산 IL은 고옥탄 이소머 합성에 대한 선택성이 낮다.[8]

중국석유대학은 클로로알루민산염 IL 베이스와 추가 IL 첨가물을 독점적으로 혼합하여 고옥탄 이소머 선택성 문제를 극복하는 복합 이온화 액체(CIL) 알킬화 기술을 개발했다. 이오닉틸레이션 기술은 일반적으로 옥탄가 등급이 94-96인 알킬레이트(알킬레이트)를 생산하는 것으로 보고되며, 최고 등급은 98이다. 이오닉릴레이션에 사용되는 CIL 촉매는 비위험성 및 비부식성이므로 탄소강을 사용하여 전체 운영체제를 구축할 수 있다.[9] 중국에서는 2019년 주장시,[10] 안칭시, 우한시의 시노펙 정유공장에서 각각 연간 30만톤의 복합 이온 액화 알킬화 3대가 온라인에 접속했다.[9]

피드

알킬화 장치에 대한 올레핀 피드는 일반적으로 FCCU에서 발생하며 부틴, 이소부틴 및/또는 아밀렌을 포함한다. 올레핀 사료는 희석제(프로판, n-부탄, n-펜탄 등), 비응축제(에탄, 수소 등) 및 오염물질도 함유할 가능성이 높다. 희석제는 원칙적으로 알킬화의 반응에는 영향을 미치지 않지만 원자로의 일부를 차지하며 중합과 원치 않는 오르간오플루오린 사이드 제품의 이차 반응 수율에 영향을 미칠 수 있다. 불연재는 희석제와 유사한 화학적 관점에서 존재하지만 공정의 압력과 온도에서 응축되지 않기 때문에 반드시 배출해야 할 정도로 농축된다. 오염물은 황산 촉매와 반응하거나 희석하는 화합물이다. 그것들은 산성 소비를 증가시키고 바람직하지 않은 반응 제품을 생산하는데 기여하며 폴리머 형성을 증가시킨다. 일반적인 오염물질은 물, 메탄올, 에탄올이다.

알킬화 장치에 대한 이소부탄 공급은 낮은 순도 또는 높은 순도일 수 있다. 저순도 메이크업 이소부탄 공급원료(일반적으로 70% 볼륨 이소부탄)는 정유소(주로 개혁가)에서 발생하며, 디이소부타니저(DIB)에서 가공할 필요가 있다. 고순도 공급원료(> 95% volume Isobutane)는 일반적으로 외부 DIB(De-Isobitanizer) 타워에서 발생하며 알킬화 단위 반응 구역에 직접 공급된다. 이러한 이소부탄 사료는 일반적으로 유의미한 수준의 오염물질을 포함하지 않는다.

메커니즘

촉매는 알케네(프로펜, 부텐)를 양성하여 반응성 탄화물을 생성하는데, 이 탄화물은 이소부탄의 기체를 알킬화시킨다. 이 반응은 2상 반응으로 온화한 온도(0~30°C)에서 수행된다. 반응이 발열성이기 때문에 냉각이 필요하다: SAAU 발전소는 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 냉각 매체를 냉각해야 한다. HFAU 정상 정유 냉각수는 충분하다. 이소부탄과 알켄의 비율이 높은 상태를 유지하여 옥탄가가 낮은 제품을 생산하는 부작용을 방지하는 것이 중요하므로 식물은 이소부탄을 다시 사료로 재활용하는 비율이 높다. 위상은 자연적으로 분리되기 때문에 산성 위상은 탄화수소 위상과 강하게 혼합되어 충분한 접촉 표면을 만든다. 불행하게도, 많은 이차적인 반응이 일어나 알킬레이트 배출물의 질을 떨어뜨린다.

중합은 일차 반응에서 형성된 C8 탄소에 두 번째 올레핀을 첨가하여 발생한다. 그 결과 C12 탄수화물은 올레핀과 계속 반응하여 더 큰 탄수화물을 형성할 수 있다. 앞에서 설명한 메커니즘과 마찬가지로, 중탄화물은 어느 시점에 이소부탄으로부터의 수화 전달을 통해 C12 – C16 이소파라핀과 t-부틸 양이온을 산출할 수 있다. 이 무거운 분자들은 옥탄가를 낮추고 알킬산 폐수의 비등 끝점을 올리는 경향이 있다.

2,4-디메틸펜탄으로 가는 전형적인 산성화 경로.[11]

공정설명

HFAU 프로세스 설명

HFAU는 반응, 분율, 탈유/알루미나 치료의 세 가지 주요 부분으로 나눌 수 있다.

장치의 목적은 알킬레이트 생산을 위한 촉매 역할을 하는 HF가 존재하는 경우 반응 부분에서 올레핀 사료를 이소부탄과 반응시키는 것이다. 반응 섹션에 들어가기 전에 올레핀과 이소부탄 사료를 병합 처리하여 물, 황 및 기타 오염물질을 제거한다.

온도는 60~100°F(16~38°C)로 유지되며, 냉장할 필요가 없어 편리하며, 충분한 압력이 유지되어 구성부품이 액체상태로 유지된다.[12]

분율 구간에서 알킬라이트는 증류를 통해 과잉 이소부틴과 산성 촉매로부터 분리된다. 처리되지 않은 이소부탄은 회수하여 반응 부분으로 다시 재활용하여 올레핀 사료와 혼합한다. 프로판은 증류 공정의 주요 산물이다. 사료와 함께 들어간 n부탄도 일부 부탄은 부제품으로 인출된다.

처리된 올레핀과 분리되지 않은 프로판과 부탄은 유닛을 통과한다. 반응에 직접 참여하지 않고 제품 품질에도 악영향을 미치지만 유기 불소화합물이 유닛에서 이탈할 수 있는 길을 마련해준다. 프로판 스트림은 (일반적으로 HF 스트리퍼라고 불리는 탑에서) 제거되고, 그 다음 탈유 부분에서 처리되어 결합 불소와 오동작으로 인해 존재할 수 있는 미량산을 제거한다. 많은 유닛들은 부탄도 제거하는데, 부탄은 일반적으로 별도의 탈유구간에서 처리된다.

SAAU 프로세스 설명

SAAU는 반응, 냉각, 배출 처리, 분율 및 블로다운의 5가지 주요 부분으로 나눌 수 있다.

반응 섹션에서 반응 탄화수소(신선한 이소부탄과 재생 이소부탄 둘 다를 포함한 올레핀 공급)는 15.6°C(60°F)의 온도에서 황산 촉매와 접촉한다. 사료는 부식을 줄이기 위해 불순물, 특히 물을 제거하기 위해 처리된다.

반응열은 냉동 부분에서 제거되고 경량 탄화수소는 장치에서 제거된다. 방류 처리 구역에서 유리산, 알킬 황산 및 디알킬 황산염은 정착자를 사용하여 하류 부식과 오염을 방지하기 위해 순 방류천에서 제거된다.

반응 영역에 존재하는 황산은 알킬화 반응의 촉매 역할을 한다. 이론적으로 촉매제는 그 반응의 결과로 변하지 않고 화학적 반응을 촉진한다. 그러나 실제로는 사이드 리액션의 결과로 산이 희석되어 오염물질을 먹인다. 원하는 사용후산강도를 유지하기 위해 적은 양의 신선산을 산성정착기에서 원자로까지 산재순환선으로 연속적으로 충전하고 그에 상응하는 양의 사용후산을 산성정착기에서 인출한다. 분율 구간에서 미작동 이소부탄은 반응 구간에 대한 재활용을 위해 회수되고 나머지 탄화수소는 원하는 제품으로 분리된다.

사용후산은 산성 블로 다운 드럼에서 탈가스를 하고, 폐수 pH를 조정하며, 산성 환기구 흐름은 스크러버에 가성질로 중화시킨 후 불꽃을 낸다. 사용후산은 보관소에 가서 주기적으로 제거한다.

운영 변수

많은 변수가 알킬화 단위의 제품 품질과 운영 비용에 영향을 미친다.

  • 이소부탄 농도

이소부탄과 올레핀을 포함하는 알킬화 반응을 촉진하기 위해서는 반응 구역에서 이소부탄의 고농도를 유지할 필요가 있다. 이소부탄올레핀 비율이 낮으면 올레핀올레피 중합 가능성이 높아져 옥탄가가 낮아진다. 또한 중합반응은 산성 수용성 오일의 생성률이 높아 산 소비량이 높다.

  • 온도

일반적으로 알킬화는 20 °C 부근에 실시된다. 반응 온도가 극적으로 높을수록 산을 희석시키는 중합반응을 선호한다. 장비 부식도 반응 온도가 높을수록 증가한다. 낮은 반응 온도는 알킬레이트로부터의 산의 정착 속도를 늦춘다. 냉각유체(공기와 물)의 온도가 가장 낮기 때문에 주변보다 낮은 온도는 달성할 수 없다. 계절적 요인은 중합반응의 생산에 영향을 미치기 때문에, 여름에는 특히 HFAU에서 산의 소비량이 더 높다.

  • 산성 강도

산성 촉매의 농도가 낮아질수록 산성 용해성 폴리머의 생산률이 높아진다. 프로필렌이 많이 함유된 사료는 정상 소비 범위에 비해 산 소비량이 훨씬 높은 편이다. 중합과 적유생산을 최소화하기 위해서는 고산농도를 유지해야 한다. 농도가 너무 낮으면 촉매 활성도가 현저히 감소하고 중합이 산성 강도를 유지하기 어려울 정도로 강화된다. 이 상태는 산성 가출로 알려져 있다. SAAU의 최근 연구는 부틸렌과 아밀렌이 모두 가출 상태에 들어가지 않고 낮은 산 농도로 소비될 수 있다는 것을 발견했다. 부틸렌과 아밀렌을 모두 알킬링하는 경제학은 산성 소비 강도를 낮추면 이득이 되겠지만, 아밀렌의 산성 소비량은 부틸렌보다 반응이 크다. 또한 낮은 산 농도에서 생산되는 알킬라이트의 옥탄 감소가 부틸렌보다 아밀렌의 경우 더 적다.

  • 올레핀 공간 속도

올레핀 공간속도는 시간당 충전되는 올레핀의 부피를 접촉기 원자로 내 황산의 평균 부피로 나눈 값으로 정의된다. 일반적으로 올레핀 공간 속도가 높을수록 황산 소비율이 높아지고 알킬레이트 옥탄도 감소하는 경향이 있다.

  • 믹싱

혼합은 특히 SAAU에서 중요한 매개 변수인데, 이는 알킬화 반응이 탄화수소의 황산 에멀전에 의존하기 때문이다. 이것은 산성 연속 에멀전이며, 산과 탄화수소의 접면에서 반응이 일어나는 것으로 추정된다. 에멀젼이 좋을수록 물방울은 가늘어지고 반응도 좋아진다.

경제학

정유사들은 알킬화 장치를 설치하는 것이 경제적으로 이치에 맞는지를 조사한다. 알킬화 단위는 복잡하고 상당한 규모의 경제를 가지고 있다. SAAU와 HFAU는 동등한 자본 투자 비용을 가지고 있다.[13] 기본적인 공정 차이를 고려했을 때 두 프로세스가 자본 비용 기준으로 경쟁력이 있다는 것은 놀라운 일이 아니다. SAAU는 더 비싼 원자로 구간을 가지고 있고 냉장고가 필요하다. 그러나 HF 장치에서는 사료 건조기, 제품 처리, 재생 장비 및 보다 이국적인 야금의 필요성에 의해 동일한 비용이 실현된다. 또한 대부분의 정유사는 HF 누출의 경우 현장 전체 부식의 위험을 제거하기 위해 HF 장치 전용 냉각 시스템이 필요하다. 이러한 자본비용 추정치는 현재 HF 장치에 필요한 추가 안전 및 경감 장비는 고려하지 않는다. HF 촉매가 과열된 액체로 방출될 때 유해한 에어로졸 형성이 가능하기 때문에, 현재 HF가 알킬화 촉매로 사용되는 전 세계 많은 곳에서 값비싼 완화 시스템이 요구된다.

적절한 양의 공급 원료 외에도 알킬레이트 제품의 값과 대체 공급 원료 처분 값 사이의 가격 스프레드는 설치를 정당화할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 정제 알킬화 공급원을 위한 대안적인 콘센트로는 LPG로서의 판매, C4 스트림을 가솔린과 화학 공장의 공급 원료에 직접 혼합하는 것이 있다. 현지 시장 상황은 공장마다 크게 다르다. 국가 간 및 계절 간 가솔린에 대한 RVP 규격의 변화는 가솔린에 직접 혼합될 수 있는 부탄 스트림의 양에 극적으로 영향을 미친다. 특정 유형의 LPG 스트림의 운송은 비용이 많이 들 수 있기 때문에 알킬화 피드스톡의 시장 간 이동으로 인해 경제적 조건의 지역적 불균형이 완전히 완화되지 않는 경우가 많다.

알킬화에 대한 C 연산의3 공통 공급원은 유체 촉매 균열 유닛의 유출을 처리하는 가스 회수 유닛에서 이용할 수 있다. 이소부탄은 부분적으로 촉매변환과 대기 증류로부터 사용 가능하지만 정유소에서 생산된 이소부탄의 비율이 장치를 최대 용량으로 가동하기에 충분하지 않기 때문에 추가적인 이소부탄은 정제소로 가져올 필요가 있다. 국제 및 국내 가솔린 시장의 경제성은 구매자가 표준 상업용 부탄에 비해 이소부탄에 대해 지불할 필요가 있다는 확산을 지시한다.

이러한 모든 이유들로 인해 알킬화 마진은 매우 불안정하지만 지난 10년 동안 그것의 볼륨성에도 불구하고 그것은 증가 추세에 있다. 2013년 알킬화 총 마진은 생산한 알킬레이트(미국 걸프만 코스트 시장의 알킬화 피드스톡 및 배출물 가격에 따라 계산된 값)의 배럴당 70달러에 달했다.

그러나 총이익은 변동 및 고정영업원가와 감가상각을 제외한다. 특히, 가변비용은 사용되는 기술에 따라 크게 달라지는데, 그 차이를 만드는 요인은 산성 소모량이다. 1톤의 알킬레이트 생산을 위해 50에서 80 kg의 HSO가24 자주 필요하다. 선호하는 조건에서는 알킬산 톤당 10~30kg의 산과 같이 산 소비량이 훨씬 더 낮을 수 있다. SAAU에서 산성비는 알킬화의 총 운영비의 약 3분의 1을 차지하기 때문에 HSO24 소비를 줄일 동기가 상당히 있다. HF 필요량은 알킬레이트 1톤당 10~35kg 범위지만 대부분의 산은 회수·재활용되기 때문에 소비된 HF를 대체하기 위해서는 메이크업만 하면 된다. 실제로 SAAU에서의 산성 소비는 HFAU보다 100배 이상 크다.

효용 비용은 SAAU를 선호하는 경향이 있다. 많은 HFAU 장치는 허용 가능한 옥탄 제품을 생산하기 위해 13 - 15/1의 순서에 따라 이소부텐 대 올레핀 비율을 요구한다. 다른 HFAU와 대부분의 SAAU는 7 - 9/1의 순서로 이소부탄과 올레핀 비율을 가진 유사한 옥탄 제품을 생산할 수 있도록 혼합 및 재활용 최적화 조건을 개발한다. 분명히 후자의 더 잘 설계된 장치는 상당히 낮은 비율 비용으로 작동한다.

현재 많은 HF 장치가 설계 이소부텐 대 올레핀 비율 이하로 작동하고 있지만, 필요한 옥탄가스를 얻기 위해서는 가솔린 사양이 점점 엄격해지고 있기 때문에 이러한 비율을 다시 설계 비율로 증가시켜야 할 것이다. SAAU 공정은 정유 설비 최적화를 위해 원자로와 압축기에 전기 또는 터빈 구동장치를 사용한다. HF 반응 구역에 대한 마력 입력은 HSO24 반응 구역보다 낮다. 게다가 HF 공정은 냉장고가 필요하지 않다. 따라서 HF 장치의 전력 비용은 더 적다. 일반적으로, 분류 비용의 차이는 전체 효용 비용을 비교할 때 이 장점을 능가한다. 그러나 연료비가 전력비에 비해 낮을 경우 HF 장치는 효용 우위를 보일 수 있다.

알킬레이트 시장 사양

알킬레이트(Alkylate)는 혼합 성분으로, 소비 준비가 완료된 가솔린과는 반대로 시장성이 없다. 그럼에도 불구하고, 플래츠와 같은 에너지 및 석유화학 정보의 독립 제공자는 가솔린 풀에서 혼합할 준비가 된 알킬레이트(알킬레이트)에 대한 거래를 보고하며, RVP < 5.5 psi, (RON + MON)/2 > 92와 물론 방향제, 올레핀, 유황 등이 없다.

유지 관리

유지보수 비용과 데이터는 비교 가능한 기준으로 얻기 어렵다. HFAU는 훨씬 더 많은 주변 장비(피드 드라이어, 제품 처리기, 산성 재생 컬럼 및 산성 용해성 오일 중화제)를 보유하고 있으므로 작동 및 유지관리해야 할 장비 조각이 더 많다. SAAU는 압축기와 원자로와 같은 더 큰 장비를 가지고 있지만, 일반적으로 유지보수 비용은 더 낮다. HF 장치는 원자로 설정기 시스템과 모든 분리기들을 중립화해야 유지 보수 작업을 진행할 수 있기 때문에 전체 장치 회전을 준비하기 위한 장치 다운타임이 더 오래 걸릴 수 있다. HSO24 장치에서는 원자로 설정기 시스템만 중성화가 필요하다. 또한 HF 해제 가능성을 가지고 정비를 실시할 때마다 광범위한 안전장비(호흡기 등)가 필요하다. 작업이 완료되면 정비 작업자가 중성화실을 통해 안전장비를 세척해야 한다. SAAU에 대한 유지보수를 수행할 때 얼굴 보호대와 장갑이 유일한 일반적인 요건이다.

안전

알킬화 장치는 두 가지 주요 공정 위험을 가지고 있다: 1) 인화성이 높고 폭발 가능성이 있는 많은 양의 가벼운 탄화수소를 처리한다.2) 산성 촉매는 부식성과 독성이 있다. SAAU와 HFAU 모두 유사한 양의 탄화수소를 함유하고 있지만, 각 산과 관련된 위험은 상당히 다르다. HF는 더 큰 잠재적 위해성 때문에 훨씬 더 엄격한 예방 조치를 요구한다(이는 끓는점이 낮고 유해성이 높기 때문이다). 이러한 높은 위험을 고려하여, 미국 석유 연구소는 특히 HF 알킬화 장치에 대한 권장 실천요강(API RP 751)을 발표했다.[14] 본 간행물은 2.6절에서 HF 알킬화 장치에 대한 접근은 HF의 잠재적 위험 때문에 엄격히 제한될 것을 권고한다. 황산알킬화에 대해서는 유사하고 구체적인 안전문서가 필요하지 않다.

비등점이 낮기 때문에 사용후 HF는 HF 알킬화 단위 내에서 분리에 의해 재생된다. 그러나 소비되는 HF를 대체하기 위해서는 여전히 신선한 HF를 정제소에 들여와야 한다. 신규 HF의 하역 및 취급은 앞서 논의한 바와 같이 정유공장 근로자와 주변 지역사회에 동일한 위험이 발생하기 때문에 매우 신중하게 수행해야 한다. 아마도 HF와 관련된 가장 큰 운송 위험은 제조회사에서 정제소로 신선한 산을 운송하는 동안 사고 시 방출될 가능성이 있다. 사고 현장에서 완화 장비를 사용할 수 없기 때문에 그 결과는 재앙이 될 수 있다.

사용후 황산은 황산알킬화유닛의 배터리 한계를 벗어나 열분해로 재생된다. 정제소에서 운영하는 황산 재생 장비 내 정제소 현장 또는 여러 정유업체에 서비스를 제공하는 상업용 황산 재생 공장에서 이를 수행할 수 있다. 이 두 가지 옵션 중 선택은 현장마다 다르며 대개 자본 대 운영 비용 고려사항 및 정유소의 기존 상업 재생 공장과의 근접성에 따라 달라진다. 황산 자체로 인한 위험성이 낮기 때문에, 산이나 다른 곳에서 재생할 수 있는 선택은 경제성을 고려한 것이다. 물론 이 비교적 경미한 위험도 현장 황산 재생장비로 제거한다.

부식 문제

공정기술의 현저한 진보에도 불구하고, HFAU의 안전성과 신뢰성에 영향을 미치는 부식문제가 계속 반복적으로 발생하고 있다. HF와 접촉하는 장치의 모든 부분은 적절한 재료를 염두에 두고 제작되어야 한다. 탄소강은 구성과 경도에 대한 엄격한 통제가 필요하지만 단연코 가장 보편적인 재료다. 대안으로는 모넬과 같은 내식성 재료를 더 많이 사용하는 경우도 있지만, 이들 재료는 훨씬 더 비싸고 응력 부식 균열과 같은 고유한 위험을 안고 있다. 적절한 검사는 HFAU에 매우 중요하며 일반적으로 정유소의 다른 대부분의 장치에 비해 훨씬 빈번하게 발생한다.

HFAU를 통해 생성된 알킬산염이 들어 있는 탱크는 지속적으로 모니터링해야 한다. 실제로 이러한 단위로 생산되는 알킬레이트에는 HF 부식 제품의 불순물이 소량 함유되어 있다. 알킬레이트(alkylate)가 물과 접촉할 경우(예를 들어 탱크 하단에 있음) HF가 물에 다시 형성되어 강철의 부식을 일으킬 수 있다. 이러한 이유로 많은 정유업자들은 알킬레이트 탱크 하단에 약한 가성 "힐"의 물을 사용하여 형성될 수 있는 산을 중화시킨다. 그러나 탱크 물의 pH 모니터링은 하류에 HF가 형성되는지 여부를 평가하기 위해 필요하다.

반대로, SAAU 부식은 덜 지배적인 문제로서 공정에서 유입되는 물의 양을 최소화함으로써 숙달될 수 있다.

참고 항목

참조

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  2. ^ Viswanathan, Balasubramanian (September 7, 2016). "2". Energy Sources: Fundamentals of Chemical Conversion Processes and Applications. Elsevier. doi:10.1016/C2011-0-05048-2. ISBN 978-0-444-56353-8. Retrieved October 17, 2019.{{cite book}}: CS1 maint : url-status (링크)
  3. ^ 전 세계 알킬화 용량
  4. ^ 고체 산화물 알킬화 공정 개발은 매우 중요한 단계에 있음
  5. ^ 황 회복; (2007) 프로세스 원리에는 WSA 프로세스에 의한 황 회복의 진전이 자세히 설명되어 있다. 덴마크: Jens Kristen Laursen, Haldor Topsøe A/S. 2007년 8월 탄화수소공학부 재인쇄
  6. ^ "China's Wonfull starts up world's first solid acid catalyst alkylation unit". Hydrocarbon Processing. December 10, 2015. Retrieved October 17, 2019.
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  12. ^ Norris Shreve; Joseph Brink, Jr. (1977). Chemical Process Industries (4 ed.). p. 683. ISBN 0070571457.
  13. ^ HSAU와 HFAU 비교
  14. ^ "API RECOMMENDED PRACTICE 751: Safe Operation Of Hydrofluoric Acid Alkylation Units". American Petroleum Institute. May 2013. Retrieved October 16, 2019.